专利名称：驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动装置，尤其涉及一种用于驱动被配置在小型数字式照相机或网络摄像机或带照相机的移动电话机等中的比较小型的透镜等光学部件的驱动装置。
背景技术：
作为数字式照相机等透镜的驱动装置，公知有使用压电元件等电气机器转换电元的致动器。例如专利文献2和专利文献3的实施例所示的那样，致动器由电气机械转换元件和驱动部件构成，并且一般把电气机械转换元件的伸缩一方向的端面固定在筐体(或者支撑部件)上。在电气机械转换元件的伸缩另一方向的端面上固定驱动部件，该驱动部件与被驱动部件摩擦结合。这样的结构，当对电气机械转换元件施加脉冲状电压时，电气机械转换元件的伸长方向和收缩方向的动作被传递到驱动部件上。在电气机械转换元件以慢速度变形的情况下，被驱动部件与驱动部件一同移动，在电气机械转换元件以快速度变形的情况下，被驱动部件基于其质量的惯性而停止在原来位置。从而，通过施加往复不同的脉冲状电压，能够使被驱动部件以细微的间隔断续地移动。
这样结构的致动器，由于电气机械转换元件的伸缩一方向的端面被固定在筐体(或支撑部件)上，所以存在着如下的问题，即，因电气机械转换元件的振动而导致包括驱动部件的致动器产生的振动直接传递到筐体，使得在致动器与筐体之间产生共振。
专利文献1提出了这样一种装置，即，在电气机械转换元件与筐体之间设置台座，并通过把电气机械转换元件的伸缩一方向的端面固定在台座上，并且使上述台座相对筐体形成弹性保持，来减少或切断台座与筐体之间的振动传递，由此来防止受共振的影响。
另外，专利文献2所提出的装置，通过把对电气机械转换元件施加的充电时间设为电气机械转换元件的共振频率的约一个周期，并把放电时间设为1/2周期，即，通过积极地利用共振来增大电气机械转换元件的伸缩量，从而提高致动器的驱动效率。
另外，在专利文献3中提出的方案是，作为考虑到共振的影响的致动器的驱动方法，把驱动部件固定在电气机械转换元件的自由端，把另一端作为固定端，并且在把此时的共振频率设为f1的情况下，使致动器的驱动频率f为f1/3≤f≤2f1/3[专利文献1]特开2002-142470号公报[专利文献2]特许第3171187号公报[专利文献3]特许第3171022号公报但是，专利文献1所述的装置，由于完全是为了防止受共振的影响，所以，是以在该装置中如果不把台座弹性固定在筐体上便会产生共振的影响为前提，来设定致动器的共振频率以及电气机械转换元件的驱动频率的条件，另外，专利文献2所述的装置，由于是积极地利用共振，所以，存在着在任何情况下都会受到致动器内产生的共振的不良影响，从而使驱动部件也向压电元件的伸缩方向以外的方向变位的问题。例如，图17(A)、图17(B)所示那样，产生了驱动部件2受共振的影响，向压电元件的伸缩方向以外的方向变位的问题。因此，基于压电元件1的伸缩的驱动力不能正确地传递到被驱动部件3，难于使被驱动部件3在压电元件1的伸缩方向上正确地移动。
另外，专利文献3所述的装置，由于包括筐体的构成系统的共振频率高于驱动频率，所以为了提高共振频率，必须提高压电元件和驱动部件等构成部件的刚性，或者使各个部件之间的结合更为牢固等，把包括筐体的构成系统构成为高刚性。因此，存在着装置的成本高的问题。另外，根据该文献所示的条件式，作为驱动频率而能够设定的范围比较窄(图6(B)的Q的范围)，因此，存在着如下的问题，即，在出现装置质量上有误差或发生故障时，共振频率下降，使得偏离条件，由此会受到共振的影响。
发明内容
本发明就是鉴于这样的情况而提出的，其目的是通过求出共振频率与驱动频率的更为确切的关系，来抑制共振的影响，从而提供一种可进行正确且稳定的驱动控制的驱动装置。
