專利名稱：驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)裝置，尤其涉及一種用于驅(qū)動(dòng)安裝在小型數(shù)字式照相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)或帶照相機(jī)的移動(dòng)電話機(jī)等中的比較小型的透鏡等光學(xué)部件的驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
作為數(shù)字式照相機(jī)等透鏡的驅(qū)動(dòng)裝置，公知有使用壓電元件等電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的致動(dòng)器。例如，專利文獻(xiàn)2或?qū)＠墨I(xiàn)3的實(shí)施例所述的那樣，致動(dòng)器一般是由電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件和驅(qū)動(dòng)部件構(gòu)成，其通過電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮方向上的一側(cè)的端面被固定在筐體(或支撐部件)上。在電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮方向上的另一側(cè)的端面上固定驅(qū)動(dòng)部件，該驅(qū)動(dòng)部件與被驅(qū)動(dòng)部件摩擦結(jié)合。在這樣的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)向電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件施加脈沖狀電壓時(shí)，電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸長(zhǎng)方向和收縮方向的動(dòng)作被傳遞到驅(qū)動(dòng)部件。在電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件以低速進(jìn)行變形時(shí)，被驅(qū)動(dòng)部件與驅(qū)動(dòng)部件一同移動(dòng)，而在電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件以快速進(jìn)行變形時(shí)，被驅(qū)動(dòng)部件因其質(zhì)量慣性的作用而停止在原位置上。因此，通過反復(fù)地施加往返不同的脈沖狀電壓，可使被驅(qū)動(dòng)部件以細(xì)微的間隔間斷地移動(dòng)。
具有這樣結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器，由于通過電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮方向上的一側(cè)的端面被固定在筐體(或支撐部件)上，所以，因電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的振動(dòng)而在包括驅(qū)動(dòng)部件的致動(dòng)器中所產(chǎn)生的振動(dòng)直接傳遞到筐體，由此，造成在致動(dòng)器與筐體之間發(fā)生共振的問題。
專利文獻(xiàn)1中，提出了如下的方案，即，在電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件與筐體之間設(shè)置臺(tái)座，把電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮方向上的一側(cè)的端面固定在臺(tái)座上，通過把上述臺(tái)座彈性地保持在筐體上，來減少或切斷臺(tái)座與筐體之間的振動(dòng)傳遞，由此來避免共振的影響。
另外，在專利文獻(xiàn)2中提出了一種裝置，其把向電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件施加的充電時(shí)間設(shè)為電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的共振頻率的大約一個(gè)周期，把放電時(shí)間設(shè)為1/2周期，即，通過積極地利用共振，來增大電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮量，由此來提高致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)效率。
為了在一定程度上解決這樣的問題，希望使用高剛性金屬材料制成驅(qū)動(dòng)部件。但是，如果使用金屬材料制作驅(qū)動(dòng)部件，則由于增加了驅(qū)動(dòng)部件的重量，所以在使壓電元件高速伸縮時(shí)，其響應(yīng)性變差，由此而造成不能使被驅(qū)動(dòng)部件正確移動(dòng)的問題。
因此，專利文獻(xiàn)3的致動(dòng)器，提出了使用由強(qiáng)化纖維復(fù)合體構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)部件的方案。強(qiáng)化纖維復(fù)合體與金屬材料相比，由于不僅重量輕而且可確保一定程度的剛性，所以可減少驅(qū)動(dòng)部件的響應(yīng)延遲，從而可使被驅(qū)動(dòng)部件高速地移動(dòng)。
特開2002-142470號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]專利第3171187號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]專利第3180557號(hào)公報(bào)但是，專利文獻(xiàn)3的致動(dòng)器，由于驅(qū)動(dòng)部件由纖維樹脂構(gòu)成，所以存在著驅(qū)動(dòng)部件與被驅(qū)動(dòng)部件之間的摩擦不穩(wěn)定，不能使被驅(qū)動(dòng)部件高精度移動(dòng)的問題。另外，專利文獻(xiàn)3的致動(dòng)器，由于驅(qū)動(dòng)部件容易變形，所以存在著不能使被驅(qū)動(dòng)部件正確地移動(dòng)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于這樣的現(xiàn)狀而提出的，其目的是提供一種驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置通過使驅(qū)動(dòng)部件與被驅(qū)動(dòng)部件之間的摩擦減輕且穩(wěn)定，能夠使被驅(qū)動(dòng)部件正確且迅速地進(jìn)行移動(dòng)。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明之1的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，其具有致動(dòng)器，該致動(dòng)器由電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件和對(duì)應(yīng)該電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮而動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)部件構(gòu)成，并使與驅(qū)動(dòng)部件摩擦結(jié)合的被驅(qū)動(dòng)部件沿著驅(qū)動(dòng)部件移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)部件是石墨復(fù)合體。
作為驅(qū)動(dòng)部件的材質(zhì)，適合使用重量輕且剛性高的材料，雖然作為滿足該條件的材料，雖然鈹較為理想，但由于該材料是稀有金屬，所以價(jià)格高且具有加工性差的缺點(diǎn)。因此，在本實(shí)施方式中，使用了使石墨結(jié)晶強(qiáng)力復(fù)合的石墨復(fù)合體，例如碳石墨。(這里，石墨復(fù)合體是指碳的六角板狀結(jié)晶體，即，石墨和石墨以外的物質(zhì)的復(fù)合體，碳石墨是指由石墨和無定形碳構(gòu)成的物質(zhì)。另外，石墨也稱為黑鉛。)根據(jù)以由石墨復(fù)合體構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)部件為特征的本發(fā)明之1，減輕了驅(qū)動(dòng)部件的重量，從而可減輕電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的負(fù)荷。另外，根據(jù)本發(fā)明之1，由于驅(qū)動(dòng)部件硬，所以可防止驅(qū)動(dòng)部件的變形，從而即使在以高頻率驅(qū)動(dòng)的情況下，也可以使被驅(qū)動(dòng)部件正確地移動(dòng)。
