KR100777630B1

KR100777630B1 - 구동장치

Info

Publication number: KR100777630B1
Application number: KR20060026914A
Authority: KR
Inventors: 미츠오 마나베; 타케시 이치미야
Original assignee: 후지논 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-11-21
Also published as: US7620313B2; KR20060106704A; ATE459893T1; EP1720049A3; TW200642254A; TWI315933B; EP1720049A2; JP4931183B2; DE602006012575D1; US20060238075A1; JP2007074890A; EP1720049B1

Abstract

f≥2^1/2·f₀으로 되는 구동주파수(f)에서 전기기계 변환소자를 구동함으로써 공진의 영향을 억제하여, 정확하고, 또한 안정된 구동 제어를 행할 수 있는 구동장치를 제공한다.

구동장치는, 전기신호의 입력에 의해 신축 가능한 전기기계 변환소자, 이 변환소자의 신축방향의 한쪽 측의 단부에 부착된 구동부재, 변환소자의 신축방향의 다른 쪽 측의 단부에 부착된 추부재를 구비한 액츄에이터와, 구동부재에 마찰 결합되는 피구동부재와, 변환소자에 전기신호를 인가하는 구동회로를 구비하고, 구동회로는 변환소자와 구동부재를 질량으로 하고, 추부재를 스프링으로 한 1자유계의 공진주파수를 f₀, 변환소자의 구동주파수를 f라고 했을 때, f≥2^1/2·f₀으로 되는 구동주파수에서 변환소자를 구동한다.

Description

구동장치{DRIVING MACHANISM}

도 1은, 본 발명의 제1실시형태에 따른 구동장치의 액츄에이터를 나타내는 평면도이다.

도 2는, 압전소자에 인가되는 구동펄스의 파형도이다.

도 3은, 도 1의 액츄에이터의 지지위치를 나타내는 모식도이다.

도 4는, 본 발명의 제1실시형태에 따른 구동장치를 나타내는 평면도이다.

도 5는, 도 4의 V-V선을 따르는 단면도이다.

도 6은, 공진주파수에 대한 구동주파수 영역을 설명하는 도면이다.

도 7은, 본 발명의 제2실시형태에 따른 구동장치를 나타내는 사시도이다.

도 8은, 도 7의 구동장치를 나타내는 평면도이다.

도 9는, 본 발명의 제3실시형태에 따른 구동장치를 나타내는 평면도이다.

도 10은, 본 발명의 제4실시형태에 따른 구동장치를 나타내는 평면도이다.

도 11는, 본 발명의 제5실시형태에 따른 구동장치를 나타내는 평면도이다.

도 12는, 도 11의 XII-XII선을 따르는 단면도이다.

도 13은, 도 11의 구동장치의 구동회로를 나타내는 회로도이다.

도 14는, 도 13의 구동회로에 입력되는 입력신호의 파형도이다.

도 15는, 도 13의 구동회로로부터 출력되는 출력신호의 파형도이다.

도 16은, 공진주파수의 계산예를 나타내는 도면이다.

도 17은, 종래의 액츄에이터의 문제를 설명하는 설명도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1, 12···압전소자

2, 14···구동부재

3, 16, 216, 516···피구동부재

10, 210, 310, 410, 510···액츄에이터

18, 218, 332, 418, 518···추부재

20, 24, 610···본체(케이스체)

26, 215···구동펄스 공급장치(구동회로)

68, 221···렌즈 프레임

77···구동회로

100, 200, 300, 400, 500···구동장치

f···구동주파수

f₀···공진주파수

본 발명은 구동장치에 관한 것이고, 특히 소형 디지털 카메라나 웹 카메라 또는 카메라가 있는 휴대전화기 등에 탑재하는 비교적 소형 렌즈 등 광학부재를 구동하는 구동장치에 관한 것이다.

디지털 카메라 등의 렌즈 구동장치로서, 압전소자 등의 전기기계 변환소자를 사용한 액츄에이터가 알려져 있다. 예를 들면 특허문헌2 또는 특허문헌3의 실시예에 나타내어지는 바와 같이, 액츄에이터는 전기기계 변환소자, 구동부재로 구성되고, 전기기계 변환소자의 신축 한 방향의 끝면에서 케이스체(또는 지지부재)에 고정되는 것이 일반적이다. 전기기계 변환소자의 신축 다른 방향의 끝면에는 구동부재가 고착되어, 이 구동부재에 피구동부재가 마찰 결합된다. 이러한 구성에서 전기기계 변환소자에 펄스형상의 전압이 인가되면, 전기기계 변환소자의 신장방향과 수축방향의 움직임이 구동부재에 전달된다. 전기기계 변환소자가 느린 속도로 변형된 경우에는, 피구동부재가 구동부재와 함께 이동하고, 전기기계 변환소자가 빠른 속도로 변형된 경우에는, 피구동부재가 그 질량의 관성에 의해 같은 위치에 멈춘다. 따라서, 왕복으로 다른 펄스형상의 전압의 인가를 반복함으로써, 피구동부재을 세밀한 피치로 간헐적으로 이동시킬 수 있다는 것이다.

이러한 구성의 액츄에이터는 전기기계 변환소자의 신축 한 방향의 끝면에서 케이스체(또는 지지부재)에 고정되어 있으므로, 전기기계 변환소자의 진동에 기인해서 구동부재를 포함하는 액츄에이터에 발생하는 진동이 케이스체에 직접 전달되어, 액츄에이터와 케이스체 사이에서 공진한다는 문제를 발생시킨다.

특허문헌1에는, 전기기계 변환소자와 케이스체 사이에 받침대를 설치하고, 전기기계 변환소자의 신축 한 방향의 끝면을 받침대에 고정하여, 상기 받침대를 케 이스체에 대해서 탄성적으로 유지함으로써, 받침대와 케이스체 사이의 진동전달을 저감 또는 차단해서, 공진의 영향을 회피하고자 하는 장치가 제안되어 있다.

또한, 특허문헌2에는, 전기기계 변환소자에 인가하는 충전시간을 전기기계 변환소자의 공진주파수의 약 1주기분으로 하고, 방전시간을 1/2주기분으로 하는, 즉 공진을 적극적으로 이용함으로써, 전기기계 변환소자의 신축량을 증대하고, 액츄에이터의 구동효율을 향상시키고자 하는 장치가 제안되어 있다.

또한, 특허문헌3에는, 공진의 영향을 고려한 액츄에이터의 구동방법으로서, 구동부재를 전기기계 변환소자의 자유단에 고정하고, 다른 일단을 고정단으로 했을 때의 공진주파수를 f₁이라고 했을 경우, 액츄에이터의 구동주파수(f)를,

f₁/3≤f≤2f₁/3

으로 하는 것이 제안되어 있다.

[특허문헌1] 일본 특허공개 2002-142470호 공보

[특허문헌2] 일본 특허 제3171187호 공보

[특허문헌3] 일본 특허 제3171022호 공보

특허문헌1에 나타내어져 있는 장치는, 어디까지나 공진의 영향을 회피하고자 하는 것이므로, 이 장치에 있어서 받침대가 케이스체에 탄성적으로 고정되지 않으면, 공진의 악영향이 발생할 수 있는 형태로 액츄에이터의 공진주파수 및 전기기계 변환소자의 구동주파수의 조건이 설정되어 있는 것을 나타내고 있는 것이며, 또한, 특허문헌2에 나타내어져 있는 장치는 공진을 적극적으로 이용하고 있는 것이므로, 어떤 경우에 있어서도 액츄에이터 내에서 발생하는 공진에 의한 악영향을 받아서, 구동부재가 압전소자의 신축방향 이외로도 변위된다는 문제를 발생시킨다. 예를 들면 도 17(A), 도 17(B)에 나타내는 바와 같이, 구동부재(2)는 공진의 영향을 받아서, 압전소자의 신축방향 이외로 변위된다는 문제를 발생시킨다. 이 때문에, 압전소자(1)의 신축에 의한 구동력이 피구동부재(3)에 정확하게 전달되지 않아서, 피구동부재(3)를 압전소자(1)의 신축방향으로 정확하게 이동시키는 것이 곤란하게 된다.