为了达到上述的目的，本发明之1的驱动装置，其特征在于，其具有致动器，该致动器，由电气机械转换元件、与电气机械转换元件的一端连结并对应电气机械转换元件的伸缩而移动的驱动部件和设置在电气机械转换元件的另一端的锤部件构成，并使与驱动部件摩擦结合的被驱动部件沿着驱动部件移动；还具有用于驱动致动器的驱动电路；驱动电路，在把电气机械转换元件和驱动部件作为质量并把锤部件作为弹簧的1自由系中，在把共振频率设为f0、把电气机械转换元件的驱动频率设为f时，以成为f≥21/2·f0的驱动频率f，驱动电气机械转换元件。
根据本发明之1的驱动装置，由于以如上述那样设定驱动频率f来驱动电气机械转换元件，所以共振的影响非常小，可在电气机械转换元件的伸缩方向上正确地驱动控制被驱动部件。
另外，根据本发明之1的驱动装置，可在宽范围内设定驱动频率。从而，即使在因温度变化等的环境负荷或制品的公差等导致共振频率发生变化的情况下，也不需要变更驱动频率的设定。
本发明之2是在本发明之1的驱动装置中，其特征是，使致动器的共振频率f0为f0≤70kHz。
本发明之3是在本发明之1或2的驱动装置中，其特征是，锤部件的材料的纵弹性模量比电气机械转换元件的材料的纵弹性模量低。
本发明之4是在本发明之1～3中任意一项的驱动装置中，其特征是，锤部件的材料的纵弹性模量为1Gpa以下。
通过如上述那样设定锤部件的纵弹性模量，可降低共振频率，并可防止在驱动频段中产生共振。优选锤部件的纵弹性模量在1GPa以下，更希望在300MPa以下。
本发明之5是在本发明之1～4中任意一项的驱动装置中，其特征是，锤部件由降低致动器的共振频率的共振频率降低部件构成。
本发明之6是在本发明之5的驱动装置中，其特征是，通过设置由共振频率降低部件构成的锤部件，比设置由刚性材料构成的锤部件的情况，可降低致动器的共振频率。
本发明之7是在本发明之1～6中任意一项的驱动装置中，其特征是，驱动部件被支撑为，其前端侧和/或其基端侧能够在电气机械转换元件的伸缩方向上移动。
本发明之8是在本发明之1～7中任意一项的驱动装置中，其特征是，从相对电气机械转换元件的伸缩方向的侧方，把致动器支撑在筐体上。
本发明之9是在本发明之1～8中任意一项的驱动装置中，其特征是，具有驱动单元，其生成用于驱动电气机械转换元件的、在伸长和收缩方向中非对称的信号。
本发明之10是在本发明之1～9中任意一项的驱动装置中，其特征是，被驱动部件与驱动部件形成面接触。
本发明之11是在本发明之1～10中任意一项的驱动装置中，其特征是，具有检测被驱动部件的移动位置的检测单元。
本发明之12是在本发明之1～11中任意一项的驱动装置中，其特征是，以超过可听频率的驱动频率驱动电气机械转换元件。在这种情况下，可降低电气机械转换元件的在可听区域中的动作音。
本发明之13是在本发明之1～12中任意一项的驱动装置中，其特征是，被驱动部件与光学部件连结，被使用在摄影光学系统中。在这种情况下，光学部件不仅限于透镜，被驱动部件也可以使用在光圈、快门或ND滤色镜等中。
本发明之14是在本发明之1～13中任意一项的驱动装置中，其特征是，致动器被使用在移动电话机中所设置的摄影光学系统中。在这种情况下，该致动器不仅限于使用在被设置在移动电话中的摄影光学系统中，也可以使用在网络照相机或小型数字式照相机等比较小型的摄影光学系统中。
(发明效果)根据本发明的驱动装置，由于以成为f≥21/2·f0的驱动频率f来驱动电气机械转换元件，所以受共振的影响非常小，可正确且稳定地在电气机械转换元件的伸缩方向上驱动控制被驱动部件，并且能够在宽范围内设定驱动频率f。
图1是表示本发明第1实施方式的驱动装置的致动器的俯视图。
图2是施加在压电元件上的驱动脉冲的波形图。
图3是表示图1的致动器的支撑位置的模式图。
图4是表示本发明第1实施方式的驱动装置的俯视图。
图5是表示沿着图4的V-V线的剖面图。
图6是说明针对共振频率的驱动频段的图。
图7是表示本发明第2实施方式的驱动装置的立体图。
图8是表示图7的驱动装置的俯视图。
图9是表示本发明第3实施方式的驱动装置的俯视图。
图10是表示本发明第4实施方式的驱动装置的俯视图。
