KR20080093885A

KR20080093885A - 구동 장치

Info

Publication number: KR20080093885A
Application number: KR1020080034079A
Authority: KR
Inventors: 츠카사 야마다; 도요키 다나카; 다카히코 니시야마; 소메이 다카하시
Original assignee: 미쓰미덴기가부시기가이샤
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2008-10-22
Also published as: EP1983588A3; US7755252B2; JP2008289351A; US20080257083A1; EP1983588A2

Abstract

재료로서 적합하고 내식성이 양호한 정지 부재를 구비하며, 전기 기계 변환 소자의 진동을 효율적으로 진동 마찰부에 전달하는 것.

신축 방향에서 서로 대향하는 제1 및 제2 단부를 갖는 전기 기계 변환 소자(441)와, 이 전기 기계 변환 소자의 제1 단부에 결합된 정지 부재(442)와, 전기 기계 변환 소자의 제2 단부에 결합된 진동 마찰부(443)와, 이 진동 마찰부와 마찰 결합되는 봉형상의 이동부(423)를 구비하며, 전기 기계 변환 소자의 신축 방향으로 이동부(423)가 이동 가능한 구동 장치(20)에 있어서, 정지 부재(442)는 텅스텐을 88~97중량%의 범위로 포함하고, 바인더로서 니켈을 2~11중량%의 범위로 포함하며, 나머지로서 텅스텐보다 이온화 경향이 높은 금속을 0.1~2중량%의 범위로 적어도 1종 첨가하여 된 베이스 합금으로 구성되며, 정지 부재의 표면에 니켈 도금 처리가 실시되어 있지 않다.

전기 기계 변환 소자, 정지 부재, 진동 마찰부, 이동부, 구동 장치, 텅스텐, 바인더, 니켈, 베이스 금속, 니켈 도금

Description

구동 장치{DRIVING DEVICE}

본 발명은 구동 장치에 관한 것으로서, 특히 압전 소자 등의 전기 기계 변환 소자를 이용한 구동 장치에 관한 것이다.

종래부터 카메라의 오토포커스용 액추에이터나 줌용 액추에이터로서 압전 소자, 전기 왜곡 소자, 자기 왜곡 소자 등의 전기 기계 변환 소자를 사용한 (구동 장치) 리니어 액추에이터가 사용되고 있다.

예컨대, 특허 문헌 1은 렌즈 홀더(피구동 부재, 이동부)를 이동시키는 데 압전 소자의 신축 방향의 일단에 가이드봉(구동 부재, 진동 마찰부)을 접착하고, 가이드봉에 렌즈 홀더(이동부)를 이동 가능하게 지지시키고, 가이드봉과 렌즈 홀더 사이에 마찰력을 발생시키는 판스프링을 구비한 구동 장치를 개시하고 있다. 특허 문헌 1에서는 압전 소자에 신장의 속도와 수축의 속도를 서로 다르게 하도록 인가하고 있다.

또한, 특허 문헌 2는 압전 소자와, 이 압전 소자에 결합하여 압전 소자의 신축 방향으로 연장되는 구동축(내마모성의 진동봉, 진동 마찰부)과, 이 구동축에 마찰 결합한 피구동 부재(줌 렌즈 경통, 이동부)를 구비한 구동 장치를 개시하고 있 다. 이 특허 문헌 2에서는 압전 소자에 인가하는 구동 신호를 연구하여, 피구동 부재(줌 렌즈 경통, 이동부)를 구동하고 있다. 특허 문헌 3에서는 구동축(구동 부재, 진동 마찰부)을 섬유 강화 수지 복합체로 구성한 것을 개시하고 있다.

특허 문헌 4는 제1 압전 소자에 부착한 구동 부재(진동 마찰부)와 피구동 부재(이동부)와의 마찰 걸어맞춤을 확보 혹은 해제하는 제2 압전 소자를 설치함으로써 피구동 부재를 안정적으로 정확하게 이동시킬 수 있는 액추에이터를 개시하고 있다. 특허 문헌 4에 개시된 액추에이터는 구동용의 한 쌍의 제1 압전 소자, 걸어맞춤용의 제2 압전 소자, 한 쌍의 구동 부재 및 누름 스프링으로 구성된다. 한 쌍의 제1 압전 소자 및 한 쌍의 구동 부재는 피구동판을 사이에 두고 양측에 배치된다. 한 쌍의 구동 부재의 간격이 제2 압전 소자에 의해 확대/축소된다. 이 제2 압전 소자에 의해 한 쌍의 구동 부재와 피구동판과의 마찰 걸어맞춤이 확보 혹은 해제된다.