또한, 특허문헌3에 나타내어져 있는 장치는, 케이스체도 포함한 구성계의 공진주파수는 구동주파수보다 높은 쪽이 좋은 것이므로, 공진주파수를 높이기 위해 압전소자나 구동부재 등의 구성부품의 강성을 높이거나, 각 부재끼리의 결합을 강고하게 하거나 해서, 케이스체도 포함한 구성계 전체를 고강성으로 하는 것이 불가결하다. 그 때문에, 장치에 드는 비용이 높다는 문제가 있었다. 또, 동 문헌에 나타내어져 있는 조건식에 의하면, 구동주파수로서 설정할 수 있는 범위가 비교적 좁기(도 6(B)의 Q의 범위) 때문에, 장치의 품질에 편차나 고장이 생겼을 때에 공진주파수가 저하되어서 조건을 벗어나, 공진의 영향을 받는다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 공진주파수와 구동주파수의 보다 적절한 관계를 요구함으로써 공진의 영향을 억제하여, 정확하고, 또한 안정된 구동 제어를 행할 수 있는 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 전기기계 변환소자와, 전기기계 변환소자의 일단에 연결되어 전기기계 변환소자의 신축에 따라서 움직이는 구동부재와, 전기기계 변환소자의 타단측에 설치된 추부재에 의해 구성되어, 구동부재에 마찰 결합된 피구동부재를 구동부재를 따라서 이동시키는 액츄에이터를 구비하고, 이 전기 액츄에이터를 구동하기 위한 구동회로를 갖는 것으로서, 구동회로는 전기기계 변환소자와 구동부재를 질량으로 하고, 추부재를 스프링으로 한 1자유계의 공진주파수를 f₀, 전기기계 변환소자의 구동주파수를 f라고 했을 때, f≥2^1/2·f₀로 되는 구동주파수(f)에서 전기기계 변환소자를 구동하는 것을 특징으로 한다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 상기와 같이 설정한 구동주파수(f)에서 전기기계 변환소자를 구동하도록 했으므로, 공진의 영향이 매우 작고, 피구동부재를 전기기계 변환소자의 신축방향으로 정확하게 구동 제어할 수 있다.

또한, 청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 구동주파수를 넓은 범위로 설정할 수 있다. 따라서, 온도변화 등의 환경부하나 제품의 편차 등에 의해 공진주파수가 변화된 경우에도 구동주파수의 설정을 변경할 필요가 없다.

청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 액츄에이터의 공진주파수를

f₀≤70㎑

로 한 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 발명은 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 있어서, 추부재의 재료는 전기기계 변환소자의 재료보다 영율이 작은 것을 특징으로 한다.

청구항4에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 추부재의 재료는 영율이 1㎬이하인 것을 특징으로 한다.

추부재의 영율을 상기와 같이 설정함으로써 공진주파수를 저감할 수 있고, 구동주파수 영역에 있어서의 공진의 발생을 방지할 수 있다. 추부재의 영율은 1㎬이하가 바람직하고, 300㎫ 이하가 보다 바람직하다.

청구항5에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 발명이 있어서, 추부재는 상기 액츄에이터의 공진주파수를 저감시키는 공진주파수 저감부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재된 발명은 청구항 5의 발명에 있어서, 공진주파수 저감부재로 이루어지는 추부재를 설치함으로써, 강성재료로 이루어지는 추부재를 설치하는 경우보다 액츄에이터의 공진주파수를 낮게 하도록 한 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 발명에 있어서, 구동부재는 선단측 및/또는 기단측에서 전기기계 변환소자의 신축방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 8에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 발명에 있어서, 액츄에이터는 전기기계 변환소자의 신축방향에 대하여 측방으로부터 케이스체에 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 9에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 발명에 있어서, 전기기계 변환소자를 구동하기 위해 신장과 수축방향에 있어서 비대칭의 신호를 발생시키는 구동수단을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 10에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 발명에 있어서, 피구동부재는 구동부재에 대하여 면접촉하고 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 11에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 하나의 발명에 있어서, 피구동부재의 이동위치를 검출하는 검출수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

청구항 12에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 발명에 있어서, 전기기계 변환소자는 가청주파수를 초과하는 구동주파수로 구동되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 전기기계 변환소자의 가청영역에 있어서의 작동음을 저감할 수 있다.

청구항 13에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 하나의 발명에 있어서, 피구동부재는 광학부재에 연결되어 있어 촬영광학계에 사용되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 광학부재는 렌즈에만 한정되지 않고, 피구동부재는 조리개나 셔터 또는 ND 필터 등에도 사용된다.

청구항 14에 기재된 발명은 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 하나의 발명에 있어서, 액츄에이터는 휴대전화에 탑재되는 촬영광학계에 사용되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 이 액츄에이터는 휴대전화에 탑재되는 촬영광학계에만 한정되지 않고, 웹 카메라나 소형의 디지털 카메라 등 비교적 소형 촬영광학계에 사용될 수도 있다.

이하 첨부 도면에 따라서 본 발명에 따른 구동장치의 바람직한 실시형태에 대해 상세하게 서술한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 구동장치(100)의 액츄에이터(10)를 나타내는 평면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 액츄에이터(10)는 압전소자(12), 구동부재(14), 및, 추부재(18)로 구성된다. 전기신호의 입력에 의해 신축가능한 전기기계 변환소자 중 하나인 압전소자(12)는 화살표방향으로 적층되어서 구성되어 있고, 전압을 인가함으로써 적층방향으로 변형(신축)되도록 구성된다. 따라서, 압전소자(12)는, 길이방향의 끝면(12A, 12B)이 변위되도록 되어 있다.

압전소자(12)의 끝면(12A, 12B) 중, 한쪽의 끝면(12A)에는 구동부재(14)의 기단이 고착된다. 구동부재(14)는 예를 들면 원기둥형상으로 형성되어 있고, 그 축이 화살표방향(즉, 압전소자의 신축방향)으로 배치되어 있다. 구동부재(14)의 재질은 가볍고 고강성인 것이 적합하며, 그 조건을 충족시키는 것으로서는 베릴륨이 이상적이지만, 이 재료는 희소금속이므로 고가이고 또한 가공성이 나쁘다는 결점을 가지고 있다. 그래서 본 실시형태에 있어서는, 흑연결정을 강고하게 복합시킨 흑연복합체, 예를 들면 카본 그라파이트가 사용된다.(여기서, 흑연복합체란 탄소의 육각판형상 결정체인 그라파이트와 그라파이트 이외의 물질의 복합체를 의미하고, 카본 그라파이트란 그라파이트와 무정형 탄소로 이루어지는 물질을 의미한다. 또, 그라파이트는 흑연이라고도 불린다.) 이 흑연복합체인 카본 그라파이트는, 베릴륨과 유사한 특성을 가지면서(베릴륨의 비중은 약 1.85, 카본 그라파이트의 비중은 약 1.8이다), 베릴륨과 달리 비교적 저렴하고 가공하기 쉽다는 특성을 갖고 있으므로, 액츄에이터(10)의 비용을 저감할 수 있다. 또한, 구동부재(14)의 형상은 원기둥형상에 한정되는 것이 아니라, 각기둥형상이어도 좋다.