图11是表示本发明第5实施方式的驱动装置的俯视图。
图12是沿着图11的XII-XII线的剖面图。
图13是表示图11的驱动装置的驱动电路的电路图。
图14是输入到图13的驱动电路的输入信号的波形图。
图15是从图13的驱动电路输出的输出信号的波形图。
图16是表示共振频率的计算例的图。
图17是说明以往的致动器的不良现象的说明图。
图中1-压电元件(电气机械转换元件)；2、14-驱动部件；3、16、216、516-被驱动部件；10、210、310、410、510-致动器；18、218、332、418、518-锤部件；20、24、610-主体(筐体)26、215-驱动脉冲供给装置(驱动电路)68、221-透镜框；77-驱动电路100、200、300、400、500-驱动装置；f-驱动频率；f0-共振频率。
具体实施例方式
下面，参照附图，对本发明的驱动装置的优选实施方式进行详细说明。另外，在附图的说明中，对相同的要素标记相同的符号，并省略重复说明。
图1是表示本发明第1实施方式的驱动装置100的致动器10的俯视图。如图1所示，致动器10由压电元件(相当于电气机械转换元件)12、驱动部件14以及锤部件18构成。压电元件12构成为在箭头方向层叠，通过施加电压，向层叠方向变形(伸缩)的结构。从而，使压电元件12的长度方向的端面12A、12B进行变位。
在压电元件12的端面12A、12B中的一侧的端面12A上，固定连接有驱动部件14的基端。驱动部件14例如形成为圆柱状，并且其轴被配置在箭头方向(即，压电元件的伸缩方向)上。驱动部件14的材质，适宜采用轻且高刚性的材质，作为满足此条件的材质，理想的是铍，但由于该材料是稀有金属，所以存在着价格昂贵且加工性差的缺点。因此，在本实施方式中采用了使石墨晶体强力复合的石墨复合体，例如碳石墨。(这里，石墨复合体是指碳的六角板状结晶体的石墨与石墨以外的物质的复合体，碳石墨是指由石墨和无定形碳构成的物质。而且，石墨又称为黑铅。)作为该石墨复合体的碳石墨，由于不仅具有与铍相似的特性(铍的比重约为1.85，碳石墨的比重约为1.8)，而且还具有不同于铍的价格比较低且容易加工的特性，所以可降低致动器10的成本。另外，驱动部件14的形状不限于圆柱状，也可以是棱柱状。
被驱动部件16，以规定的摩擦力与驱动部件14结合，沿着驱动部件14被滑动自如地支撑。被驱动部件16与驱动部件14的摩擦力被设定为在向压电元件12施加了缓慢变化的电压时，使静摩擦力大于其驱动力，并且在对压电元件12施加了急剧变化的电压时，使静摩擦力小于其驱动力。另外，为了使动作稳定，并且提高反复驱动时的耐久性，在驱动部件14与被驱动部件16的滑动接触部分涂抹了润滑剂。该润滑剂优选使用性能不容易受温度变化的影响的润滑剂，以便即使在低温下也不增加驱动部件14与被驱动部件16的滑动驱动阻抗。另外，优选采用不产生灰尘的结构，以免对光学部件和机构部件造成不良影响。
锤部件18被固定在压电元件12的端面12B上。该锤部件18，通过对压电元件12的端面12B施加负荷，来防止端面12B的变位大于端面12A的变位，优选其比驱动部件14的重量重。而且，通过设置比驱动部件14的质量大的锤部件18，可把压电元件12的伸缩高效率地传递到驱动部件14侧。例如，在驱动部件14为8mg、压电元件12为30mg的情况下，使用20mg的锤部件18。
另外，锤部件18由软性材料形成。作为锤部件18的材质，使用其纵弹性模量比压电元件12以及驱动部件14小的材料。作为锤部件18的纵弹性模量，优选1GPa以下，最好小于等于300MPa。这样的锤部件18，是通过在橡胶等弹性体中混合比重大的金属粉而形成，例如，通过在聚氨酯橡胶或聚氨酯树脂中混合钨的粉末进行制造。关于锤部件18的比重，为了实现装置的小型化，应设置得尽量高，例如设定为8～12的程度。另外，通过在聚氨酯橡胶或聚氨酯树脂中混合了钨的粉末而制造的锤部件18的纵弹性模量为60Mpa左右、比重为11.7左右。因此，在以尽可能小的体积来设计锤部件18的情况下，虽然最理想的是尽可能大的比重和尽可能小的纵弹性模量的组合，但锤部件18只要比驱动部件14的比重大(即，比重大于等于1.8)并且纵弹性模量小于等于1GPa，即可以使用。即，只要比重除以纵弹性模量的数值(比重/纵弹性模量)大于等于1.8×10-9，即适合作为锤部件18。