另外，石墨復(fù)合體由于不僅具有與鈹相似的特性(鈹?shù)谋戎丶s為1.85，碳石墨的比重約為1.8)，而且與鈹不同的是還具有價(jià)格較低且容易加工的特性，所以根據(jù)本發(fā)明之1，可降低致動(dòng)器的成本。并且，石墨復(fù)合體，由于作為其成分而含有無定形碳和石墨，所以摩擦系數(shù)非常小，而且穩(wěn)定，從而具有良好的與被驅(qū)動(dòng)部件的滑動(dòng)性。因此，能夠使被驅(qū)動(dòng)部件相對(duì)驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行高精度的移動(dòng)，從而可進(jìn)行穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)控制。
本發(fā)明之2是基于本發(fā)明之1的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，石墨復(fù)合體是碳石墨。
本發(fā)明之3是基于本發(fā)明之1或2的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，在電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的相對(duì)驅(qū)動(dòng)部件的相反側(cè)，設(shè)有比驅(qū)動(dòng)部件的質(zhì)量大的錘部件。
本發(fā)明之4是基于本發(fā)明之1～3中任意一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，錘部件是共振頻率降低部件。例如，如圖17(A)、圖17(B)所示，由于受共振的影響，會(huì)導(dǎo)致基于壓電元件1的伸縮的驅(qū)動(dòng)力不能正確地傳遞到被驅(qū)動(dòng)部件3而使驅(qū)動(dòng)部件2向電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件1的伸縮方向以外的方向變位的情況。因此，通過這樣地把錘部件作為共振頻率降低部件，可降低由電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件、驅(qū)動(dòng)部件以及錘部件構(gòu)成的系統(tǒng)的共振頻率，可在幾乎不受共振影響的范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件，從而能夠在電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮方向正確地驅(qū)動(dòng)控制被驅(qū)動(dòng)部件。
本發(fā)明之5是基于本發(fā)明之3或4的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，具有用于驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路，在將把電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件和驅(qū)動(dòng)部件作為質(zhì)量、把錘部件作為彈簧的1自由系的共振頻率設(shè)為f0、將電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)為f時(shí)，使用成為f≥21/2·f0的驅(qū)動(dòng)頻率f來驅(qū)動(dòng)電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件。
本發(fā)明之6是基于本發(fā)明之1～5中任意一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，驅(qū)動(dòng)部件，在前端側(cè)和/或基端側(cè)被支撐為能夠在電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮方向移動(dòng)的狀態(tài)。
本發(fā)明之7是基于本發(fā)明之1～6中任意一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，致動(dòng)器從相對(duì)電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮方向的側(cè)方，被支撐在筐體上。
本發(fā)明之8是基于本發(fā)明之1～7中任意一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，還具有驅(qū)動(dòng)單元，其生成用于驅(qū)動(dòng)電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的、在伸長(zhǎng)和收縮方向非對(duì)稱的信號(hào)。
本發(fā)明之9是基于本發(fā)明之1～8中任意一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，被驅(qū)動(dòng)部件與驅(qū)動(dòng)部件形成面接觸。
本發(fā)明之10是基于本發(fā)明之1～9中任意一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，具有檢測(cè)被驅(qū)動(dòng)部件的移動(dòng)位置的檢測(cè)單元。
本發(fā)明之11是基于本發(fā)明之1～10中任意一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，以超過可聽頻率的驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件。在這種情況下，可降低電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件在可聽區(qū)域的動(dòng)作音。
本發(fā)明之12是基于本發(fā)明之1～11中任意一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，被驅(qū)動(dòng)部件與光學(xué)部件連結(jié)，并被使用在攝影光學(xué)系統(tǒng)中。
本發(fā)明之13是基于本發(fā)明之1～12中任意一項(xiàng)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，致動(dòng)器被使用在移動(dòng)電話機(jī)的攝影光學(xué)系統(tǒng)中。在這種情況下，光學(xué)部件不僅限于透鏡，被驅(qū)動(dòng)部件也可以用在光圈、快門或ND濾鏡等上。
(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置，由于采用石墨復(fù)合體構(gòu)成驅(qū)動(dòng)部件，所以，可以做成重量輕剛性高的驅(qū)動(dòng)部件，從而可減輕驅(qū)動(dòng)部件與被驅(qū)動(dòng)部件的摩擦，進(jìn)行穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)控制。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置的致動(dòng)器的俯視圖。
圖2是對(duì)壓電元件施加的驅(qū)動(dòng)脈沖的波形圖。
圖3是表示圖1的致動(dòng)器的支撐位置的模式圖。
圖4是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置的俯視圖。
圖5是沿圖4的V-V線的剖面圖。
圖6是用于說明對(duì)應(yīng)共振頻率的驅(qū)動(dòng)頻率區(qū)域的圖。
圖7是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置的立體圖。
圖8是表示圖7的驅(qū)動(dòng)裝置的俯視圖。
圖9是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置的俯視圖。
圖10是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置的俯視圖。
圖11是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置的俯視圖。
圖12是沿圖11的XII-XII線的剖面圖。
圖13是表示針對(duì)圖11的致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。
圖14是輸入到圖13的驅(qū)動(dòng)電路中的輸入信號(hào)的波形圖。
圖15從圖13的驅(qū)動(dòng)電路輸出的輸出信號(hào)的波形圖。
圖16是表示共振頻率的計(jì)算例的圖。
圖17是用于說明以往的致動(dòng)器的不良現(xiàn)象的說明圖。
圖中1、12-壓電元件(電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件)；2、14驅(qū)動(dòng)部件；3、16、216、516-被驅(qū)動(dòng)部件；10、210、310、410、510-致動(dòng)器；18、218、332、418、518-錘部件；20、24、610-主體(筐體)；26、215-驅(qū)動(dòng)脈沖供給裝置(驅(qū)動(dòng)電路)；68、221-透鏡框；77-驅(qū)動(dòng)電路；100、200、300、400、500-驅(qū)動(dòng)裝置。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，在附圖的說明中，對(duì)于相同的構(gòu)成要素標(biāo)記相同的符號(hào)，并省略重復(fù)的說明。