피구동부재(16)는 구동부재(14)에 소정의 마찰력으로 결합되어 있고, 구동부재(14)를 따라 슬라이드 가능하게 지지된다. 피구동부재(16)와 구동부재(14)의 마찰력은, 압전소자(12)에 완만한 변화의 전압을 인가했을 때에, 그 구동력보다 정마찰력이 커지도록, 또, 압전소자(12)에 급격한 변화의 전압을 인가했을 때에, 그 구동력보다 정마찰력이 작아지도록 설정된다. 또한, 구동부재(14)와 피구동부재(16)의 슬라이딩 접촉부분에는 동작을 안정시키고, 또한 반복 구동했을 때의 내구성을 향상시키기 위해 윤활제가 도포된다. 이 윤활제는 저온하에서도 구동부재(14)와 피구동부재(16)의 슬라이딩 구동저항이 증가되지 않도록, 온도에 의해 성능이 변화되기 어려운 것이 바람직하다. 또한, 광학부품이나 기구부품에 악영향을 주는 진애를 발생시키지 않는 타입인 것이 좋다.

추부재(18)는, 압전소자(12)의 끝면(12B)에 고착된다. 이 추부재(18)는 압전소자(12)의 끝면(12B)에 부하를 부여함으로써 끝면(12B)이 끝면(12A)보다 크게 변위되는 것을 방지하는 것이며, 구동부재(14)보다 중량이 큰 것이 바람직하다. 또 구동부재(14)보다 질량이 큰 추부재(18)를 설치함으로써, 압전소자(12)의 신축을 효율적으로 구동부재(14)측에 전달할 수 있다. 예를 들면, 구동부재(14)가 8㎎, 압전소자(12)가 30㎎일 경우에 20㎎의 추부재(18)가 사용된다.

또한, 추부재(18)는 연성재료에 의해 형성되어 있다. 추부재(18)의 재질은, 압전소자(12) 및 구동부재(14)보다 영율이 작은 재료인 것이 사용된다. 추부재(18)의 영율로서는 1㎬이하가 바람직하고, 300㎫이하가 보다 바람직하다. 이러한 추부재(18)는, 고무 등의 탄성체에 비중이 큰 금속가루를 섞음으로써 형성되고, 예를 들면 우레탄 고무나 우레탄 수지에 텅스텐의 분말을 혼합함으로써 제조된다. 추부재(18)의 비중은 장치의 소형화를 위해 가능한 한 높은 것이 바람직하고, 예를 들면 8~12정도로 설정된다. 또, 우레탄 고무나 우레탄 수지에 텅스텐의 분말을 혼합함으로써 제조되는 추부재(18)의 영율은 60㎫정도, 비중은 11.7정도로 된다. 따라서, 추부재(18)를 가능한 한 작은 체적으로 설계할 경우는, 가능한 한 비중이 크고 또한 영율이 작은 조합이 최적으로 되지만, 추부재(18)는 구동부재(14)의 비중보다 크고(즉 비중 1.8이상), 또한 영율이 1㎬이하인 것이면 이용 가능하다. 즉, 비중을 영율로 나눈 수치(비중/영율)가 1.8×10^-9이상이면 추부재(18)로서 적합하다.

압전소자(12)에는 구동펄스 공급장치(구동회로)(26)(도 4 참조)가 전기적으로 접속되어 있고, 이 구동펄스 공급장치(26)에 의해 도 2(A), 도 2(B)에 나타내는 파형의 전압이 인가된다. 이 도 2의 (A), (B)의 출력신호, 즉 압전소자(12)를 작동시키는 전기신호는 가청주파수를 초과하는 주파수의 신호가 사용된다. 이러한 주파수의 신호를 사용함으로써, 압전소자(12)의 가청영역에 있어서의 작동음을 저감할 수 있다. 또한, 이 가청주파수를 초과하는 주파수의 신호는 후술의 실시형태에서도 마찬가지로 사용된다.

도 2(A), 도 2(B)는 압전소자(12)에 인가되는 펄스파형의 일례를 나타낸 것 이다. 도 2(A)는, 도 1의 피구동부재(16)를 화살표의 좌방향으로 이동시킬 때의 펄스파형이며, 도 2(B)는 도 1의 피구동부재(16)를 화살표의 우방향으로 이동시킬 때의 펄스파형이다.

도 2(A)의 경우, 압전소자(12)에는 시각(α1)으로부터 시각(α2)에 걸쳐서 완만하게 상승하고, 시각(α3)에서 급격하게 하강하는 대략 톱니형상의 구동펄스를 인가하고 있다. 따라서, 시각(α1)으로부터 시각(α2)에서는, 압전소자(12)가 완만하게 신장된다. 그 때, 구동부재(14)가 완만한 속도로 이동하므로, 피구동부재(16)는 구동부재(14)와 함께 이동한다. 이것에 의해, 피구동부재(16)를 도 1의 좌방향으로 이동시킬 수 있다. 시각(α3)에서는, 압전소자(12)가 급격하게 수축되므로, 구동부재(14)는 도 1의 우방향으로 이동한다. 그 때, 구동부재(14)가 급격하게 이동하므로, 피구동부재(16)는 관성에 의해 그 위치에 정지한 채, 구동부재(14)만이 이동한다. 따라서, 도 2(A)에 나타낸 톱니형상의 구동펄스를 반복하여 인가함으로써, 도 1의 피구동부재(16)는 좌방향으로의 이동과 정지를 반복하므로 좌방향으로 이동시킬 수 있다.

도 2(B)의 경우, 압전소자(12)에는 시각(β1)에서 급격하게 상승하고, 시각(β2)로부터 시각(β3)에 걸쳐서 완만하게 하강하는 대략 톱니형상의 구동펄스를 인가하고 있다. 따라서, 시각(β1)에서는 압전소자(12)가 급격하게 신장되고, 구동부재(14)는 도 1의 좌방향으로 이동한다. 그 때, 구동부재(14)가 급격하게 이동하므로, 피구동부재(16)는 관성에 의해 그 위치에 정지한 채, 구동부재(14)만이 이동한다. 시각(β2)로부터 시각(β3)에서는 압전소자(12)가 완만하게 수축된다. 그 때, 구동부재(14)가 완만하게 변위하므로, 피구동부재(16)는 구동부재(14)와 함께 이동한다. 이것에 의해, 피구동부재(16)를 도 1의 우방향으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 도 2(B)에 나타낸 톱니형상의 구동펄스를 반복하여 인가함으로써, 도 1의 피구동부재(16)는 우방향으로의 이동과 정지를 반복하므로 우방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 톱니형상의 구동펄스는 설명을 위해 모식적으로 사용되는 것으로서, 실제로는 도 13과 같은 회로에 의해 도 14, 도 15에 나타내는 신호가 입출력된다. 그 출력신호는 톱니형상의 구동펄스와 등가인 것으로 된다. 또, 사용되는 구동주파수로서는 구동주파수가 이음(異音)으로서 인식되는 가청주파수 영역을 피하고, 또한 전력소비량이 적은 것을 고려해서 선정하면 20~200㎑정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 50~100㎑가 사용된다.

여기서 일반적으로, 진동하는 기계나 구조물로부터, 그것을 지지하는 기초나 바닥에 진동이 전해지지 않도록 하기 위해서는 진동전달율(Vibration Transmissibllity)이 작은 쪽이 좋고, 등가 1자유계에 있어서는 진동전달율(λ)은 하기 식1로 나타내어진다.