压电元件12与驱动脉冲供给装置(驱动电路)26(参照图4)电连接，由该驱动脉冲供给装置26施加图2(A)、图2(B)所示的波形的电压。对于该图2(A)、图2(B)的输出信号，即，使压电元件12动作的电信号，使用超可听频率的信号。通过使用这种频率的信号，可降低压电元件12在可听区域中的动作音。另外，在后述的实施方式中也同样使用这种超可听频率的信号。
图2(A)、图2(B)是示出了向压电元件12施加的脉冲波形的一例的图。图2(A)是使图1的被驱动部件16向箭头的左方向移动时的脉冲波形，图2(B)是使图1的被驱动部件16向箭头的右方向移动时的脉冲波形。
在图2(A)的情况下，对压电元件12施加从时刻α1到时刻α2缓慢上升，在时刻α3急剧下降的大致锯齿状的驱动脉冲。因此，从时刻α1到时刻α2，压电元件12缓慢伸长。此时，由于驱动部件14以缓慢的速度移动，所以被驱动部件16与驱动部件14一同移动。这样，能够使被驱动部件16向图1中的左方向移动。在时刻α3，由于驱动部件12急剧收缩，所以驱动部件14向图1中的右方向移动。此时，由于驱动部件14急剧移动，所以被驱动部件16基于惯性作用而停止在原位置不动，而只有驱动部件14移动。因此，通过反复施加图2(A)所示的锯齿状的驱动脉冲，使图1的被驱动部件16反复进行向左方向的移动和停止的动作，所以能够使其向左方向移动。
在图2(B)的情况下，对压电元件12施加在时刻β1急剧上升，在从时刻β2到时刻β3缓慢下降的大致锯齿状的驱动脉冲。因此，在时刻β1压电元件12急剧伸长，驱动部件14向图中的左方向移动。此时，由于驱动部件14急剧移动，所以被驱动部件16在惯性作用下停止在原位置不动，而只有驱动部件14移动。在从时刻β2到时刻β3，压电元件12缓慢收缩。此时，由于驱动部件14缓慢变位，所以被驱动部件16与驱动部件14一同移动。这样，能够使被驱动部件16向图1中的右方向移动。因此，通过反复施加图2(B)所示的锯齿状驱动脉冲，使图1的被驱动部件16反复进行向右方向的移动和停止动作，所以能够使其向右方向移动。另外，锯齿状驱动脉冲是为了进行说明而示意性地使用的信号，在实际中，是通过图13那样的电路输入输出图14、图15所示的信号。该输出信号与锯齿状驱动脉冲等效。另外，作为所使用的驱动频率，如果考虑到使驱动频率避开被作为一种异常声音而能被听到的可听频率段，且减少耗电量的方面，最好选择使用20kHz～200kHz，更理想的是使用50kHz～100kHz。
这里，为了不使振动从振动的机械或构造物传递到支撑它们的基础或基座上，一般是希望振动传导率λ(Vibration Transmissibility)越小越好。在等效1自由系中，振动传导率率λ由下面的式1表示。
λ=1+(2ζff0)2(1+(ff0)2)2+(2ζff0)2]]>其中，λ等效1自由系的振动传导率，f所使用的驱动频率，f0；等效1自由系的共振频率，ξ等效1自由系的衰减比。
而且，在等效1自由系中，在该振动传导率λ小于等于1的情况下，与ξ值无关，机械的振动不容易传递到基础或基座上。因此，如以下的式2以及将式2变形后的式3所示，振动传导率λ小于等于1的范围，即，满足f≥21/2·f0的范围(图6(A)的范围P)，是压电元件12的振动不容易传递到致动器10的支撑部件(例如图4的主体20)的、受共振的影响非常小的防振区域。另外，关于防振区域，例如被记载在[模式解析入门，长松昭男著，コロナ出版社]中。另外，f≥21/2·f0的关系，对于其它实施方式，当然也适用。