圖1是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置100的致動(dòng)器10的俯視圖。如圖1所示，致動(dòng)器10由壓電元件(相當(dāng)于電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件)12、驅(qū)動(dòng)部件14以及錘部件18構(gòu)成。壓電元件12構(gòu)成為在箭頭方向上層疊的結(jié)構(gòu)，通過施加電壓，在層疊方向產(chǎn)生變形(伸縮)。因此，壓電元件12使其長(zhǎng)度方向上的端面12A、12B進(jìn)行變位。
在壓電元件12的端面12A、12B中的一側(cè)的端面12A上，固定有驅(qū)動(dòng)部件14的基端。驅(qū)動(dòng)部件14例如被形成為圓柱狀，其軸被配置在箭頭方向(即，壓電元件的伸縮方向)。驅(qū)動(dòng)部件14的材質(zhì)使用了將石墨晶體牢固復(fù)合的石墨晶體復(fù)合體，例如碳石墨。作為該石墨復(fù)合體的碳石墨，由于不僅具有與理想的材料鈹相似的特性，而且還具有與鈹相比價(jià)格比較低和容易加工的特性，所以可降低致動(dòng)器10的成本。另外，驅(qū)動(dòng)部件14的形狀不限于圓柱狀，也可以是棱柱狀。
被驅(qū)動(dòng)部件16，以規(guī)定的摩擦力與驅(qū)動(dòng)部件14結(jié)合，沿著驅(qū)動(dòng)部件14被滑動(dòng)自如地支撐。被驅(qū)動(dòng)部件16與驅(qū)動(dòng)部件14的摩擦力被設(shè)定為在向壓電元件12施加了緩慢變化的電壓時(shí)，使靜摩擦力大于其驅(qū)動(dòng)力，并且在對(duì)壓電元件12施加了急劇變化的電壓時(shí)，使靜摩擦力小于其驅(qū)動(dòng)力。另外，為了使動(dòng)作穩(wěn)定，并且提高反復(fù)驅(qū)動(dòng)時(shí)的耐久性，在驅(qū)動(dòng)部件14與被驅(qū)動(dòng)部件16的滑動(dòng)接觸部分涂抹了潤(rùn)滑劑。該潤(rùn)滑劑優(yōu)選使用性能不容易受溫度變化的影響的潤(rùn)滑劑，從而即使在低溫下也不增加驅(qū)動(dòng)部件14與被驅(qū)動(dòng)部件16的滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)阻抗。另外，優(yōu)選采用不產(chǎn)生灰塵的結(jié)構(gòu)，以免對(duì)光學(xué)部件和機(jī)構(gòu)部件造成不良影響。
錘部件18被固定在壓電元件12的端面12B上。該錘部件18通過對(duì)壓電元件12的端面12B施加負(fù)荷，來防止端面12B的變位大于端面12A的變位，優(yōu)選其比驅(qū)動(dòng)部件14的重量大。而且，通過設(shè)置比驅(qū)動(dòng)部件14的質(zhì)量大的錘部件18，可把壓電元件12的伸縮高效率地傳遞到驅(qū)動(dòng)部件14側(cè)。例如，在驅(qū)動(dòng)部件14為8mg、壓電元件12為32mg的情況下，使用32mg的錘部件18。
另外，錘部件18由軟性材料形成。作為錘部件18的材質(zhì)，使用其縱彈性模量比壓電元件12以及驅(qū)動(dòng)部件14小的材料。作為錘部件18的縱彈性模量，優(yōu)選1GPa以下，最好小于等于300MPa。這樣的錘部件18，通過在橡膠等彈性體中混合比重大的金屬粉而形成，例如，通過在聚氨酯橡膠或聚氨酯樹脂中混合鎢的粉末進(jìn)行制造。關(guān)于錘部件18的比重，為了實(shí)現(xiàn)裝置的小型化，應(yīng)設(shè)置得盡量高，例如設(shè)定為8～12的程度。另外，通過在聚氨酯橡膠或聚氨酯樹脂中混合了鎢的粉末而制造的錘部件18的縱彈性模量為60Mpa左右、比重為11.7左右。因此，在以盡可能小的體積來設(shè)計(jì)錘部件18的情況下，雖然理想的是盡可能大的比重和盡可能小的縱彈性模量的組合，但錘部件18只要比驅(qū)動(dòng)部件14的比重大(比重大于等于1.8)并且縱彈性模量小于等于1GPa，即可以使用。即，只要比重除以縱彈性模量的數(shù)值(比重/縱彈性模量)大于等于1.8×10-9，即適合作為錘部件18。
壓電元件12與驅(qū)動(dòng)脈沖供給裝置(驅(qū)動(dòng)電路)26(參照?qǐng)D4)構(gòu)成電連接，由該驅(qū)動(dòng)脈沖供給裝置施加圖2(A)、圖2(B)所示波形的電壓。該圖2(A)、圖2(B)的輸出信號(hào)，即，使壓電元件12動(dòng)作的電信號(hào)，使用超可聽頻率的信號(hào)。通過使用這種頻率的信號(hào)，可降低壓電元件12在可聽區(qū)域中的動(dòng)作音。另外，在后述的實(shí)施方式中也同樣使用這種超可聽頻率的信號(hào)。
圖2(A)、圖2(B)是表示了向壓電元件12施加的脈沖波形的一例的圖。圖2(A)是使圖1的被驅(qū)動(dòng)部件16向箭頭的左方向移動(dòng)時(shí)的脈沖波形，圖2(B)是使圖1的被驅(qū)動(dòng)部件16向箭頭的右方向移動(dòng)時(shí)的脈沖波形。
在圖2(A)的情況下，對(duì)壓電元件12施加有從時(shí)刻α1到時(shí)刻α2緩慢上升，在時(shí)刻α3急劇下降的大致鋸齒狀的驅(qū)動(dòng)脈沖。因此，從時(shí)刻α1到時(shí)刻α2，壓電元件12緩慢伸長(zhǎng)。此時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)部件14以緩慢的速度移動(dòng)，所以被驅(qū)動(dòng)部件16與驅(qū)動(dòng)部件14一同移動(dòng)。這樣，能夠使被驅(qū)動(dòng)部件16向圖1中的左方向移動(dòng)。在時(shí)刻α3，由于驅(qū)動(dòng)部件12急劇收縮，所以驅(qū)動(dòng)部件14向圖1中的右方向移動(dòng)。此時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)部件14急劇移動(dòng)，所以被驅(qū)動(dòng)部件16基于慣性作用而停止在原位置，而只有驅(qū)動(dòng)部件14移動(dòng)。因此，通過反復(fù)施加圖2(A)所示的鋸齒狀的驅(qū)動(dòng)脈沖，使圖1的被驅(qū)動(dòng)部件16反復(fù)進(jìn)行向左方向的移動(dòng)和停止，所以能夠使其向左方向移動(dòng)。
在圖2(B)的情況下，對(duì)壓電元件12施加在時(shí)刻β1急劇上升，在從時(shí)刻β2到時(shí)刻β3緩慢下降的大致鋸齒狀的驅(qū)動(dòng)脈沖。因此，在時(shí)刻β1壓電元件12急劇伸長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)部件14向圖1中的左方向移動(dòng)。此時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)部件14急劇移動(dòng)，所以被驅(qū)動(dòng)部件16在慣性作用下停止在原位置，而只有驅(qū)動(dòng)部件14移動(dòng)。在從時(shí)刻β2到時(shí)刻β3，壓電元件12緩慢收縮。此時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)部件14緩慢變位，所以被驅(qū)動(dòng)部件16與驅(qū)動(dòng)部件14一同移動(dòng)。這樣，能夠使被驅(qū)動(dòng)部件16向圖1中的右方向移動(dòng)。因此，通過反復(fù)施加圖2(B)所示的鋸齒狀驅(qū)動(dòng)脈沖，使圖1的被驅(qū)動(dòng)部件16反復(fù)進(jìn)行向右方向的移動(dòng)和停止，所以能夠使其向右方向移動(dòng)。另外，鋸齒狀驅(qū)動(dòng)脈沖是為了進(jìn)行說明而示意性地使用的信號(hào)，在實(shí)際中，是通過像圖13那樣的電路輸入輸出圖14、圖15所示的信號(hào)。該輸出信號(hào)與鋸齒狀的驅(qū)動(dòng)脈沖等效。另外，作為所使用的驅(qū)動(dòng)頻率，如果考慮到使驅(qū)動(dòng)頻率避開被作為一種異常聲音而能被聽到的可聽頻率段，且減少耗電量的方面，最好選擇使用20kHz～200kHz，更理想的是使用50kHz～100kHz。
下面，對(duì)上述構(gòu)成的致動(dòng)器10的作用進(jìn)行說明。
在本實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)部件14由石墨結(jié)晶復(fù)合體，例如，碳石墨構(gòu)成。該碳石墨是由碳的六角板狀結(jié)晶體的石墨無定形碳構(gòu)成的物質(zhì)，其具有與鈹相似的性質(zhì)，并且具有重量輕且高剛性的特性。因此，在利用壓電元件12驅(qū)動(dòng)由碳石墨構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)部件14時(shí)，能夠使驅(qū)動(dòng)部件14正確地移動(dòng)。另外，由于驅(qū)動(dòng)部件14硬度高而不容易變形，所以能夠以例如100kHz以上的高頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