[식1]

단,

λ : 등가 1자유계의 진동전달율,

f : 사용되는 구동주파수,

f₀: 등가 1자유계의 공진주파수,

ξ : 등가 1자유계의 저감비

그리고, 등가 1자유계에서는, 이 진동전달율(λ)이 1이하일 경우에는, 이 값에 관계없이 기계의 진동이 기초나 바닥에 전달되기 어렵게 된다. 따라서, 하기 식2, 및 식2를 식변형한 하기 식3으로 나타내어지는 바와 같이, 진동전달율(λ)이 1이하인 범위, 즉 f≥2^1/2·f₀를 충족시키는 범위(도 6(A)의 범위(P))는, 압전소자(12)의 진동이 액츄에이터(10)의 지지부재(예를 들면 도 4의 본체(20))에 전달되기 어려워, 공진에 의한 영향이 매우 작은 방진영역이다. 또한, 방진영역에 대해서는 예를 들면, 「모드해석 입문, 나가마츠 아키오저, 코로나사」에 기재되어 있다. 덧붙여서, f≥2^1/2·f₀의 관계는 다른 실시형태에 대해서도 물론 적용 가능하다.

[식2]

[식3]

여기서, 구동펄스 공급장치(26)는, 상술한 펄스형상의 전압을 특정의 구동주파수(f)에서 압전소자(12)에 인가한다. 즉, 압전소자(12)와 구동부재(14)를 질량으로 하고, 추부재(18)를 스프링으로 한 등가 1자유계의 공진주파수를 f₀, 압전소자(12)의 구동주파수를 f라고 했을 때, f≥2^1/2·f₀으로 되는 구동주파수(f)에서 압전소자(12)를 구동한다. 또한, 공진주파수(f₀)는 아래 식에 의해 구해진다. 이 식에 있어서 E는 추부재(18)의 영율, A는 추부재(18)의 압전소자(12)측의 면적, h는 추부재(18)의 두께, Ma는 압전소자(12)의 질량, Mb는 구동부재(14)의 질량, Mc는 추부재(18)의 질량을 나타낸다.

[식4]

다음에 상기와 같이 구성된 액츄에이터(10)의 작용에 대해서 설명한다.

본 실시형태에서는, 공진주파수(f₀)에 대해서 방진영역인 f≥2^1/2·f₀를 충족시키는 구동주파수(f)에서 압전소자(12)를 구동 제어하고 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 공진에 의해 구동부재(14)가 압전소자(12)의 신축방향 이외로 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 구동부재(14)가 압전소자(12)의 신축방향으로 변위되므로, 압전소자(12)의 신축에 의한 구동력이 피구동부재(16)에 정확하게 전달되어, 피구동부재(16)를 압전소자(12)의 신축방향으로 정확하게 구동 제어할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, f≥2^1/2·f₀로 되는 넓은 범위에서 액츄에이터(10)의 구동주파수(f)를 설정할 수 있다. 따라서, 온도변화 등의 환경부하나 제품의 편차 등에 의해 상기 공진주파수(f₀)가 변화된 경우에도 구동주파수(f)의 설정을 변경할 필요가 없어, 액츄에이터(10)마다의 설정변경이 불필요하게 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 압전소자(12)의 끝면(12B)에 고착된 추부재(18)가 영율이 작은 연성재료로 형성되어 있다. 이러한 추부재(18)를 사용함으로써, 압전소자(12)와 구동부재(14)를 질량으로 하고, 추부재(18)를 탄성체로 한 등가 1자유계의 공진주파수(f₀)를 대폭적으로 저감할 수 있다, 바꾸어 말하면, 추부재(18)는 공진주파수를 저감시키는 공진주파수 저감부재로서 기능한다. 또한, 영율이 작은 연성재료로 형성된 추부재(18)를 사용함으로써, 강성재료로 이루어지는 추부재를 설치하는 경우보다 액츄에이터(10)의 공진주파수가 낮은 것으로 된다. 이것은, 상술한 식1로부터도 명확하다. 즉, 식1에 있어서 추부재(18)의 영율(E)을 작게 하면, 공진주파수(f₀)는 작아진다. 본 실시형태에서는, 추부재(18)의 영율을 1㎬이하로 한 것에 의해 공진주파수(f₀)를 약 70㎑이하로 할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서 추부재(18)의 영율을 300㎫이하로 하면, 공진주파수(f₀)를 35㎑이하로 할 수 있다. 또, 본 실시형태에 있어서 추부재(18)를 영율이 60㎫정도인 우레탄 고무에 텅 스텐 분말을 혼합한 것을 사용한 경우는, 공진주파수(f₀)는 15㎑정도로 된다(도 16 중의 번호1 참조. 단, E+07은 ×10⁷을 의미한다).

이것에 대해서, 추에 상당하는 부재가 영율이 큰 경질재료로 형성되면 공진주파수(f₀)가 커진다. 예를 들면, 본 실시형태에 있어서, 추부재(18)의 재질을 영율이 200~400㎬인 스텐레스로 했을 경우는, 공진주파수(f₀)는 1㎓이상으로 된다. 또한, 금속 중에서도 비교적 영율이 작은 알루미늄(영율은 120㎬정도)을 사용한 경우라도 상기 공진주파수(f₀)는 약 700㎑로 된다(도 16 중의 번호5 참조).

상술한 바와 같이 본 실시형태의 액츄에이터(10)는, 추부재(18)가 공진주파수 저감부재로 형성되어 있으므로, 등가 1자유계의 공진주파수(f₀)를 70㎑이하까지 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 통상 사용되는 50~100㎑의 구동주파수(f)는 f≥2^1/2·f₀를 충족시키게 된다. 따라서, 구동주파수(f)를 고주파로 설정하지 않고 f≥2^1/2·f₀를 충족시킬 수 있어 소비전력을 저감할 수 있다. 또, 추부재(18)를 탄성체나 점탄성 재료로 한 경우도 같은 작용을 나타낸다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 압전소자(12), 구동부재(14), 추부재(18)로 구성되는 액츄에이터 자체의 공진주파수(f₀) 그것을 작게 해서 공진에 의한 악영향을 제거할 수 있으므로, 액츄에이터의 구성부품의 부품으로서의 편차에 의한 영향을 작게 할 수 있는 것 외에, 액츄에이터를 어떻게 케이스체에 부착해도 공진의 영향을 받기 어렵게 되므로, 액츄에이터를 부착할 때의 설계적 및 제조적인 자유도가 증가되게 된다. 즉, 도 3(A)에 나타내는 바와 같이 압전소자(12)의 끝면(12A)을 지지부재(23)로 지지하도록 해도 좋고, 도 3(B)에 나타내는 바와 같이 압전소자(12)의 측면을 지지부재(23)로 지지하도록 해도 좋다. 또한, 구동부재(14)의 선단면이나 측면, 선단측 및/또는 기단측, 혹은 추부재(18)의 측면이나 후단면을 지지하도록 해도 좋다.

도 4는, 본 발명의 제1실시형태에 따른 구동장치(100)를 나타내는 평면도이다. 이 구동장치(100)는, 액츄에이터(10)를 카메라가 있는 휴대전화기 등에 탑재한 것이며, 액츄에이터(10)는 줌 렌즈나 포커스 렌즈 등의 이동 렌즈(도시생략)를 이동시킨다.

도 4에 나타내는 액츄에이터(10)는, 도 3(A)에 나타낸 경우와 마찬가지로 압전소자(12)의 끝면(12A)으로 지지되어 있다. 즉, 압전소자(12)의 끝면(12A)은 본체(케이스체)(20)에 형성된 지지부(20A)에 접착되어서 고정되어 있다.

본체(20)에는 구멍(20B)이 형성되어 있다. 구멍(20B)은 구동부재(14)의 외경보다 약간 큰 지름으로 형성되어 있고, 이 구멍(20B)에 구동부재(14)의 선단이 삽입되어서 지지된다.