특허 문헌 5는 구성 부재의 탄성 변형의 영향을 받지 않는 전기 기계 변환 소자를 사용한 직선 구동 기구를 개시하고 있다. 특허 문헌 5에 있어서, 고정 경통에 고착된 내통(정지(靜止) 부재)에는 반경 방향으로 연장된 연장부의 베어링에 광축에 평행하게 배치된 구동축(이동부)이 이동 가능하게 지지되어 있다. 연장부(정지 부재)와 작용 부재(진동 마찰부) 사이에는 압전 소자(전기 기계 변환 소자)가 배치되어 고착 결합된다. 작용 부재의 상반부는 구동축에 접촉하고, 작용 부재의 하반부는 스프링에 의해 탄성 바이어스된 패드가 장착되며, 작용 부재 및 패드는 구동축에 대하여 적당한 마찰력으로 마찰 결합한다. 압전 소자에 속도가 다른 신축 변위를 발생시키면, 작용 부재를 통하여 구동축이 변위하고, 구동축은 피구동 부재인 렌즈 유지틀과 함께 꺼내어지거나 집어넣어진다.

한편, 특허 문헌 6은 전기 기계 변환 소자의 일단에 고정된 고정 부재(추, 정지 부재)로서 텅스텐을 95~97.5중량%의 범위로 포함하고, 나머지가 구리와 니켈 중 1종 또는 2종을 포함하는 바인더인 베이스 합금과인 베이스 합금과, 이 베이스 합금의 표면에 부착된 니켈 도금층을 갖는 것을 개시하고 있다.

또한, 특허 문헌 7은 소형 무선 호출기의 진동자에 사용되는 소형 진동 발생 장치용 진동자 로서 중량%로 W: 85% 이상 98% 이하, Ni: 1% 이상 12% 이하, Mo: 0.1% 이상 2.0% 미만, Fe: 1.0% 이하 및 불가피적 불순물을 포함하며, 소결후에 열처리되어 있지 않은 것을 개시하고 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 제2633066호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 제3218851호 공보

특허 문헌 3: 일본 특허 제3180557호 공보

특허 문헌 4: 일본 특허 공개 2006-54979호 공보

특허 문헌 5: 일본 특허 공개 평 9-191665호 공보

특허 문헌 6: 일본 특허 공개 2005-218244호 공보

특허 문헌 7: 일본 특허 제3212225호 공보

전술한 특허 문헌 1~4에는 각각 이하에 설명하는 바와 같은 문제점이 있다.

특허 문헌 1에 개시된 구동 장치에서는 압전 소자에 접착된 가이드봉(구동 부재, 진동 마찰부)에 렌즈 홀더(피구동 부재, 이동부)가 이동 가능하게 지지되어 있으므로, 가이드봉(구동 부재, 진동 마찰부)이 렌즈 홀더(피구동 부재, 이동부)보다 길고, 가이드봉(구동 부재, 진동 마찰부)이 왕복 운동함으로써 경사를 발생하기 쉽다. 또한, 렌즈 홀더(피구동 부재, 이동부)의 이동 거리를 길게 할수록 가이드봉(구동 부재, 진동 마찰부)도 길어져 불필요한 진동 모드를 발생하기 쉽다. 더욱이, 압전 소자와 가이드봉(구동 부재, 진동 마찰부)과의 결합부의 연장 상에 마찰 걸어맞춤부가 있으므로 높이를 낮추기에는 불리하다.

특허 문헌 2에 개시된 구동 장치에 있어서도, 구동축(구동 부재, 진동 마찰부)이 전기 기계 변환 소자의 신축 방향으로 연장되어 있으므로, 구동축(구동 부재, 진동 마찰부)이 줌 렌즈 경통(피구동 부재, 이동부)보다 길어 구동축(구동 부재, 진동 마찰부)이 왕복 운동함으로써 경사를 발생시키기 쉽다. 또한, 줌 렌즈 경통(피구동 부재, 이동부)의 이동 거리를 길게 할수록 구동축(구동 부재, 진동 마찰부)도 길어져 불필요한 진동 모드를 발생하기 쉽다. 더욱이, 전기 기계 변환 소자와 구동축(구동 부재, 진동 마찰부)과의 결합부의 연장 상에 마찰 걸어맞춤부가 있으므로 높이를 낮추기에는 불리하다. 또한, 줌 렌즈 경통(피구동 부재, 이동부)을 구동축(구동 부재, 진동 마찰부)으로 캔틸레버 지지하는 구조를 하고 있으므로 렌즈와 같은 큰 중량물을 이동시키기에는 역학적으로 무리가 있다.

특허 문헌 3은 구동축(구동 부재, 진동 마찰부)을 섬유 강화 수지 복합체로 구성한 것을 개시하고 있는 것에 불과하며, 기본적 구성은 특허 문헌 2에 개시된 구동 장치와 동일하므로 특허 문헌 2와 동일한 문제점이 있다.