并且，由于碳石墨作為其成分而具有無定形碳和石墨，所以具有滑動(dòng)性好，滑動(dòng)時(shí)的摩擦非常小并且穩(wěn)定的特性。因此，通過使用由碳石墨構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)部件14，可減少與被驅(qū)動(dòng)部件16的摩擦，而且動(dòng)作穩(wěn)定。由此，可使被驅(qū)動(dòng)部件16始終進(jìn)行穩(wěn)定且正確的移動(dòng)。
另外，由于碳石墨的內(nèi)部損耗也非常小，所以由碳石墨構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)部件14具有不容易產(chǎn)生后述的共振的特征。因此，可防止因共振而使被驅(qū)動(dòng)部件16的移動(dòng)量不均勻的現(xiàn)象。
這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，由于驅(qū)動(dòng)部件14由碳石墨構(gòu)成，所以，可使被驅(qū)動(dòng)部件16進(jìn)行穩(wěn)定且正確的移動(dòng)。特別是，在以高頻率驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器10的情況下，本發(fā)明是有效的，即使在以高頻率驅(qū)動(dòng)以往的裝置的情況下，在驅(qū)動(dòng)部件14變形彎曲而不能使被驅(qū)動(dòng)部件16正確地移動(dòng)的情況下，通過如本發(fā)明這樣使用碳石墨來構(gòu)成驅(qū)動(dòng)部件14，也能夠使被驅(qū)動(dòng)部件16進(jìn)行高精度的移動(dòng)。
另外，在本實(shí)施方式的致動(dòng)器10中，對(duì)于被固定在壓電元件12的端面12B上的錘部件18，使用縱彈性模量小的軟性材料來形成。通過使用這樣的錘部件18，可大幅度降低把壓電元件12和驅(qū)動(dòng)部件14作為質(zhì)量，把錘部件18作為彈性體的等效1自由系的共振頻率f0，換言之，錘部件18具有作為降低共振頻率的共振頻率降低部件的功能。另外，通過使用由縱彈性模量小的軟性材料構(gòu)成的錘部件18，與設(shè)置由剛性材料構(gòu)成的錘部件的情況相比，可降低致動(dòng)器10的共振頻率?？蓮囊韵碌挠糜谇蟪鲈摴舱耦l率f0的算式中了解其關(guān)系。在該算式中，E表示錘部件18的縱彈性模量，A表示錘部件18在壓電元件12側(cè)的面積，h表示錘部件18的厚度，Ma表示壓電元件12的質(zhì)量，Mb表示驅(qū)動(dòng)部件14的質(zhì)量，Mc表示錘部件18的質(zhì)量。
f0=12πEA(Ma+Mb+13Mc)h]]>從該式可看出，如果減小錘部件18的縱彈性模量E，則等效1自由系的共振頻率f0變小。在本實(shí)施方式中，通過設(shè)定小于等于1GPa的錘部件18的縱彈性模量，可使共振頻率f0小于等于約70kH。另外，在本實(shí)施方式中，如果使錘部件18的縱彈性模量小于等于300MPa，則能夠使共振頻率f0小于等于35kH。并且，在本實(shí)施方式中，在使用了在縱彈性模量為60MPa程度的聚氨酯橡膠中混合了鎢粉末的錘部件18的情況下，共振頻率f0為15kH左右。(參照?qǐng)D16中的編號(hào)1。其中，E+07表示×107)。
相對(duì)而言，如果采用縱彈性模量大的硬質(zhì)材料形成相當(dāng)錘的部件，則上述共振頻率f0增加。例如，在本實(shí)施方式中，在使用縱彈性模量為200～400GPa的鎢作為錘部件18的材質(zhì)的情況下，共振頻率f0達(dá)到1GHz以上。另外，即使在使用了金屬中的縱彈性模量比較小的鋁(縱彈性模量為120GPa左右)的情況下，共振頻率f0也達(dá)到了約700kHz(參照?qǐng)D16中的編號(hào)5)。
如上所述，本實(shí)施方式的致動(dòng)器10，由于錘部件18由共振頻率降低部件形成，所以可顯著降低上述等效1自由系的共振頻率f0。另外，在采用彈性體或粘彈性體材料構(gòu)成錘部件18的情況下，也可以達(dá)到同樣的作用(詳細(xì)情況將在后面說明)。
這里，為了防止振動(dòng)從振動(dòng)的機(jī)械部件或構(gòu)造物傳遞到支撐這些部件的基礎(chǔ)或基座，一般希望振動(dòng)傳導(dǎo)率(Vibration Transmissibility)越小越好，在等效1自由系中，振動(dòng)傳導(dǎo)率λ由下面的式2表示。
λ=1+(2ζff0)2(1+(ff0)2)2+(2ζff0)2]]>其中，λ等效1自由系的振動(dòng)傳導(dǎo)率；f所使用的驅(qū)動(dòng)頻率；f0；等效1自由系的共振頻率；ξ等效1自由系的衰減比。
而且，在等效1自由系中，在該振動(dòng)傳導(dǎo)率λ小于等于1的情況下，與ξ值無關(guān)，機(jī)械的振動(dòng)不容易傳遞到基礎(chǔ)或基座。因此，如以下的式3以及將式3變形后的式4所示，振動(dòng)傳導(dǎo)率小于等于1的范圍，即，滿足f≥21/2·f0的范圍(圖6(A)的范圍P)，是壓電元件12的振動(dòng)不容易傳遞到致動(dòng)器10的支撐部件(例如圖4的主體20)的、受共振的影響非常小的防振區(qū)域。因此，用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式的頻率的組合，即，在致動(dòng)器的共振頻率小于等于70kHz、驅(qū)動(dòng)頻率為50kHz～100kHz的情況下，滿足該防振區(qū)域。另外，關(guān)于防振區(qū)域，例如被記載在[模式解析入門，長(zhǎng)松昭男著，コロナ出版社]中。另外，f≥21/2·f0的關(guān)系，對(duì)于其它實(shí)施方式，當(dāng)然也適用。
1≥λ=1+(2ζff0)2(1+(ff0)2)2+(2ζff0)2]]>[式4]f≥2·f0因此，根據(jù)本實(shí)施方式，通過設(shè)置比驅(qū)動(dòng)部件14的質(zhì)量大的錘部件18，可高效率地把電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮傳遞到驅(qū)動(dòng)部件一側(cè)。而且，通過使用共振頻率降低部件作為錘部件18，可降低由壓電元件12、驅(qū)動(dòng)部件14以及錘部件18構(gòu)成的致動(dòng)器自身的共振頻率，因此，可防止因共振而使驅(qū)動(dòng)部件14產(chǎn)生壓電元件12的伸縮方向以外的振動(dòng)。從而，由于驅(qū)動(dòng)部件14在壓電元件12的伸縮方向上變位，所以可使基于壓電元件12的伸縮的驅(qū)動(dòng)力可正確且穩(wěn)定地傳遞到被驅(qū)動(dòng)部件16，由此能夠?qū)Ρ或?qū)動(dòng)部件16在壓電元件12的伸縮方向上進(jìn)行正確且穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)控制。另外，在本實(shí)施方式中，雖然能夠在壓電元件12的伸縮方向正確地驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)部件16，然而，與利用共振使被驅(qū)動(dòng)部件16移動(dòng)的情況相比，每一次的被驅(qū)動(dòng)部件16的移動(dòng)量減少，不過，通過增加壓電元件12的層疊數(shù)或適宜地設(shè)定驅(qū)動(dòng)條件，可確保被驅(qū)動(dòng)部件16在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的充分的移動(dòng)量。
另外，在以往的致動(dòng)器中，例如文獻(xiàn)(專利第3171022號(hào)公報(bào))所示的條件式那樣，由于可設(shè)定驅(qū)動(dòng)頻率的設(shè)定范圍比較小(圖6(B)的范圍Q)，所以在裝置的質(zhì)量上存在公差或發(fā)生了故障時(shí)，共振頻率下降，不能滿足條件，由此受到共振的影響。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，通過降低共振頻率f0，可在成為f≥21/2·f0的寬范圍內(nèi)設(shè)定致動(dòng)器10的頻率f，由此，即使在因溫度變化等的環(huán)境負(fù)荷或質(zhì)量上存在公差等，使上述共振頻率f0發(fā)生了變化的情況下，也不需要變更驅(qū)動(dòng)頻率f的設(shè)定，從而不需要對(duì)每個(gè)致動(dòng)器10分別進(jìn)行設(shè)定的變更。
另外，根據(jù)本實(shí)施方式，由于通過使用了軟性錘部件18而使得共振頻率f0大幅降低，所以即使在驅(qū)動(dòng)頻率f低的范圍內(nèi)，也可以滿足f≥21/2·f0的關(guān)系。因此，作為驅(qū)動(dòng)頻率f而可以使用比較低的頻率，與使用了高頻率的情況相比，可降低電力消耗。即，在使用了硬質(zhì)錘部件的情況下，為了滿足f≥21/2·f0的關(guān)系，必須采用高頻的驅(qū)動(dòng)頻率f，因而產(chǎn)生消耗電力增加的問題，然而根據(jù)本實(shí)施方式，由于大幅降低了共振頻率f0，所以可使用低頻的驅(qū)動(dòng)頻率f，從而可降低電力消耗。