피구동부재(16)는 도 5에 나타내는 바와 같이 V형상의 홈(16A)을 갖고, 이 홈(16A)에 구동부재(14)가 결합된다. 또한, 피구동부재(16)는 판 스프링(22)를 갖고 있고, 이 판 스프링(22)에 의해 구동부재(14)가 피구동부재(16)측으로 밀린다. 이렇게, 피구동부재(16)는 구동부재(14)에 3개소에서 선접촉하고 있어, 실질적인 면접촉으로 되어 있다. 이것에 의해, 피구동부재(16)가 구동부재(14)에 마찰 결합된다. 피구동부재(16)의 하방에는, 이동 렌즈를 유지하는 유지 프레임(도시생략)이 연결된다.

상기와 같이 구성된 경우에도, f≥2^1/2·f₀를 충족시키는 구동주파수(f)에서 압전소자(12)를 구동함으로써, 압전소자(12)의 구동력을 그 신축방향으로 정확하게 피구동부재(16)에 전달할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제2실시형태에 따른 구동장치(200)에 대해서 도 7 및 도 8에 기초하여 설명한다. 여기서, 제1실시형태와 동일한 설명을 생략하고, 다른 점에 대해서만 설명한다.

도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 이 구동장치(200)에는 액츄에이터(210)가 탑재되어 있다. 피구동부재(216)는 이동 렌즈(211)의 렌즈 프레임(221)과 일체적으로 형성된다. 렌즈 프레임(221)은, 구동부재(14)와 평행하게 배치된 가이드봉(도시생략)에 의해 가이드되고, 구동부재(14) 둘레의 회전이 방지된다. 또한, 피구동부재(216)에는 U형상의 홈(216B)이 형성되어, 이 홈(216B)에 구동부재(14)가 결합된다. 피구동부재(216)의 4개의 각 코너부에는 상방으로 돌출될 돌출부(224, 224…)가 형성되고, 이 돌출부(224, 224…)로 둘러싸인 영역 내에 마찰판(226)이 설치된다. 마찰판(226)은, 구동부재(14)의 측면형상에 맞추어져서 원호형상으로 만곡하여 형성된다. 따라서, 피구동부재(216)는 구동부재(14)와 면접촉하게 된다. 또한, 마찰판(226)의 각 코너부는 피구동부재(216)의 돌출부(224, 224 …)에 맞추어져서 노치되어 있다. 따라서, 마찰판(226)을 돌출부(224, 224 …)로 둘러싸인 영역 내에 배치했을 때에 마찰판(226)이 탈락되는 것이 방지된다.

피구동부재(216)에는 누름 스프링(228)이 부착된다. 누름 스프링(228)은, 마찰판(226)을 피구동부재(216)측으로 밀도록 구성되어 있다. 따라서, 피구동부재(216)의 U형상의 홈(216B)에 구동부재(14)를 배치하고, 그 위에 마찰판(226)을 배치하면, 마찰판(226)이 누름 스프링(228)에 의해 구동부재(14)에 가압되어, 마찰판(226)과 피구동부재(216)로 구동부재(14)를 끼워서, 피구동부재(216)를 구동부재(14)에 마찰 결합시킬 수 있다.

압전소자(12)의 후단의 끝면(12B)에는 연성의 추부재(218)가 접착되어서 고정된다. 추부재(218)의 비중은 소형화를 위해 가능한 한 높은 것이 바람직하고, 예를 들면 스텐레스와 같은 정도(7.7~8.0)로 설정된다. 추부재(218)는, 압전소자(12)가 부착된 면과 반대측에 부착부재(230)가 접착되고, 이 부착부재(230)를 통해서 추부재(218)가 본체(20)에 지지된다. 부착부재(230)는 금속판을 굴곡시킴으로써 コ형상으로 형성되어 있고, 그 양단의 굴곡부분이 본체(20)에 끼워 맞추어져 고정된다. 압전소자(12)는, 구동펄스 공급장치(215)(도 8참조)에 전기적으로 접속되어 있고, 이 구동펄스 공급장치(215)에 의해 압전소자(12)에 전압이 인가된다. 또한, 본 실시형태에서는, 추부재(218)는 부착부재(230)에 의해 본체(20)에 고정되어 있지만, 추부재(218)는 본체(20)에 직접 부착되어도 같은 효과를 나타낸다.

이와 같이 본 실시형태에서는, 압전소자(12)의 후단의 끝면(12B)을 연성의 탄성체로 이루어지는 추부재(218)에 의해 자유단에 가까운 상태로 지지하고 있고, 이것에 의해 장치구성계의 공진주파수(f₀)를 20~30㎑까지 저하시키고 있다. 그리고, 구동펄스 공급장치(215)는 이 공진주파수(f₀)에 대해서, f≥2^1/2·f₀를 충족하는 구동주파수(f)에서 압전소자(12)를 구동한다. f≥2^1/2·f₀를 충족하는 범위는 힘의 전달율이 1이하로 되는 방진영역이며, 공진이 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 장치구성계의 공진을 방지할 수 있어 항상 안정된 구동량을 확보할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제3실시형태에 따른 구동장치(300)에 대해서 도 9에 기초하여 설명한다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 이 구동장치(300)가 구동장치(200)와 다른 점은, 압전소자(12)의 후단측의 끝면(12B)에 고무 등의 탄성체로 이루어지는 추부재(332)가 접착 고정되고, 이 추부재(332)는 압전소자(12)의 반대측의 면이 본체(20)에 접착 고정되어 있는 점이다. 이렇게 해도, 상기 실시형태와 같은 항상 안정된 구동량을 확보할 수 있다는 작용효과를 나타낸다.

다음에, 본 발명의 제4실시형태에 따른 구동장치(400)에 대해서 도 10에 기초하여 설명한다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 이 구동장치(400)가 구동장치(200)와 다른 점은, 연성재료로 이루어지는 추부재(418)가 압전소자(12)의 끝면(12B)보다 큰 면을 갖는 박판형상으로 형성되고, 이 추부재(418)의 중앙위치에 압전소자(12)가 접착 고정되며, 추부재(418)의 양단부가 본체(20)에 접착 고정되어 있는 점이다. 이렇게 압전소자(12)의 후단의 끝면(12B)이 박판형상의 추부재(418)에 의해 본체(20)에 지지되어 있으므로, 추부재(418)가 휘어져서 변형됨으로써 압전소자(12)의 후단의 끝면(12B)이 변위된다. 또한, 추부재(418)의 영율이 작으므로, 압전소자(12)의 후단의 끝면(12B)은 추부재(418)에 의해 자유단에 가까운 상태로 지지된다. 따라서, 공진주파수(f₀)를 저감할 수 있고, 구동주파수(f)를 방진영역으로 되는 f≥2^1/2·f₀의 넓은 범위에서 사용할 수 있다. 따라서, 장치구성계의 공진을 방지할 수 있어, 항상 안정된 구동량을 확보할 수 있다.

또한, 점탄성체를 개재해서 압전소자(12)의 후단의 끝면(12B)을 지지하도록 해도 좋고, 이것에 의해 공진의 억제효과가 커진다. 즉, 수지, 고무 등의 탄성체는 점성을 가지는 것도 많으며, 그 점성은 진동의 에너지를 흡수하여 열로 바꾸고 유실시키는 성질이 있다. 따라서, 장치구성계의 공진이나, 목적방향 이외의 진동에 의한 악영향을 방지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제5실시형태에 따른 구동장치(500)에 대해서 설명한다.

도 11은 본 발명의 제5실시형태에 따른 구동장치(500)의 단면도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 구동장치(500)는 이동 렌즈(70)를 이동대상물로 해서 이동 렌즈(70)의 구동을 행하는 것이며, 압전소자(12) 및 구동부재(14)를 갖는 액츄에이터(510)와, 그 액츄에이터(510)를 지지하는 지지부재(60) 와, 피구동부재(516)를 구비하여 구성되어 있다. 압전소자(12)는, 전기신호의 입력에 의해 신축 가능한 전기기계 변환소자이며, 소정의 방향으로 신장 및 수축 가능하게 되어 있다. 이 압전소자(12)는 제어부(71)에 접속되고, 그 제어부(71)에 의해 전기신호가 입력됨으로써 신축한다. 예를 들면, 압전소자(12)에는, 2개의 입력단자(72A, 72B)가 설치된다. 이 입력단자(72A, 72B)에 인가되는 전압을 반복해서 증감시킴으로써, 압전소자(12)가 신장 및 수축을 반복하게 된다.