특허 문헌 4는 구동 부재(진동 마찰부)가 피구동 부재(이동부)보다 짧지만 복수의 압전 소자를 구비하므로 구성이 복잡해짐과 아울러 크기를 축소하기에는 불리하다.

한편, 특허 문헌 5는 이동 부재(이동부)가 로드 형상을 하고 있으며, 작용 부재(진동 마찰부)가 복잡한 형상을 하고 있는 직선 구동 기구를 개시하고 있다. 그러나, 특허 문헌 5는 내통(정지 부재, 고정 부재, 추)의 재료에 대하여 전혀 개시하고 있지 않다.

특허 문헌 6에서는 추가 텅스텐보다 이온화 경향이 낮은 구리를 포함하기 때문에 텅스텐 자체가 산화되기 쉬워져 텅스텐 합금의 표면에 산화 방지용 니켈 도금을 실시하여야 한다. 그 결과, 제조 공정이 증가함과 아울러 도금 처리를 위하여 추(정지 부재, 고정 부재)의 단가가 비싸지게 된다는 문제가 있다. 텅스텐은 산화되면 더스트를 발생하여 이동부의 구동을 방해한다. 또한, 더스트가 렌즈나 촬상 소자 상에 부착함으로써 화질을 악화시키는 원인이 된다. 따라서, 특허 문헌 6에서는 산화 방지책이 필수적이게 된다.

특허 문헌 7은 내식성이 뛰어난 텅스텐 합금(계 소결품)을 개시하고 있지만, 그 용도는 소형 무선 호출기의 진동자로서 본 발명이 대상으로 하고 있는 구동 장 치의 정지 부재(추, 고정 부재)에 적용할 수 있는지 여부에 대해서는 전혀 개시도 시사도 되어 있지 않다.

또한, 특허 문헌 1 내지 7 모두 전기 기계 변환 소자의 진동을 효율적으로 진동 마찰부에 전달하기 위한 고찰이 전혀 이루어져 있지 않다.

본 발명의 과제는 재료로서 적합한 정지 부재를 구비한 구동 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 과제는 내식성을 향상시킨 정지 부재를 구비하는 구동 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 과제는 전기 기계 변환 소자의 진동을 효율적으로 진동 마찰부에 전달할 수 있는 구동 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 설명이 진행함에 따라 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 신축 방향에서 서로 대향하는 제1 및 제2 단부(441a, 441b)를 갖는 전기 기계 변환 소자(441)와, 상기 전기 기계 변환 소자의 상기 제1 단부에 결합된 정지 부재(442)와, 상기 전기 기계 변환 소자의 상기 제2 단부에 결합된 진동 마찰부(443)와, 상기 진동 마찰부와 마찰 결합되는 봉형상의 이동부(423)를 구비하며, 상기 전기 기계 변환 소자의 신축 방향으로 상기 이동부(423)가 이동 가능한 구동 장치(20)에 있어서, 상기 정지 부재(442)가 텅스텐을 88~97중량%의 범위로 포함하고, 바인더로서 니켈을 2~11중량%의 범위로 포함하며, 나머지로서 상기 텅스텐보다 이온화 경향이 높은 금속을 0.1~2중량%의 범위로 적어도 1종 첨가하여 된 베이스 금속으로 구성되며, 상기 정지 부재의 표면에 니켈 도금 처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 구동 장치가 얻어진다.

정지 부재를 상기 조성으로 함으로써 정지 부재의 비중은 최대 18.8g/cm³, 최소 17.9g/cm³로 되어 비중차를 5% 이내로 억제할 수 있다. 텅스텐의 함유량이 많을수록 정지 부재(추)를 소형화할 수 있기 때문에 설계의 자유도가 확대된다. 반대로, 니켈의 함유량이 많을수록 내식성이 높아진다. 상기 조성의 범위에서 임의로 조성비를 변화시킴으로써 설계 자유도와 내식성의 균형이 양호한 조성을 선택하는 것이 가능해진다.

여기서, 텅스텐의 함유량을 88~97중량%의 범위로 한 것은 다음과 같은 이유에 따른다. 즉, 텅스텐의 함유량이 88중량% 미만이면 정지 부재로서 비중이 지나치게 작아지기 때문이다. 한편, 텅스텐의 함유량이 97중량%를 초과하면 바인더량이 지나치게 적음으로써 금속분이 굳어지지 않아 소결할 수 없다는 문제점이 있다.