并且，根據(jù)本實(shí)施方式，由于通過降低由壓電元件12、驅(qū)動(dòng)部件14、錘部件18構(gòu)成的致動(dòng)器自身的共振頻率f0，可消除因共振造成的不良影響，所以可減少因致動(dòng)器的構(gòu)成部件的部件質(zhì)量上的公差造成的影響，除此以外，由于無論把致動(dòng)器以何種方式安裝在筐體上，都不容易受共振的影響，所以提高了安裝致動(dòng)器時(shí)的設(shè)計(jì)和制造上的自由度。即，也可以如圖3(A)所示那樣，把壓電元件12的端面12A支撐在支撐部件23上，也可以如圖3(B)所示那樣，把壓電元件12的側(cè)面支撐在支撐部件23上。而且，也可以支撐驅(qū)動(dòng)部件14的前端面或側(cè)面，前端側(cè)和/或基端側(cè)、或錘部件18的側(cè)面或后端面。
下面，參照?qǐng)D4，對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置100進(jìn)行說明。該驅(qū)動(dòng)裝置100，是把本發(fā)明的致動(dòng)器10裝配在帶照相機(jī)的移動(dòng)電話機(jī)等中的驅(qū)動(dòng)裝置，致動(dòng)器10用于使變焦透鏡或聚焦透鏡等可動(dòng)透鏡(未圖示)進(jìn)行移動(dòng)。
圖4所示的致動(dòng)器10與圖3(A)所示的情況相同，通過壓電元件12的端面12A被支撐。即，壓電元件12的端面12A被粘接固定在形成于主體(筐體)20中的支撐部20A上。
在主體20上形成有孔20B?？?0B被形成為具有比驅(qū)動(dòng)部件14的外徑稍大一些的直徑，通過把驅(qū)動(dòng)部件14的前端插入該孔20B內(nèi)，構(gòu)成支撐狀態(tài)。
如圖5所示，被驅(qū)動(dòng)部件16具有V字形的槽16A，把驅(qū)動(dòng)部件14卡合在該槽16A內(nèi)。另外，被驅(qū)動(dòng)部件16具有板簧22，利用該板簧22把驅(qū)動(dòng)部件14壓在被驅(qū)動(dòng)部件16側(cè)。這樣，被驅(qū)動(dòng)部件16在3個(gè)部位與驅(qū)動(dòng)部件14線接觸，成為實(shí)質(zhì)上的面接觸。這樣，構(gòu)成為被驅(qū)動(dòng)部件16與驅(qū)動(dòng)部件14的摩擦結(jié)合的結(jié)構(gòu)。在被驅(qū)動(dòng)部件16的下方，連接有保持可動(dòng)透鏡的保持框(未圖示)。
在如上述構(gòu)成的情況下，也可以通過利用石墨結(jié)晶復(fù)合體來形成驅(qū)動(dòng)部件14，使被驅(qū)動(dòng)部件16進(jìn)行穩(wěn)定的移動(dòng)。
下面，結(jié)合圖7和圖8，對(duì)本發(fā)明第2實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置200進(jìn)行說明。這里，省略與第1實(shí)施方式相同的說明，僅對(duì)不同點(diǎn)進(jìn)行說明。
如圖7和圖8所示，在該驅(qū)動(dòng)裝置200中，被驅(qū)動(dòng)部件216與可動(dòng)透鏡211的透鏡框221形成為一體。透鏡框221由與驅(qū)動(dòng)部件14平行配置的導(dǎo)向桿(未圖示)所引導(dǎo)，以防止其沿驅(qū)動(dòng)部件14的圓周旋轉(zhuǎn)。另外，在被驅(qū)動(dòng)部件216上，形成有U字形的槽216B，驅(qū)動(dòng)部件14卡合在該槽216內(nèi)。在被驅(qū)動(dòng)部件216的四個(gè)角部的各個(gè)部位上設(shè)有向上方突出的突出部224、224、…，在由這些突出部224、224、…所包圍的區(qū)域內(nèi)，設(shè)有摩擦板226。摩擦板226通過彎曲被形成為與驅(qū)動(dòng)部件14的側(cè)面形狀相配合的圓弧狀。從而形成被驅(qū)動(dòng)部件216與驅(qū)動(dòng)部件14的面接觸的狀態(tài)。另外，對(duì)摩擦板226的各個(gè)角部，以配合被驅(qū)動(dòng)部件216的突出部224、224、…的形狀被進(jìn)行了局部切除。因此，在把摩擦板226配置在由突出部224、224、…所包圍的區(qū)域內(nèi)時(shí)，可防止摩擦板226的脫落。
在被驅(qū)動(dòng)部件216上安裝有按壓彈簧228。按壓彈簧228被構(gòu)成為把摩擦板226按壓在被驅(qū)動(dòng)部件216側(cè)。從而，在把驅(qū)動(dòng)部件14配置在被驅(qū)動(dòng)部件216的U字形槽216B內(nèi)，并且當(dāng)在其上面配置摩擦板226后，摩擦板226被按壓彈簧228壓在驅(qū)動(dòng)部件14上，利用摩擦板226和被驅(qū)動(dòng)部件216夾持驅(qū)動(dòng)部件14，從而可將被驅(qū)動(dòng)部件216與驅(qū)動(dòng)部件14摩擦結(jié)合。
在壓電元件12的后端的端面12B上，粘接固定錘部件218。為了實(shí)現(xiàn)小型化，希望錘部件218的比重盡量高，例如，設(shè)定為與不銹鋼相同的程度(7.7～8.0)。錘部件218在安裝了壓電元件12的面的相反側(cè)，粘接有安裝部件230，通過該安裝部件230把錘部件218被支撐在主體20上。安裝部件230，通過彎曲金屬板而被形成為コ狀，其兩端的彎曲部分被嵌合固定在主體20上。壓電元件12與驅(qū)動(dòng)脈沖供給裝置215(參照?qǐng)D8)構(gòu)成電連接，由該驅(qū)動(dòng)脈沖供給裝置215向壓電元件12施加電壓。
這樣，在本實(shí)施方式中，由軟性錘部件218把壓電元件12的后端的端面12B支撐為接近自由端的狀態(tài)，由此，可把共振頻率f0降低到20～30kHz。因此，使通常所使用的50～100kHz的驅(qū)動(dòng)頻率f0滿足f≥21/2·f0。滿足f≥21/2·f0的范圍是力的傳導(dǎo)率成為小于等于1的防振區(qū)域，不產(chǎn)生大的共振。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，通過由軟性錘部件218把壓電元件12的后端的端面12B支撐為接近自由端的狀態(tài)，可防止驅(qū)動(dòng)頻率下的共振，可始終確保穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)量。另外，在本實(shí)施方式中，雖然是通過安裝部件230來把錘部件218固定在主體20上，但即使把錘部件218直接安裝在主體20上，也可達(dá)到同樣的效果。
另外，根據(jù)本實(shí)施方式，通過降低的共振頻率f0，可以在成為f≥21/2·f0的寬范圍內(nèi)設(shè)定驅(qū)動(dòng)頻率f0。從而可進(jìn)行穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)，而不受環(huán)境負(fù)荷和制品的質(zhì)量公差等影響。
并且，這樣的實(shí)施方式，由于也是由碳石墨構(gòu)成驅(qū)動(dòng)部件14，所以可達(dá)到與上述實(shí)施方式相同的效果，即，可達(dá)到能夠使被驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行正確且穩(wěn)定地移動(dòng)的效果。
下面，參照?qǐng)D9，對(duì)本發(fā)明第3實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置300進(jìn)行說明。
如圖9所示，該驅(qū)動(dòng)裝置300與驅(qū)動(dòng)裝置200的不同點(diǎn)是，在壓電元件12的后端側(cè)的端面12B上粘接固定有由橡膠等彈性體構(gòu)成的錘部件332，該錘部件332的相對(duì)壓電元件12的相反側(cè)的面被粘接固定在主體20上。這樣也可以達(dá)到與上述實(shí)施方式同樣的作用和效果。
下面，參照?qǐng)D10，對(duì)本發(fā)明第4實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置400進(jìn)行說明。
如圖10所示，該驅(qū)動(dòng)裝置400與驅(qū)動(dòng)裝置200的不同點(diǎn)是，由軟性材料構(gòu)成的錘部件418被形成為具有比壓電元件12的端面12B大的面的薄板狀，在該錘部件418的中央位置粘接固定壓電元件12，錘部件418的兩端部，被粘接固定在主體20上。即使在這樣的實(shí)施方式中，由于驅(qū)動(dòng)部件14也是由碳石墨構(gòu)成，所以可達(dá)到與上述實(shí)施方式相同的效果，即，可使被驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行正確且穩(wěn)定地移動(dòng)。并且，根據(jù)這樣構(gòu)成的本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置，由于壓電元件12的后端的端面12B由薄板狀的錘部件418支撐在主體20上，所以，通過錘部件418的翹曲變形，使壓電元件12的后端的端面12B變位。并且，由于錘部件418的縱彈性模量小，所以，壓電元件12的后端的端面12B通過錘部件418自身的彈性變形，被支撐為接近自由端的狀態(tài)。從而可降低共振頻率f0，可在成為防振區(qū)域的f≥21/2·f0的寬的范圍內(nèi)使用驅(qū)動(dòng)頻率f。因此，可防止裝置構(gòu)成系統(tǒng)的共振，始終確保穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)量。