구동부재(14)는, 압전소자(12)의 신축방향으로 길이방향을 향해서 압전소자(12)에 부착되어 있다. 예를 들면, 구동부재(14)의 일단이 압전소자(12)에 접촉되어 접착제(27)를 사용해서 접착되어 있다. 이 구동부재(14)는 장척형상의 부재이며, 예를 들면 원기둥형상의 것이 사용된다. 구동부재(14)의 재질에는, 흑연결정을 강고하게 복합시킨 흑연결정 복합체, 예를 들면 카본 그라파이트가 사용된다. 구동부재(14)는, 본체(24)로부터 내측으로 연장되는 칸막이부(24B, 24C)에 의해 길이방향을 따라 이동 가능하게 지지되어 있다. 칸막이부(24B, 24C)는, 피구동부재(516)의 이동영역을 나누기 위한 부재이며, 구동부재(14)의 지지부재로서도 기능하고 있다.

칸막이부(24B, 24C)에는, 구동부재(14)를 관통시키는 관통구멍(24A)이 각각 형성되어 있다. 칸막이부(24B)는, 구동부재(14)의 압전소자(12) 부착부분의 근방개소, 즉 구동부재(14)의 기단개소를 지지하고 있다. 칸막이부(24C)는, 구동부재(14)의 선단개소를 지지하고 있다. 본체(24)는, 액츄에이터(510)를 설치하기 위한 프레임체 혹은 프레임 부재로서 기능하는 것이다. 구동부재(14)는, 압전소자(12)에 부 착됨으로써 압전소자(12)의 신장 및 수축의 반복동작에 따라서 그 길이방향을 따라 왕복 이동한다.

또한, 도 11에서는, 구동부재(14)를 칸막이부(24B, 24C)에 의해 그 선단측과 기단측의 2개소에서 지지하는 경우를 나타내고 있지만, 구동부재(14)를 그 선단측 또는 기단측의 한쪽에서 지지하는 경우도 있다. 예를 들면, 칸막이부(24B)의 관통구멍(24A)을 구동부재(14)의 외경보다 크게 형성함으로써, 구동부재(14)가 칸막이부(24C)에 의해 선단 개소에서만 지지되게 된다. 또, 칸막이부(24C)의 관통구멍(24A)을 구동부재(14)의 외경보다 크게 형성함으로써, 구동부재(14)가 칸막이부(24B)에 의해 기단개소에서만 지지되게 된다. 또한, 도 11에서는, 구동부재(14)를 지지하는 칸막이부(24B, 24C)가 본체(24)와 일체적으로 되어 있는 경우에 대해서 나타냈지만, 이들 칸막이부(24B, 24C)는 본체(24)와 별체인 것을 본체(24)에 부착해서 설치해도 된다. 별체의 경우라도, 일체적으로 되어 있는 경우와 같은 기능, 효과가 얻어진다.

피구동부재(516)는, 구동부재(14)에 이동 가능하게 부착되어 있다. 이 피구동부재(516)는, 구동부재(14)에 대하여 마찰 결합되어 부착되고, 그 길이방향을 따라 이동 가능하게 되어 있다. 예를 들면, 피구동부재(516)는, 구동부재(14)에 대하여 소정의 마찰계수에서 결합되어 있고, 일정한 압압력으로 구동부재(14)에 가압됨으로써 그 이동시에 일정한 마찰력이 생기도록 부착되어 있다. 피구동부재(516)에 이 마찰력을 초과하는 이동력이 부여됨으로써, 마찰력에 저항해서 피구동부재(516)가 구동부재(14)를 따라 이동한다.

액츄에이터(510)는, 지지부재(60)에 의해 본체(24)에 지지되어 있다. 지지부재(60)는 액츄에이터(510)를 압전소자(12)의 신축방향과 직교하는 방향으로부터 지지하는 것이고, 액츄에이터(510)를 수용하는 본체(24)와 압전소자(12) 사이에 배치되어 있다.

지지부재(60)는, 소정이상의 탄성특성을 갖는 탄성체에 의해 형성되고, 예를 들면 실리콘 수지에 의해 형성된다. 지지부재(60)는, 압전소자(12)를 삽입시키는 삽입구멍(60A)을 형성하여 구성되고, 그 삽입구멍(60A)에 압전소자(12)를 삽입시킨 상태에서 본체(24)에 설치되어 있다. 지지부재(60)의 본체(24)로의 고착은, 접착제(61)에 의한 접착에 의해 행해진다. 또, 지지부재(60)와 압전소자(12) 사이의 고착도, 접착제에 의한 접착에 의해 행해진다. 이 지지부재(60)를 탄성체에 의해 구성함으로써, 액츄에이터(510)를 압전소자(12)의 신축방향으로 이동 가능하게 지지할 수 있다. 도 11에 있어서 지지부재(60)가 압전소자(12)의 양측에 2개 도시되어 있지만, 이 지지부재(60, 60)는 1개의 연속하는 지지부재(60)의 단면을 취함으로써 2개로 도시된 것이다.

또한, 지지부재(60)의 본체(24)로의 고착 및 압전소자(12)로의 고착은, 본체(24)와 압전소자(12) 사이에 지지부재(60)를 압입하고, 지지부재(60)의 압압에 의해서 행해도 된다. 예를 들면, 지지부재(60)를 탄성체에 의해 구성하고, 또한, 본체(24)와 압전소자(12) 사이보다 크게 형성하여, 이 사이에 압입해서 설치한다. 이것에 의해, 지지부재(60)는 본체(24) 및 압전소자(12)에 밀착해서 배치된다. 이 경우, 압전소자(12)는 지지부재(60)에 의해 신축방향에 직교하는 방향의 양측으로부 터 눌려진다. 이것에 의해 액츄에이터(510)가 지지된다.

또한, 여기서는 지지부재(60)를 실리콘 수지로 형성하는 경우에 대해서 설명했지만, 지지부재(60)를 스프링 부재에 의해 구성해도 된다. 예를 들면, 본체(24)와 압전소자(12) 사이에 스프링 부재를 배치하고, 이 스프링 부재에 의해 액츄에이터(510)를 본체(24)에 대하여 지지해도 된다.

피구동부재(516)에는, 렌즈 프레임(68)을 개재해서 이동 렌즈(70)가 부착되어 있다. 이동 렌즈(70)는, 카메라의 촬영광학계를 구성하는 것이고, 구동장치의 이동대상물로 되는 것이다. 이 이동 렌즈(70)는, 피구동부재(516)와 일체적으로 결합되어, 피구동부재(516)와 함께 이동하도록 설치되어 있다. 이동 렌즈(70)의 광축O상에는, 동시생략된 고정 렌즈 등이 설치되어, 카메라의 촬영광학계를 구성하고 있다. 또한, 광축O상에는 촬상소자(65)가 설치되어 있다. 촬상소자(65)는, 촬영광학계에 의해 결상된 화상을 전기신호로 변환하는 촬상수단이고, 예를 들면 CCD에 의해 구성된다. 촬상소자(65)는 제어부(71)와 접속되어 있고, 화상신호를 제어부(71)에 출력한다.