한편, 니켈의 함유량을 2~11중량%의 범위로 한 것은 다음과 같은 이유에 따른다. 즉, 니켈의 함유량이 2중량% 미만이면 정지 부재의 내식성이 급격하게 떨어져 버리기 때문이다. 한편, 니켈의 함유량이 11중량%를 초과하면 상대적으로 텅스텐 함유량이 줄어 비중이 작아진다는 문제가 있다.

또한, 나머지로서 텅스텐보다 이온화 경향이 높은 금속을 적어도 1종 첨가한 것은 소결 금속의 밀도를 높이기 위함이다. 그리고, 이 나머지의 첨가량을 0.1~2중량%의 범위로 한 것은 다음과 같은 이유에 따른다. 즉, 나머지의 첨가량이 0.1 중량% 미만이면 소결 금속의 밀도를 높일 수 없다는 문제가 있다. 한편, 나머지의 첨가량이 2중량%를 초과하면 성형 금속의 경도가 올라가 금형 수명이 짧아진다는 문제가 있다.

상기 본 발명에 따른 구동 장치에 있어서, 상기 텅스텐보다 이온화 경향이 높은 금속은 코발트, 티타늄, 알루미늄, 아연, 크롬, 철, 몰리브덴 및 주석의 그룹으로부터 선택된 적어도 1종일 수도 있다. 상기 정지 부재의 질량이 상기 진동 마찰부의 질량의 7배 이상인 것이 바람직하다. 상기 정지 부재가 원주 형상을 하고 있으며, 상기 정지 부재의 두께/직경이 18% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 괄호 안의 참조 부호는 이해를 쉽게 하기 위하여 붙인 것으로서 일례에 불과하며, 이들에 한정되지 않음은 물론이다.

본 발명에서는 정지 부재로서 사용되는 텅스텐 합금의 표면에 산화 방지를 위한 니켈 도금을 실시하지 않아도 되기 때문에 제조 공정이 삭감되어 저렴한 정지 부재를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서는 정지 부재의 질량을 진동 마찰부의 질량의 7배 이상으로 함으로써 전기 기계 변환 소자의 진동을 효율적으로 진동 마찰부에 전달할 수 있다. 더욱이, 정지 부재가 원주 형상을 하고 있는 경우에, 정지 부재의 두께/직경을 18% 이상으로 함으로써도 전기 기계 변환 소자의 진동을 효율적으로 진동 마찰부에 전달할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 구동 장치(20)를 도시한 외관 사시도이다. 여기서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 직교 좌표계(X, Y, Z)를 사용하고 있다. 도 1에 도시한 상태에서는 직교 좌표계(X, Y, Z)에 있어서, X축은 전후 방향(안길이 방향)이고, Y축은 좌우 방향(폭방향)이고, Z축은 상하 방향(높이 방향)이다. 그리고, 도 1에 도시한 예에 있어서는 상하 방향(Z)이 렌즈의 광축(O) 방향이다.

도시한 구동 장치(20)는 도시하지 않은 케이스 내에 배치된다. 케이스는 컵형상의 상측 커버(도시하지 않음)와 하측 베이스(도시하지 않음)를 포함한다. 케이스의 하측 베이스 상에 정지 부재(추)(442)(후술함)가 탑재된다. 상측 커버의 상면은 렌즈의 광축(O)을 중심축으로 한 원통부(도시하지 않음)를 갖는다. 한편, 도시하지는 않았으나, 하측 베이스의 중앙부에는 기판에 배치된 촬상 소자가 탑재된다. 이 촬상 소자는 가동 렌즈(후술함)에 의해 결상된 피사체상을 촬상하여 전기 신호로 변환한다. 촬상 소자는 예컨대, CCD(charge coupled device)형 이미지 센서, CMOS(complementary metal oxide semiconductor)형 이미지 센서 등에 의해 구성된다.

도시한 구동 장치(20)는 오토포커스 렌즈 구동 유닛(40)으로 구성되어 있다.

케이스 내에는 좌우 방향(Y)의 좌측에 안내축(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 이 안내축은 렌즈의 광축(O)과 평행하게 연장되어 있다. 안내축의 상단은 케이스의 상측 커버의 상면에 고정되며, 하단은 케이스의 하측 베이스에 고정되어 있 다. 이 렌즈의 광축(O)을 사이에 두고 안내축과 반대측인 좌우 방향(Y)의 우측에는 나중에 상세하게 설명하는 봉형상의 이동부(이동축)(423)가 설치되어 있다. 즉, 안내축과 이동축(423)은 렌즈의 광축(O) 둘레에 회전 대칭인 위치에 배치되어 있다.