下面，說明本發(fā)明第5實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置500。
圖11是設(shè)置了本發(fā)明的第5實(shí)施方式的致動(dòng)器510的驅(qū)動(dòng)裝置500的剖面圖。如圖11所示，本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置500把可動(dòng)透鏡70作為移動(dòng)對(duì)象物進(jìn)行可動(dòng)透鏡70的驅(qū)動(dòng)，其包括具有壓電元件12和驅(qū)動(dòng)部件14的致動(dòng)器510；支撐該致動(dòng)器510的支撐部件60和被驅(qū)動(dòng)部件516。壓電元件12是通過輸入電信號(hào)而能夠伸縮的電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件，其能夠在規(guī)定的方向上伸長(zhǎng)和收縮。該壓電元件12與控制部71連接，通過從該控制部71輸入電信號(hào)而進(jìn)行伸縮。例如，在壓電元件12上設(shè)有2個(gè)輸入端子72A、72B。通過反復(fù)增減施加在該輸入端子72A、72B上的電壓，使壓電元件12反復(fù)進(jìn)行伸長(zhǎng)和收縮。
驅(qū)動(dòng)部件14在壓電元件12的伸縮方向上，朝向長(zhǎng)度方向被安裝在壓電元件12上。例如，把驅(qū)動(dòng)部件14的一端與壓電元件12抵接，使用粘接劑27進(jìn)行粘接。該驅(qū)動(dòng)部件14是細(xì)長(zhǎng)的部件，例如使用圓柱狀的部件。驅(qū)動(dòng)部件14的材質(zhì)，使用了把石墨結(jié)晶強(qiáng)力復(fù)合的石墨結(jié)晶復(fù)合體，例如使用碳石墨。作為該石墨結(jié)晶復(fù)合體的碳石墨，不僅具有與鈹相似的特性，而且與鈹不同的是，還具有容易加工的特性，所以可降低致動(dòng)器510的成本。驅(qū)動(dòng)部件14由從主體24向內(nèi)側(cè)延伸的分隔部24B、分隔部24C支撐為能夠沿著長(zhǎng)度方向移動(dòng)狀態(tài)。分隔部24B、分隔部24C是用于分隔被驅(qū)動(dòng)部件516的移動(dòng)區(qū)域的部件，并具有作為驅(qū)動(dòng)部件14的支撐部件的功能。
在分隔部24B、分隔部24C上，分別形成有使驅(qū)動(dòng)部件14貫通的貫通孔24A。分隔部24B支撐驅(qū)動(dòng)部件14的壓電元件12的安裝部分的附近部位，即，驅(qū)動(dòng)部件14的基端部位。分隔部24C支撐驅(qū)動(dòng)部件14的前端部位。主體24作為用于組裝致動(dòng)器510的框體或框架部件而發(fā)揮功能。通過把驅(qū)動(dòng)部件14安裝在壓電元件12上，來使其對(duì)應(yīng)壓電元件12的伸長(zhǎng)和收縮的反復(fù)動(dòng)作而沿其長(zhǎng)度方向進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)。
另外，在圖11中，表示了由分隔部24B、24C在驅(qū)動(dòng)部件14的前端側(cè)和基端側(cè)的兩個(gè)部位來支撐驅(qū)動(dòng)部件14的情況，也有在其前端側(cè)或極端側(cè)的一方來支撐驅(qū)動(dòng)部件14的情況。例如，通過把分隔部24B的貫通孔24A形成為大于驅(qū)動(dòng)部件14的外徑，而成為由分隔部24C僅在前端部位支撐驅(qū)動(dòng)部件14的結(jié)構(gòu)。另外，通過把分隔部24C的貫通孔24A形成為大于驅(qū)動(dòng)部件14的外徑，而成為由分隔部24B僅在基端部位支撐驅(qū)動(dòng)部件14的結(jié)構(gòu)。另外，在圖11中，表示了支撐驅(qū)動(dòng)部件14的分隔部24B、24C與主體24形成為一體的情況，但也可以設(shè)計(jì)成把獨(dú)立于主體24的分隔部24B、24C安裝在主體24上的結(jié)構(gòu)。即使在分體的情況下，也能夠達(dá)到與一體的情況相同的功能和效果。
被驅(qū)動(dòng)部件516被可移動(dòng)地安裝在驅(qū)動(dòng)部件14上。該被驅(qū)動(dòng)部件516被安裝成與驅(qū)動(dòng)部件14摩擦結(jié)合并能夠沿著其長(zhǎng)度方向移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。例如，被驅(qū)動(dòng)部件516被安裝成以規(guī)定的摩擦系數(shù)與驅(qū)動(dòng)部件14摩擦結(jié)合，通過以一定的按壓力按壓驅(qū)動(dòng)部件14，在其移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生一定的摩擦力的結(jié)構(gòu)。通過對(duì)被驅(qū)動(dòng)部件516施加超過摩擦力的移動(dòng)力，使被驅(qū)動(dòng)部件516抵抗摩擦力而沿著驅(qū)動(dòng)部件14移動(dòng)。
致動(dòng)器510由支撐部件60支撐在主體24上。支撐部件60從與壓電元件12的伸縮方向正交的方向支撐致動(dòng)器510，該支撐部件60被配置在收納致動(dòng)器510的主體24與壓電元件12之間。
支撐部件60由具有在規(guī)定以上的彈性特性的彈性體形成，例如由硅酮樹脂形成。支撐部件60構(gòu)成為形成插通壓電元件12的插通孔60A，并且在把壓電元件12插通在該插通孔60A內(nèi)的狀態(tài)下，被組裝在主體24上。另外，通過使用粘接劑61的粘接，把支撐部件60粘接固定在主體24上。另外，支撐部件60與壓電元件12之間的固定，也使用粘接劑進(jìn)行粘接固定。通過由彈性體構(gòu)成該支撐部件60，可把致動(dòng)器510支撐為能夠在壓電元件12的伸縮方向上移動(dòng)地結(jié)構(gòu)。在圖11中，支撐部件60被表示成位于壓電元件12兩側(cè)的2個(gè)，但實(shí)際上是一個(gè)連續(xù)的支撐部件60，該支撐部件60、60是在用剖面圖來表示支撐部件60時(shí)被圖示成2個(gè)的結(jié)果。
另外，也可以通過在主體24與壓電元件12之間壓入支撐部件60，并按壓支撐部件60，來進(jìn)行支撐部件60與主體24的固定安裝和于壓電元件12的固定安裝。例如，利用彈性體構(gòu)成支撐部件60，并形成比主體24與壓電元件12之間的間隔大的形狀，把其壓入設(shè)置在其間。從而，把支撐部件60配置成與主體24和壓電元件12緊密結(jié)合的狀態(tài)。在這種情況下，壓電元件12由支撐部件60從與伸縮方向正交的方向的兩側(cè)按壓。由此來支撐致動(dòng)器510。
另外，這里說明了使用硅酮樹脂形成支撐部件60的情況，但也可以利用彈簧部件構(gòu)成支撐部件60。例如，也可以在主體24與壓電元件12之間配置彈簧部件，由該彈簧部件把致動(dòng)器510支撐在主體24上。
在被驅(qū)動(dòng)部件516上，通過透鏡框68安裝有可動(dòng)透鏡70?？蓜?dòng)透鏡70使用于構(gòu)成照相機(jī)的攝影光學(xué)系統(tǒng)的部件，是驅(qū)動(dòng)裝置的移動(dòng)對(duì)象物。該可動(dòng)透鏡70被設(shè)置成與被驅(qū)動(dòng)部件516結(jié)合成一體并與被驅(qū)動(dòng)部件516一同移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。在可動(dòng)透鏡70的光軸O上，配置有未圖示的固定透鏡等，并構(gòu)成了照相機(jī)的攝影光學(xué)系統(tǒng)。另外，在光軸O上，配置有攝像元件65。攝像元件65是將通過攝影光學(xué)系統(tǒng)成像的圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的攝像元件，例如由CCD構(gòu)成。攝像元件65與控制部71連接，把圖像信號(hào)輸出到控制部71。
在壓電元件12的端部安裝有錘部件518。錘部件518是用于把壓電元件12的伸縮力傳遞到驅(qū)動(dòng)部件14側(cè)的部件，其被安裝在與壓電元件12的安裝有驅(qū)動(dòng)部件14的端部的相反側(cè)的端部上。作為錘部件518，使用比驅(qū)動(dòng)部件14重的部件。另外，作為錘部件518，優(yōu)選使用在可彈性變形的部件中混入了金屬粉末的部件。通過混入金屬粉可增加重量，通過使用可彈性變形的部件，可衰減壓電元件12在動(dòng)作時(shí)的不需要的共振。另外，通過采用軟性部件而構(gòu)成錘部件518，相對(duì)壓電元件12的驅(qū)動(dòng)頻率，可充分降低致動(dòng)器510的共振頻率，從而可減小共振的影響。