압전소자(12)의 단부에는, 추부재(518)가 부착되어 있다. 추부재(518)는, 압전소자(12)의 신축력을 구동부재(14)측으로 전달시키기 위한 부재로서, 압전소자(12)의 구동부재(14)가 부착되는 단부와 반대측의 단부에 부착되어 있다. 추부재(518)로서는, 구동부재(14)보다 무거운 것이 사용된다. 또한, 추부재(518)로서, 탄성 변형 가능한 부재에 금속가루를 혼입시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다. 금속가루를 혼입시킴으로써 중량을 크게 할 수 있고, 탄성 변형 가능한 부재를 사용함 으로써 압전소자(12)의 작동시에 있어서의 불필요한 공진을 감쇠시킬 수 있다. 또, 추부재(518)를 연성부재에 의해 구성함으로써 액츄에이터(510)에 있어서의 공진주파수를 압전소자(12)의 구동주파수에 대하여 충분히 작게 할 수 있어 공진의 영향을 저감할 수 있다.

또한, 추부재(518)는, 본체(24)에 대하여 지지 고정되지 않는 상태로 설치되어 있다. 즉, 추부재(518)는, 본체(24)에 대하여 직접 지지되거나 고정되어 있지 않고, 또 접착제나 수지재를 개재해서 본체(24)에 대하여 움직임이 구속되도록 지지되거나 고정되어 있지 않은 상태로 설치되어 있다.

구동장치(500)에는, 피구동부재(516)의 이동위치를 검출하는 검출기(75)가 설치되어 있다. 검출기(75)로서는, 예를 들면 광학식의 검출기가 사용되고, 포토리플렉터, 포토인터랩터 등이 사용된다. 구체적으로는, 검출기(75)로서 리플렉터(75A), 검출부(75B)를 구비한 것을 사용할 경우, 피구동부재(516)와 일체적으로 형성되는 렌즈 프레임(68)에 리플렉터(75A)를 부착하고, 검출부(75B)로부터 리플렉터(75A)측으로 검출광을 출사하여, 리플렉터(75A)측에서 반사되어 오는 반사광을 검출부(75B)에서 검출함으로써 피구동부재(516) 및 이동 렌즈(70)의 이동위치를 검출한다.

검출기(75)는 제어부(71)에 접속되어 있다. 검출기(75)의 출력신호는 제어부(71)에 입력된다. 제어부(71)는 구동장치 전체의 제어를 행하는 것이고, 예를 들면 CPU, ROM, RAM, 입력신호 회로, 출력신호 회로 등에 의해 구성된다. 또한, 제어부(71)는 압전소자(12)를 작동시키기 위한 구동회로를 구비하고 있고, 압전소자(12) 에 대하여 구동을 위한 전기신호를 출력한다.

도 12는, 도 11의 XII-XII선에 있어서의 피구동부재(516)의 단면도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 피구동부재(516)는 예를 들면, 본체부(516A), 압압부(516B) 및 슬라이딩부(516C)를 구비하여 구성된다. 본체부(516A)는, 압압부(516B)에 의해 구동부재(14)에 일정한 힘으로 눌려져 있다. 본체부(516A)에는, V자형상의 홈(516D)이 형성되어 있다. 이 홈(516D) 내에는, 2개의 슬라이딩부(516C, 516C)에 끼워진 상태로 구동부재(14)가 수용되어 있다. 슬라이딩부(516C, 516C)는, 단면 V자형상의 판체이고, 서로 오목부측을 향해서 배치되고, 구동부재(14)를 끼워서 설치되어 있다. 이렇게 V자형상의 홈(516D) 내에 구동부재(14)를 수용시킴으로써, 피구동부재(516)를 안정되게 구동부재(14)에 부착할 수 있다.

압압부(516B)로서는, 예를 들면, 단면 L자형상의 판 스프링재가 사용된다. 압압부(516B)의 1변을 본체부(516A)에 걸고, 다른 1변을 홈(516D)의 대향위치에 배치함으로써 다른 1변에 의해 홈(516D)에 수용되는 구동부재(14)를 본체부(516A) 및 슬라이딩부(516C)와 함께 끼울 수 있다. 이것에 의해, 본체부(516A)를 구동부재(14)측으로 누를 수 있다.

이렇게, 피구동부재(516)는, 압압부(516B)에 의해 본체부(516A)를 구동부재(14)측으로 일정한 힘으로 눌러서 부착시킴으로써, 구동부재(14)에 대하여 마찰 결합된다. 즉, 피구동부재(516)는, 구동부재(14)에 대하여 본체부(516A) 및 압압부(516B)가 일정한 압압력으로 가압되고, 그 이동시에 일정한 마찰력이 생기도록 부착된다.

또한, 단면 V자형상의 슬라이딩부(516C, 516C)에 의해 구동부재(14)를 끼움으로써, 피구동부재(516)가 구동부재(14)에 4개소에서 선접촉, 즉 실질적으로 면접촉하게 되어 구동부재(14)에 대하여 안정되게 마찰 결합시킬 수 있다.

도 13은, 압전소자(12)를 작동시키는 구동회로의 회로도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 구동회로(77)는 제어부(71) 내에 배치되어서 설치되어 있다. 이 구동회로(77)는 압전소자(12)의 드라이브 회로로서 기능하는 것이고, 압전소자(12)에 대하여 구동용 전기신호를 출력한다. 구동회로(77)는 제어부(71)의 제어신호 생성부(도시생략)로부터 제어신호를 입력하고, 그 제어신호를 전압증폭 또는 전류증폭해서 압전소자(12)의 구동용 전기신호를 출력한다. 구동회로(77)는, 예를 들면 입력단을 논리회로(U1~U3)에 의해 구성하고, 출력단에 전계효과형 트랜지스터(FET)(Q1, Q2)를 구비한 것이 사용된다. 트랜지스터(Q1, Q2)는, 출력신호로서 H출력(고전위출력), L출력(저전위출력) 및 OFF 출력(오픈 출력)을 출력할 수 있게 구성되어 있다.

도 14에 구동회로(77)에 입력되는 입력신호, 도 15에 구동회로(77)로부터 출력되는 출력신호를 나타낸다. 도 14(A)는, 피구동부재(516)를 압전소자(12)에 접근시키는 방향(도 11에 있어서 우방향)으로 이동시킬 때에 입력되는 입력신호이고, 도 14(B)는, 피구동부재(516)를 압전소자(12)로부터 이간(離間)시키는 방향(도 11에 있어서 좌방향)으로 이동시킬 때에 입력되는 입력신호이다. 또한, 도 15(A)는, 피구동부재(516)를 압전소자(12)에 접근시키는 방향(도 11에 있어서 우방향)으로 이동시킬 때에 출력되는 출력신호이고, 도 15(B)는, 피구동부재(516)를 압전소자 (12)로부터 이간시키는 방향(도 11에 있어서 좌방향)으로 이동시킬 때에 출력되는 출력신호이다.

도 15(A), 도 15(B)의 출력신호는, 도 14(A), 도 14(B)의 입력신호와 동일 타이밍에서 온 오프하는 펄스신호로 되어 있다. 도 15(A), 도 15(B)에 있어서의 2개의 신호는, 압전소자(12)의 입력단자(72A, 72B)에 입력된다. 이 입력단자(72A, 72B)에는, 도 2에 나타내는 바와 같은 사다리꼴 파형으로 이루어지는 신호를 입력해도 좋지만, 도 15에 나타내는 직사각형상의 펄스신호를 입력해서 압전소자(12)를 작동시킬 수 있다. 이 경우, 압전소자(12)의 구동신호가 직사각형상의 펄스신호이면 되기 때문에 신호 생성이 용이하게 된다.