오토포커스 렌즈 구동 유닛(40)은 렌즈 가동부(42)와 렌즈 구동부(44)로 구성된다. 렌즈 가동부(42)는 오토포커스 렌즈(AFL)를 유지하는 렌즈 유지틀(421)을 포함한다. 렌즈 유지틀(421)은 대략 원통형의 가동 경통(422)의 상부에 고정되어 있다. 가동 경통(422)은 좌우 방향(Y)의 좌측에서 반경 방향 외측으로 연장되는 한 쌍의 연장부(4221)(단, 도 1에서는 상측만 도시함)를 갖는다. 이 한 쌍의 연장부(4221)는 상기 안내축이 관통하는 관통 구멍(4221a)을 갖는다. 또한, 가동 경통(422)은 좌우 방향(Y)의 우측에서 반경 방향 외측으로 연장되는 한 쌍의 연장부(4222)를 갖는다. 이 한 쌍의 연장부(4222)는 봉형상의 이동축(423)이 관통하여 끼워맞춤되는 끼워맞춤 구멍(4222a)을 갖는다. 이러한 구성에 의해 렌즈 가동부(42)는 케이스에 대하여 렌즈의 광축(O) 방향으로만 이동 가능하다.

렌즈 구동부(44)는 렌즈 가동부(42)를 렌즈의 광축(O) 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지하면서 후술하는 바와 같이 렌즈 가동부(42)를 구동한다.

도 1에 더하여 도 2도 참조하여 오토포커스 렌즈 구동 유닛(40)의 렌즈 구동부(44)에 대하여 설명한다. 도 2는 오토포커스 렌즈 구동 유닛(40)의 렌즈 구동부(44)를 봉형상의 이동축(423)과 함께 도시한 사시도이다.

렌즈 구동부(44)는 전기 기계 변환 소자로서 작용하는 적층 압전 소자(441) 와, 정지 부재(추)(442)와 진동 마찰부(443)를 갖는다. 적층 압전 소자(441)는 렌즈의 광축(O) 방향으로 신축한다. 적층 압전 소자(441)는 렌즈의 광축(O) 방향으로 복수의 압전층을 적층한 구조를 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 적층 압전 소자(441)는 신축 방향에서 서로 대향하는 제1 단부(하단부)(441a)와 제2 단부(상단부)(441b)를 갖는다. 정지 부재(추)(442)는 적층 압전 소자(441)의 제1 단부(하단부)(441a)에 접착제 등으로 결합된다. 진동 마찰부(443)는 적층 압전 소자(441)의 제2 단부(상단부)(441b)에 접착제 등으로 결합되어 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같은 적층 압전 소자(441)와 정지 부재(442)의 조합은 압전 유닛이라 불린다.

봉형상의 이동축(423)은 이 진동 마찰부(443)와 마찰 결합된다. 진동 마찰부(443)는 봉형상의 이동축(423)과의 마찰 결합부에 V홈(도시하지 않음)이 형성되어 있다.

렌즈 구동부(44)는 봉형상의 이동축(423)을 진동 마찰부(443)에 대하여 밀어붙이기(탄성 바이어스하기) 위한 스프링(444)을 구비한다. 스프링(444)과 봉형상의 이동축(423) 사이에 V구조의 패드(445)가 개재되어 있다. 바꾸어 말하면, 진동 마찰부(443)와 패드(445)를 스프링(444)으로 봉형상의 이동축(423)에 밀어붙이고 있다. 이에 따라, 봉형상의 이동축(423)은 진동 마찰부(443)에 안정적으로 마찰 결합된다.

렌즈 구동부(44)와 렌즈 이동부(42)는 도 1에 도시한 바와 같이, 렌즈의 광축(O)에 대하여 나란히 배치되어 있다. 따라서, 포커스 렌즈 구동 유닛(40)의 높 이를 낮출 수 있다. 그 결과, 구동 장치(20)의 높이도 낮출 수 있다.

다음, 도 4를 참조하여 적층 압전 소자(441)에 공급되는 전류와 적층 압전 소자(441)에 발생하는 변위에 대하여 설명한다. 또한, 도 4는 상기 특허 문헌 2의 도 5에 도시된 것과 동일한 것이다. 도 4(A) 및 (B)는 각각 구동 회로(도시하지 않음)에 의해 적층 압전 소자(441)에 공급되는 전류의 변화와 적층 압전 소자(441)의 변위를 도시한 것이다.

도 4(A)에 도시한 바와 같이, 적층 압전 소자(441)에 대전류(플러스 방향)와 소정의 일정 전류(마이너스 방향)를 교대로 흘린다. 이러한 상황에서는, 도 4(B)에 도시한 바와 같이, 적층 압전 소자(441)는 대전류(플러스 방향)에 대응한 급격한 변위(신장)와 일정 전류(마이너스 방향)에 대응한 완만한 변위(수축 )가 교대로 발생한다.