另外，錘部件518被設(shè)置成未被支撐固定在主體24上的狀態(tài)。即，錘部件518被設(shè)置成未被直接支撐或固定在主體24上而且也未通過粘接劑或樹脂材料在主體24上被支撐或固定成限制了其動(dòng)作的狀態(tài)。
在驅(qū)動(dòng)裝置500上設(shè)有用于檢測(cè)被驅(qū)動(dòng)部件516的移動(dòng)位置的檢測(cè)器75。作為檢測(cè)器75，例如可使用光學(xué)式檢測(cè)器，可使用光反射器、光遮斷器等。具體而言，作為檢測(cè)器75，在使用具有反射器75A和檢測(cè)部75B的情況下，在與被驅(qū)動(dòng)部件516一體形成的透鏡框68上安裝反射器75A，從檢測(cè)部75B向反射器75A側(cè)射出檢測(cè)光，在反射器75A側(cè)，通過由檢測(cè)部75B檢測(cè)出反射來的反射光，來檢測(cè)出被驅(qū)動(dòng)部件516和可動(dòng)透鏡70的移動(dòng)位置。
檢測(cè)器75與控制部71連接。檢測(cè)器75的輸出信號(hào)輸入到控制部71?？刂撇?1控制驅(qū)動(dòng)裝置的整體，例如由CPU、ROM、RAM、輸入信號(hào)電路、輸出信號(hào)電路等構(gòu)成。另外，控制部71具有用于使壓電元件12動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)電路，其向壓電元件12輸出用于驅(qū)動(dòng)的電信號(hào)。
圖12是圖11的XII-XII的被驅(qū)動(dòng)部件516的剖面圖。如圖12所示，被驅(qū)動(dòng)部件516例如包括主體部516A、按壓部516B以及滑動(dòng)部516C。利用按壓部516B，把驅(qū)動(dòng)部件14以一定的力按壓在主體部516A上。在主體部516A上形成有V字形的槽516D。在該槽516D內(nèi)，收納有呈被2個(gè)滑動(dòng)部516C、516C夾持的狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)部件14?；瑒?dòng)部516C、516C是剖面為V字形的板體，并被配置成凹部側(cè)相互對(duì)峙且把驅(qū)動(dòng)部件14夾在中間的狀態(tài)。通過這樣地把驅(qū)動(dòng)部件14收納在V字形的槽516D內(nèi)，可把被驅(qū)動(dòng)部件516穩(wěn)定地安裝在驅(qū)動(dòng)部件14上。
作為按壓部516B，例如使用剖面為L(zhǎng)字形的板簧部件。通過把按壓部516B的一邊鉤在主體部516A上，把另一邊配置在槽516D的對(duì)峙位置上，可以由另一邊把收納在槽516D中的驅(qū)動(dòng)部件14與主體部516A以及滑動(dòng)部516C一同夾持。這樣，可把主體部516A壓向驅(qū)動(dòng)部件14側(cè)。
這樣，通過由按壓部516B把主體部516A以一定的力按壓向驅(qū)動(dòng)部件14側(cè)來安裝被驅(qū)動(dòng)部件516，使其與驅(qū)動(dòng)部件14構(gòu)成摩擦結(jié)合。即，把被驅(qū)動(dòng)部件516暗轉(zhuǎn)大為，以一定的力按壓把主體部516A以及按壓部516B按壓在驅(qū)動(dòng)部件14上，在其移動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦力。
另外，通過由剖面為V字形的滑動(dòng)部516C、516C夾持驅(qū)動(dòng)部件14，使被驅(qū)動(dòng)部件516在4個(gè)部位與驅(qū)動(dòng)部件14線接觸，即，成為實(shí)質(zhì)上的面接觸，由此可形成與驅(qū)動(dòng)部件14的穩(wěn)定的摩擦結(jié)合。
圖13是使壓電元件12動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。如圖13所示，驅(qū)動(dòng)電路77被配置在控制部71內(nèi)。該驅(qū)動(dòng)電路77具有作為壓電元件12的驅(qū)動(dòng)電路的功能，其向壓電元件12輸出驅(qū)動(dòng)用電信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路77從控制部71的控制信號(hào)生成部(未圖示)輸入控制信號(hào)，對(duì)該控制信號(hào)進(jìn)行電壓放大或電流放大，然后輸出壓電元件12的驅(qū)動(dòng)用電信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路77，使用例如由邏輯電路U1～U3構(gòu)成輸入級(jí)，在輸出級(jí)具有場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)Q1、Q2的電路。晶體管Q1、Q2構(gòu)成為作為輸出信號(hào)，可輸出H輸出(高電位輸出)、L輸出(低電位輸出)以及OFF輸出(空輸出)。
圖14表示被輸入到驅(qū)動(dòng)電路77的輸入信號(hào)，圖15表示從驅(qū)動(dòng)電路77輸出的輸出信號(hào)。圖14(A)是使被驅(qū)動(dòng)部件516向接近壓電元件12的方向(圖11中的右方向)移動(dòng)時(shí)輸入的輸入信號(hào)，圖14(B)是使被驅(qū)動(dòng)部件516向遠(yuǎn)離壓電元件12的方向(在圖11中為左方向)移動(dòng)時(shí)輸入的輸入信號(hào)。另外，圖15(A)是使被驅(qū)動(dòng)部件516向接近壓電元件12的方向(圖11中的右方向)移動(dòng)時(shí)輸出的輸出信號(hào)，圖15(B)是使被驅(qū)動(dòng)部件516向遠(yuǎn)離壓電元件12的方向(在圖11中為左方向)移動(dòng)時(shí)輸出的輸出信號(hào)。
圖15(A)、(B)的輸出信號(hào)是與圖14(A)、(B)的輸入信號(hào)在同一時(shí)刻進(jìn)行高低電平轉(zhuǎn)換的脈沖信號(hào)。圖15(A)、(B)中的2個(gè)信號(hào)被輸入到壓電元件12的輸入端子72A、72B。雖然也可以向該輸入端子72A、72B輸入由圖2所示的臺(tái)形波形構(gòu)成的信號(hào)，但是通過如圖15所示的矩形形狀的脈沖信號(hào)，能夠使壓電元件12動(dòng)作。這種情況下，由于壓電元件12的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為矩形形狀的脈沖信號(hào)即可，所以容易生成信號(hào)。
圖15(A)、(B)的輸出信號(hào)，由成為同一頻率的2個(gè)矩形形狀的脈沖信號(hào)構(gòu)成。該2個(gè)脈沖信號(hào)，通過使相互的相位不同而成為相互的信號(hào)的電位差階段性地增大并急劇減小的信號(hào)，或電位差急劇地增大并階段性地減小的信號(hào)。通過輸入這樣的2個(gè)信號(hào)，可使壓電元件12的伸長(zhǎng)速度和收縮速度不同，從而能夠使被驅(qū)動(dòng)部件516移動(dòng)。
例如，在圖15(A)、(B)中，設(shè)定為，在一方的信號(hào)成為H(高電平)然后下降到L(低電平)后，使另一方的信號(hào)成為H。在這些信號(hào)中，在一方的信號(hào)成為L(zhǎng)時(shí)，在經(jīng)過一定的時(shí)間延遲tOFF后使另一方的信號(hào)成為H。另外，在2個(gè)信號(hào)都為L(zhǎng)的情況下，作為輸出則成為OFF狀態(tài)(空狀態(tài))。
該圖15(A)、(B)的輸出信號(hào)，即，使壓電元件12動(dòng)作的電信號(hào)使用超可聽頻率的頻率信號(hào)。在圖15(A)、(B)中，2個(gè)信號(hào)的頻率使用超可聽頻率的頻率信號(hào)，例如使用頻率為30kHz～80kHz的信號(hào)，更理想的是使用頻率為40kHz～60kHz的信號(hào)。通過使用這樣的頻率的信號(hào)，可降低壓電元件12在可聽區(qū)域的動(dòng)作音。
下面，說明本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作。
在圖11中，電信號(hào)被輸入到壓電元件12，通過該電信號(hào)的輸入，使壓電元件12反復(fù)進(jìn)行伸長(zhǎng)和收縮。對(duì)應(yīng)該伸長(zhǎng)和收縮，驅(qū)動(dòng)部件14進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，通過使壓電元件12的伸長(zhǎng)速度與收縮速度不同，可使驅(qū)動(dòng)部件14向一定方向的移動(dòng)速度與向其反方向的移動(dòng)速度不同。由此，能夠使被驅(qū)動(dòng)部件516以及可動(dòng)透鏡70向所希望的方向移動(dòng)。
在壓電元件12進(jìn)行伸縮時(shí)，產(chǎn)生基于該伸縮的振動(dòng)，但是由于包含壓電元件12的致動(dòng)器510由支撐部件60從與其伸縮方向正交的方向支撐，所以，壓電元件12的伸縮所產(chǎn)生的振動(dòng)不容易被傳遞到致動(dòng)器510的外部。因此，可抑制致動(dòng)器510與主體24等外部部件形成共振，并可降低該共振的影響。從而能夠使被驅(qū)動(dòng)部件516和可動(dòng)透鏡70正確地移動(dòng)。