도 15(A), 도 15(B)의 출력신호는, 동일 주파수로 되는 2개의 직사각형상의 펄스신호에 의해 구성되어 있다. 이 2개의 펄스신호는, 서로의 위상을 다르게 함으로써, 서로의 신호의 전위차가 단계적으로 커지고 급격하게 작아지는 신호 또는 전위차가 급격하게 커지고 단계적으로 작아지는 신호로 되어 있다. 이러한 2개의 신호를 입력함으로써 압전소자(12)의 신장속도와 수축속도를 다르게 할 수 있고, 피구동부재(516)를 이동시킬 수 있다.

예를 들면, 도 15(A), 도 15(B)에 있어서, 한쪽의 신호가 H(high)로 되고 L(low)로 저하한 후에 다른 쪽의 신호가 H로 되도록 설정되어 있다. 그들 신호에 있어서, 한쪽의 신호가 L로 되었을 때에 일정한 타임 래그(t_OFF)의 경과 후, 다른 쪽의 신호가 H로 되도록 설정된다. 또한, 2개의 신호가 양쪽 모두 L일 경우에는, 출력으로서는 오프 상태(오픈 상태)로 된다.

이 도 15의 (A), (B)의 출력신호, 즉 압전소자(12)를 작동시키는 전기신호는, 가청주파수를 초과하는 주파수의 신호가 사용된다. 도 15(A), 도 15(B)에 있어서, 2개의 신호의 주파수는 가청주파수를 초과하는 주파수신호로 되고, 예를 들면, 30~80㎑의 주파수신호로 되며, 보다 바람직하게는 40~60㎑로 된다. 이러한 주파수의 신호를 사용함으로써, 압전소자(12)의 가청영역에 있어서의 작동음을 저감할 수 있다.

다음에, 본 실시형태에 따른 구동장치의 동작에 대해서 설명한다.

도 11에 있어서, 압전소자(12)에 전기신호가 입력되고, 그 전기신호의 입력에 의해 압전소자(12)가 신장 및 수축을 반복한다. 이 신장 및 수축에 따라서 구동부재(14)가 왕복 운동한다. 이때, 압전소자(12)의 신장속도와 수축속도를 다르게 함으로써, 구동부재(14)가 일정한 방향으로 이동하는 속도와 그 역방향으로 이동하는 속도가 다른 것으로 된다. 이것에 의해, 피구동부재(516) 및 이동 렌즈(70)를 원하는 방향으로 이동시킬 수 있다.

압전소자(12)가 신축될 때에 그 신축에 의한 진동이 생기지만, 압전소자(12)를 포함하는 액츄에이터(510)가 지지부재(60)에 의해 그 신축방향과 직교하는 방향으로부터 지지되어 있으므로, 압전소자(12)의 신축에 의해 생기는 진동이 액츄에이터(510)의 외부로 전달되기 어렵다. 이 때문에, 액츄에이터(510)가 본체(24) 등의 외부의 부재와 공진하는 것이 억제되어, 그 공진의 영향을 저감할 수 있다. 따라서, 피구동부재(516) 및 이동 렌즈(70)를 정확하게 이동시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 따른 구동장치(500)에 있어서도 제어부(71)가 f≥2^1/2·f₀를 충족하는 구동주파수(f)에서 압전소자(12)를 구동함으로써, 상기 실시형태와 같은 효과, 즉, 압전소자(12)의 공진을 방지할 수 있어, 항상 안정된 구동량을 확보할 수 있게 된다는 작용효과를 나타낸다.

또한, 액츄에이터(510)를 압전소자(12)의 신축방향과 직교하는 방향으로부터 지지함으로써, 액츄에이터(510)와 외부의 부재 사이에서 진동이 전달되기 어려워져 공진의 영향을 저감할 수 있다. 따라서, 피구동부재(516) 및 이동 렌즈(70)를 정확하게 이동시킬 수 있다. 덧붙여, 피구동부재의 이동위치를 검출하는 검출기(75)는, 다른 실시형태에도 물론 적용할 수 있다.

또한, 상술한 각 실시형태는 본 발명에 따른 구동장치의 일례를 나타내는 것이다. 본 발명에 따른 구동장치는, 이들 실시형태에 따른 구동장치에 한정되는 것은 아니고, 각 청구항에 기재된 요지를 변경하지 않는 범위에서, 실시형태에 따른 구동장치를 변형하거나, 또는 다른 것에 적용한 것이라도 좋다.

본 발명에서는, 상술한 바와 같이 연성의 추부재를 사용하는 것이 바람직하지만, 경성의 추부재를 사용한 경우에도 구동주파수(f)를 상기의 범위에서 사용함으로써, 공진에 의한 영향을 받는 것을 억제할 수 있어, 피구동부재를 안정되고 정확하게 이동시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액츄에이터의 용도로서는, 예를 들면 디지털 카메라나 휴대전화기 등의 소형 정밀기기에 적용할 수 있다. 특히 휴대전화기는, 본 발명의 액츄에이터를 사용함으로써 피구동부재를 2㎜/s이상의 고속도로 이동시킬 수 있다. 따라서, 10㎜정도의 이동이 필요하게 되는 줌 렌즈라도 신속하게 이동시킬 수 있다. 또, 본 발명에 따른 액츄에이터의 용도로서는 포커스 렌즈나 줌 렌즈 등의 이동 렌즈를 이동시키는 용도에 한정되지 않고, CCD를 이동시키는 용도 등으로 사용해도 된다.

또한, 예를 들면, 제5실시형태에서는 이동 렌즈(70)를 구동하는 구동장치에 적용한 장치에 대해서 설명했지만, 이동 렌즈(70) 이외의 것을 구동하는 구동장치에 적용해도 된다.

본 발명에 따른 구동장치에 의하면, f≥2^1/2·f₀으로 되는 구동주파수(f)에서 전기기계 변환소자를 구동하도록 했으므로, 공진의 영향이 매우 작아지고, 피구동부재를 전기기계 변환소자의 신축방향으로 정확하고, 또한 안정되게 구동 제어할 수 있음과 아울러, 구동주파수(f)를 넓은 범위로 설정할 수 있다.

Claims

전기기계 변환소자와, 상기 전기기계 변환소자의 일단에 연결되어 상기 전기기계 변환소자의 신축에 따라 움직이는 구동부재와, 상기 전기기계 변환소자의 타단측에 설치된 추부재에 의해 구성되고, 상기 구동부재에 마찰 결합된 피구동부재를 상기 구동부재를 따라 이동시키는 액츄에이터를 구비하며, 상기 액츄에이터를 구동하기 위한 구동회로를 갖는 것으로서, 상기 구동회로는 상기 전기기계 변환소자와 상기 구동부재를 질량으로 하고, 상기 추부재를 스프링으로 한 1자유계의 공진주파수를 f₀, 상기 전기기계 변환소자의 구동주파수를 f라고 했을 때,

f≥2^1/2·f₀,

으로 되는 구동주파수(f)에서 상기 전기기계 변환소자를 구동하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 공진주파수(f₀)는

f₀≤70㎑

인 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 추부재의 재료는 상기 전기기계 변환소자 의 재료보다 영율이 작은 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 추부재의 재료는 영율이 1㎬이하인 것을 특징으로 하는 구동장치.
삭제
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구동부재는 선단측 및/또는 기단측에서 상기 전기기계 변환소자의 신축방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액츄에이터는 상기 전기기계 변환소자의 신축방향에 대하여 측방으로부터 케이스체에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자를 구동하기 위해 신장과 수축방향에 있어서 비대칭의 신호를 발생시키는 구동수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피구동부재는 상기 구동부재에 대하여 면접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피구동부재의 이동위치를 검출하는 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자는 가청주파수를 초과하는 구동주파수에서 구동되는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피구동부재는 광학부재에 연결되어 있고, 촬영광학계에 사용되는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액츄에이터는 휴대전화에 탑재되는 촬영광학계에 사용되는 것을 특징으로 하는 구동장치.