즉, 적층 압전 소자(441)에 사각파 전류를 인가하여(도 4(A)), 적층 압전 소자(441)에 대하여 톱니파형의 변위(신축)를 발생(도 4(B))시킨다.

도 4에 더하여 도 1도 참조하여 오토포커스 렌즈 구동 유닛(40)의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 렌즈 가동부(42)를 상하 방향(Z)을 따라 하방향으로 이동시키는 경우의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 도 4(A)에 도시한 바와 같이, 적층 압전 소자(441)에 플러스 방향의 대전류를 흘리면, 도 4 (B)에 도시한 바와 같이, 적층 압전 소자(441)는 급속하게 두께 방향의 신장 변위를 발생시킨다. 그 결과, 진동 마찰부(443)는 렌즈의 광축(O) 방향(상하 방향(Z))을 따라 상방향으로 급속하게 이동한다. 이 때, 렌즈 가 동부(42)는 그 관성력에 의해 진동 마찰부(443)와 봉형상의 이동축(423) 사이의 마찰력을 이겨 실질적으로 그 위치에 머무르므로 이동하지 않는다.

다음, 도 4(A)에 도시한 바와 같이, 적층 압전 소자(441)에 마이너스 방향의 일정 전류를 흘리면, 적층 압전 소자(441)는 완만하게 두께 방향의 수축 변위를 발생시킨다. 그 결과, 진동 마찰부(443)는 렌즈의 광축(O) 방향(상하 방향(Z))을 따라 하방향으로 완만하게 이동한다. 이 때, 진동 마찰부(443)와 봉형상의 이동축(423)은 그들 사이의 접촉면에 발생하는 마찰력에 의해 결합되어 있으므로 렌즈 가동부(42)는 진동 마찰부(443)와 함께 실질적으로 렌즈의 광축(O) 방향(상하 방향(Z))을 따라 하방향으로 이동한다.

이와 같이 적층 압전 소자(441)에 플러스 방향의 대전류와 마이너스 방향의 소정의 일정 전류를 교대로 흘려 적층 압전 소자(441)에 신장 변위와 수축 변위를 교대로 발생시킴으로써 렌즈 유지틀(421)(렌즈 가동부(42))을 렌즈 광축(O) 방향(상하 방향(Z))을 따라 하방향으로 연속적으로 이동시킬 수 있다.

렌즈 가동부(42)를 렌즈 광축(O) 방향(상하 방향(Z))을 따라 상방향으로 이동시키려면 상기와 반대로 적층 압전 소자(441)에 마이너스 방향의 대전류와 플러스 방향의 소정의 일정 전류를 교대로 흘림으로써 달성할 수 있다.

다음, 적층 압전 소자(441)에 대하여 설명한다. 적층 압전 소자(441)는 직육면체의 형상을 하고 있으며, 그 소자 크기는 0.9[mm]×0.9[mm]×1.5[mm]이다. 압전 재료로서 PZT와 같은 저Qm재를 사용하였다. 두께 20[μm]의 압전 재료와 두께 2[μm]의 내부 전극을 교대로 콤형으로 50층 적층함으로써 적층 압전 소자(441) 를 제조한다. 그리고, 적층 압전 소자(441)의 유효 내부 전극 크기는 0.6[mm]×0.6[mm]이다. 바꾸어 말하면, 적층 압전 소자(441)의 유효 내부 전극의 외측에 위치하는 주변부에는 폭 0.15[mm]의 링형의 불감대 부분(클리어런스)이 존재한다.

다음, 본 발명의 구동 장치(20)에 사용되는 정지 부재(추)(442)의 재료에 대하여 설명한다.

도시한 예의 정지 부재(442)는 텅스텐(W)가 97중량%이고 바인더로서 니켈(Ni)을 2중량% 포함하며, 나머지로서 코발트(Co)를 1중량% 첨가하여 된 베이스 합금으로 구성되어 있다. 그리고, 텅스텐 합금(정지 부재(442))의 표면에는 니켈 도금 처리가 실시되어 있지 않다.

하기의 표 1에 주요한 금속의 표준 전극 전위(V)를 나타내었다.

이 표 1로부터 명백한 바와 같이, 전술한 특허 문헌 6에서는 텅스텐(W)보다 이온화 경향이 낮은 구리 Cu를 포함하기 때문에 텅스텐(W) 자체가 산화되기 쉬워져 표면에 산화 방지용 니켈 도금을 실시하여야 한다. 그 결과, 제조 공정이 증가함과 아울러 도금 처리를 위하여 추(정지 부재, 고정 부재)의 단가가 비싸지게 된다는 문제가 있다. 텅스텐(W)는 산화되면 더스트를 발생하며, 이동부의 구동을 방해한다. 또한, 더스트가 렌즈나 촬상 소자 상에 부착됨으로써 화질을 악화시키는 원인이 된다. 따라서, 특허 문헌 6에서는 산화 방지책이 필수적이게 된다.