如上所述，在本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置中，由于驅(qū)動(dòng)部件14也由碳石墨構(gòu)成，所以可達(dá)到與上述實(shí)施方式相同的效果，即，可達(dá)到使被驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行正確且穩(wěn)定的移動(dòng)的效果。另外，通過從與壓電元件12的伸縮方向正交的方向支撐致動(dòng)器510，使得在致動(dòng)器510與外部部件之間不容易傳遞振動(dòng)，可降低共振的影響。從而，可使被驅(qū)動(dòng)部件516和可動(dòng)透鏡70正確地移動(dòng)。而且，檢測(cè)被驅(qū)動(dòng)部件的移動(dòng)位置的檢測(cè)器75，當(dāng)然也可以應(yīng)用在其它實(shí)施方式中。
另外，上述的各個(gè)實(shí)施方式僅說明了本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置的一例。本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置不限于這些實(shí)施方式所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置，在不改變本發(fā)明的主導(dǎo)技術(shù)思想的范圍內(nèi)，也可以對(duì)實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行變更，或在其他用途上的實(shí)施。
作為本發(fā)明的致動(dòng)器的用途，例如可應(yīng)用于數(shù)字式照相機(jī)和移動(dòng)電話機(jī)等小型精密機(jī)器中。特別是移動(dòng)電話機(jī)，通過使用本發(fā)明的致動(dòng)器，能夠使被驅(qū)動(dòng)部件以大于等于2mm/s的高速度移動(dòng)。由此，即使是需要10mm左右的移動(dòng)的變焦透鏡，也可以迅速地移動(dòng)。另外，作為本發(fā)明的致動(dòng)器的用途，不限于移動(dòng)聚焦透鏡和變焦透鏡等可動(dòng)透鏡的用途，也可以用于移動(dòng)CCD的用途等。
另外，本發(fā)明只要把被安裝在壓電元件前端的變位面上的驅(qū)動(dòng)部件由石墨結(jié)晶復(fù)合體構(gòu)成即可，對(duì)驅(qū)動(dòng)部件的形狀和大小沒有特別的限定。
另外，在本發(fā)明中，雖然如上述那樣，優(yōu)選使用軟性錘部件，但即使在使用了硬性錘部件的情況下，通過采用石墨結(jié)晶復(fù)合體的驅(qū)動(dòng)部件，也可以達(dá)到使被驅(qū)動(dòng)部件穩(wěn)定移動(dòng)的效果。
另外，例如在第5實(shí)施方式中，對(duì)把本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置作為驅(qū)動(dòng)可動(dòng)透鏡70的驅(qū)動(dòng)裝置的情況進(jìn)行了說明，但也可以用做驅(qū)動(dòng)可動(dòng)透鏡70以外的物體的驅(qū)動(dòng)裝置。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，其具有致動(dòng)器，該致動(dòng)器由電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件和對(duì)應(yīng)該電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮而動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)部件構(gòu)成，并使與所述驅(qū)動(dòng)部件摩擦結(jié)合的被驅(qū)動(dòng)部件沿著所述驅(qū)動(dòng)部件移動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)部件是石墨復(fù)合體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述石墨復(fù)合體是碳石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，在所述電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的相對(duì)所述驅(qū)動(dòng)部件的相反側(cè)，設(shè)有比所述驅(qū)動(dòng)部件的質(zhì)量大的錘部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述錘部件是共振頻率降低部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，還具有用于驅(qū)動(dòng)所述致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路，在將把所述電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件和所述驅(qū)動(dòng)部件作為質(zhì)量、把所述錘部件作為彈簧的1自由系的共振頻率設(shè)為f0、將所述電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)為f時(shí)，使用成為f≥21/2·f0的驅(qū)動(dòng)頻率f來驅(qū)動(dòng)所述電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)部件，在前端側(cè)和/或基端側(cè)被支撐為能夠在所述電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮方向移動(dòng)的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述致動(dòng)器，從相對(duì)所述電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的伸縮方向的側(cè)方，被支撐在筐體上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，具有驅(qū)動(dòng)單元，其生成用于驅(qū)動(dòng)所述電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的、在伸長(zhǎng)和收縮方向非對(duì)稱的信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述被驅(qū)動(dòng)部件與所述驅(qū)動(dòng)部件形成面接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，具有檢測(cè)所述被驅(qū)動(dòng)部件的移動(dòng)位置的檢測(cè)單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，以超過可聽頻率的驅(qū)動(dòng)頻率來驅(qū)動(dòng)所述電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11中任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述被驅(qū)動(dòng)部件與光學(xué)部件連結(jié)，被使用在攝影光學(xué)系統(tǒng)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～12中任意一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述致動(dòng)器被使用在安裝于移動(dòng)電話機(jī)上的攝影光學(xué)系統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置(100)具有通過輸入電信號(hào)而能夠進(jìn)行伸縮的電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件(12)、被安裝在該電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換元件(12)的伸縮方向的一側(cè)的端部上的驅(qū)動(dòng)部件(14)和與該驅(qū)動(dòng)部件(14)摩擦結(jié)合的被驅(qū)動(dòng)部件(16)，并且采用例如碳石墨等石墨復(fù)合體來形成驅(qū)動(dòng)部件(14)。通過利用石墨復(fù)合體構(gòu)成驅(qū)動(dòng)部件，能夠使驅(qū)動(dòng)部件與被驅(qū)動(dòng)部件的摩擦減輕且穩(wěn)定，從而能夠使被驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行正確且穩(wěn)定的移動(dòng)。
文檔編號(hào)H04N5/225GK1841104SQ200610068090
公開日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者真鍋充雄 申請(qǐng)人:富士能株式會(huì)社