이에 대하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 정지 부재(추)(442)에서는 텅스텐(W)에 텅스텐(W)보다 이온화 경향이 높은 니켈(Ni)을 바인더로서 첨가함으로써 니켈 도금 처리 등의 산화 방지막을 형성하지 않아도 텅스텐(W)의 산화를 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태에서는 텅스텐보다 이온화 경향이 높은 금속으로서 코발트(Co)를 1중량% 첨가하였다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태의 추(442)는 특허 문헌 6의 추와 달리 구리 Cu 대신 코발트(Co)를 첨가하였다.

또한, 본 실시 형태에서는 텅스텐(W)보다 이온화 경향이 높은 금속으로서 코발트(Co)를 첨가(사용)하였으나, 표 1로부터 코발트(Co), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 아연(Pb), 크롬(Cr), 철(Fe), 몰리브덴(Mo) 및 주석(Sn)의 그룹으로부터 선택된 적어도 1종을 첨가(사용)할 수도 있다.

이와 같이 본 실시 형태에 따른 추(442)에서는, 텅스텐 합금 표면에 산화 방지를 위한 니켈 도금을 실시하지 않아도 되기 때문에 제조 공정이 삭감되어 저렴한 정지 부재(442)를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는 정지 부재(442)의 질량을 진동 마찰부(443)의 질량의 7배 이상으로 하였다. 이하에 그와 같이 한 근거에 대하여 설명한다.

도 5에 진동 마찰부(443)의 질량과 정지 부재(442)의 질량을 플롯한 그래프를 도시하였다. 도 5에 있어서, 가로축은 진동 마찰부(443)의 질량[mg]을 나타내고, 세로축은 정지 부재(442)의 질량[mg]을 나탄낸다. 도시한 예에서는 정지 부재(442)의 재료로서 텅스텐(W)을 사용하고, 진동 마찰부(443)의 재료로서 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti)을 사용한 예를 나타내었다.

도 5에 있어서, 큰 검정색 사각형 표시학 적층 압전 소자(441)가 신축하여도 정지 부재(442)가 정지한 상태에 있는 것(질량비)을 나타내고 있다. 그리고, 도 5에서 비스듬한 직선이 질량비(정지 부재(442)의 질량/진동 마찰부(443)의 질량)가 7배인 직선을 나타내고 있다. 따라서, 진동 마찰부(443)의 재질과 관계 없이 정지 부재(442)가 정지해 있는 것은 도 5에서 직선보다 위의 영역임을 알 수 있다. 즉, 상기 질량비가 7배 이상일 때 정지 부재(442)가 안정되어 적층 압전 소자(441)의 진동(신축 운동)이 효율적으로 진동 마찰부(443)에 전달되는 것을 알 수 있다.

또한, 도 5에서는 정지 부재(442)의 재료로서 텅스텐(W)을 사용한 예를 도시하였으나, 정지 부재(442)의 재료로서 전술한 텅스텐 합금을 사용한 경우에도 동일한 결과가 얻어지는 것은 당업자라면 용이하게 이해될 것이다. 왜냐하면, 도 5는 질량비를 문제로 하고 있으며, 정지 부재(442)의 재질과 관계 없기 때문이다.

더욱이, 본 실시 형태에서는 정지 부재(442)가 원주 형상을 하고 있으며, 정지 부재(442)의 두께/직경을 18% 이상으로 하였다. 이하에 그와 같이 설정한 근거에 대하여 설명한다.

정지 부재(442)는 효율적으로 전기 기계 변환 소자(적층 압전 소자)(441)의 신축을 진동 마찰부(443)에 전달하기 위하여 적당히 무거울 것, 구조적으로 안정되어 있을 것이 성능으로서 요구된다. 구동 장치(20)를 카메라 모듈 등의 소형화가 요구되는 제품에 탑재하는 경우, 다른 기구부와의 간섭, 그리고 비용을 고려할 필요가 있다. 따라서, 본 발명자는 구동 장치(20)의 보다 안정적인 거동을 얻기 위하여 시뮬레이션에 의해 정지 부재(442)의 적절한 형상 치수비(두께/직경)를 도출하였다.

하기의 표 2에 정지 부재(442)의 재료를 텅스텐(W)으로 하고, 정지 부재(442)의 질량을 57mg으로 일정하게 한 상태에서 그 직경[mm]과 두께[mm]를 변경한 경우의 공진 주파수[kHz]와 치수비(두께/직경)×100)[%]를 도시하였다.

※정지 부재의 질량 57mg 일정

※치수비=(두께/직경)×100

도 6은 표 2의 모델 해석 결과를 그래프로 도시한 것이다. 도 6에 있어서, 가로축은 치수비(두께/직경)×100)[%]를 나타내고 세로축은 공진 주파수[kHz]를 나타낸다. 즉, 도 6은 정지 부재(442)의 질량을 57mg으로 일정하게 한 경우에 있어서, 치수비를 변경하였을 때의 모델 공진 주파수 특성을 나타낸다. 도 6에서 점선은 치수비가 18%인 라인을 나타낸다.

도 6으로부터 명백한 바와 같이, 치수비가 18% 이상인 영역에서는 공진 주파수도 높아 약간의 치수비의 변동에서도 공진 주파수의 변동이 거의 없음을 알 수 있다. 즉, 치수비가 18% 이상인 영역에서는 구동 장치(20)의 강성이 안정되어 있다 할 수 있다. 이에 대하여, 치수비가 18% 미만인 영역에서는 공진 주파수가 내려가 약간의 치수비의 변화에서도 공진 주파수에 변화가 보인다. 따라서, 치수비가 18% 미만인 영역에서는 구동 장치(20)의 강성이 안정되어 있다 할 수 없다.

이상의 사실로부터, 치수비를 18% 이상으로 함으로써 구동 장치(20) 자체의 강성이 올라가 전기 기계 결합 소자(적층 압전 소자)(441)의 신축을 효율적으로 진동 마찰부(443)에 전달할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 표 2 및 도 6에서는 정지 부재(442)의 재료로서 텅스텐(W)을 사용한 예를 나타내었으나, 정지 부재(442)의 재료로서 전술한 텅스텐 합금을 사용한 경우에서도 동일한 결과가 얻어짐은 당업자라면 용이하게 이해될 것이다. 표 2 및 도 6은 정지 부재(442)의 치수비를 문제로 하고 있으며, 정지 부재(442)의 재질과 관계 없기 때문이다.

이상, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 형태에 의해 설명해 왔으나, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 당업자에 의해 가능함은 명백하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 구동 장치를 도시한 외관 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시한 구동 장치의 렌즈 구동부를 봉형상의 이동축과 함께 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시한 렌즈 구동부에 사용되는 압전 유닛을 도시한 사시도이다.

도 4는 적층 압전 소자에 공급되는 전류와 적층 압전 소자에 발생하는 변위를 설명하기 위한 파형도이다.

도 5는 진동 마찰부의 질량과 정지 부재의 질량을 플롯한 그래이다.

도 6은 정지 부재의 재료를 텅스텐으로 하고, 정지 부재의 질량을 57mg으로 일정하게 한 경우의 모델 해석 결과의 그래프이다.

<부호의 설명>

20……구동 장치, 40……오토포커스 렌즈 구동 유닛,

42……렌즈 가동부, 421……렌즈 유지틀,

422……가동 경통, 4221……연장부,

4221a……관통 구멍, 4222……연장부,

4222a……끼워맞춤 구멍, 423……봉형상의 이동부(이동축),

44……렌즈 구동부,

441……적층 압전 소자(전기 기계 변환 소자),

441a……제1 단부(하단부), 441b……제2 단부(상단부),

442……정지 부재(추), 443……진동 마찰부,

444……스프링, 445……V형 구조의 패드,

O……렌즈의 광축, AFL……오토포커스 렌즈

Claims

신축 방향에서 서로 대향하는 제1 및 제2 단부를 갖는 전기 기계 변환 소자와, 상기 전기 기계 변환 소자의 상기 제1 단부에 결합된 정지 부재와, 상기 전기 기계 변환 소자의 상기 제2 단부에 결합된 진동 마찰부와, 상기 진동 마찰부와 마찰 결합되는 봉형상의 이동부를 구비하며, 상기 전기 기계 변환 소자의 신축 방향으로 상기 이동부가 이동 가능한 구동 장치에 있어서,

상기 정지 부재가 텅스텐을 88~97중량%의 범위로 포함하고, 바인더로서 니켈을 2~11중량%의 범위로 포함하고, 나머지로서 상기 텅스텐보다 이온화 경향이 높은 금속을 0.1~2중량%의 범위로 적어도 1종 첨가하여 된 베이스 금속으로 구성되며, 상기 정지 부재의 표면에 니켈 도금 처리가 실시되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 구동 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 텅스텐보다 이온화 경향이 높은 금속은 코발트, 티타늄, 알루미늄, 아연, 크롬, 철, 몰리브덴 및 주석의 그룹으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 정지 부재의 질량이 상기 진동 마찰부의 질량의 7배 이상인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정지 부재가 원주 형상을 하고 있으며, 상기 정지 부재의 두께/직경이 18% 이상인 것을 특징으로 하는 구동 장치.