1≥λ=1+(2ζff0)2(1+(ff0)2)2+(2ζff0)2]]>[式3]f≥21/2·f0因此，驱动脉冲供给装置26，以特定的驱动频率f向压电元件12施加上述的脉冲状电压。即，在把压电元件12和驱动部件14作为质量、将把锤部件18作为弹簧的等效1自由系的共振频率设为f0、把压电元件12的驱动频率设为f时，以满足f≥21/2·f0的驱动频率f驱动压电元件12。另外，可通过下式求出共振频率f0。在该式中，E表示锤部件18的纵弹性模量，A表示锤部件18在压电元件12侧的面积，h表示锤部件18的厚度，Ma表示压电元件12的质量，Mb表示驱动部件14的质量，Mc表示锤部件18的质量。
f0=12πEA(Ma+Mb+13Mc)h]]>下面，对上述构成的致动器10的作用进行说明。
在本实施方式中，以相对于共振频率f0而满足防振区域的f≥21/2·f0的驱动频率f，对压电元件12进行驱动控制。因此，根据本实施方式，可防止驱动部件14基于共振而向压电元件12的伸缩方向以外的方向振动。由此，由于驱动部件14在压电元件12的伸缩方向上变位，所以可正确地把基于压电元件12的伸缩的驱动力传递至被驱动部件16，从而能够在压电元件12的伸缩方向上正确地驱动控制被驱动部件16。
另外，根据本实施方式，可在成为f≥21/2·f0的宽范围内设定致动器10的驱动频率f。由此，即使在因温度变化等的环境负荷或制品的公差等使上述共振频率f0发生了变化的情况下，也不需要改变驱动频率f的设定，从而不需要对每个致动器10进行设定的变更。
另外，在本实施方式中，固定在压电元件12的端面12B上的锤部件18由纵弹性模量小的软性材料形成。通过使用这样的锤部件18，可大幅降低把压电元件12和驱动部件14作为质量，把锤部件18作为弹性体的等效自由系的共振频率f0，换言之，锤部件18可起到作为降低共振频率的共振频率降低部件的作用。另外，通过使用纵弹性模量小的软性材料形成的锤部件18，与设置由刚性材料构成的锤部件的情况相比，可降低致动器10的共振频率。这一点可从上述的式1中明确地得出。即，在式1中，如果减小锤部件18的纵弹性模量，则共振频率f0变低。在本实施方式中，通过使锤部件18的纵弹性模量小于等于1GPa，可把共振频率f0降低到小于等于70kHz。另外，在本实施方式中，如果使锤部件18的纵弹性模量小于等于300MPa，则能够把共振频率f0降低到小于等于35kHz。并且，在本实施方式中，在使用了在纵弹性模量为60Mpa左右的聚氨酯橡胶中混合了钨粉末的锤部件18的情况下，共振频率f0为15kHz左右(参照图16中符号1。其中，E+07表示×107)。
而如果采用纵弹性模量大的硬质材料形成相当于锤的部件，则共振频率f0增加。例如，在本实施方式中，在采用纵弹性模量为200～400GPa的不锈钢作为锤部件18的材质的情况下，共振频率f0将达到大于等于1GPa。而且，即使采用了金属中的纵弹性模量相对较小的铝(纵弹性模量为120GPa左右)的情况下，上述共振频率f0也约为700kHz(参照图16中的符号5)。
如上所述，本实施方式的致动器10，由于采用共振频率降低部件形成锤部件18，所以可把等效1自由系的共振频率f0降低到小于等于70kHz。因此，通常使用的50kHz～100kHz的驱动频率f可满足f≥21/2·f0。不需要设定高的驱动频率f便可满足f≥21/2·f0，从而可降低电力消耗。另外，即使在采用弹性体或粘弹性材料构成锤部件18的情况下，也可以达到同样的作用。
而且，根据本实施方式，由于通过降低由压电元件12、驱动部件14和锤部件18构成的致动器10本身的共振频率f0，可消除因共振所造成的不良影响，所以，除了可减小因致动器的作为构成部件的公差的影响以外，还由于无论把致动器以何种方式安装在筐体上，都不容易受到共振的影响，所以可增加安装致动器时的设计以及制造的自由度。即，也可以如图3(A)所示那样，利用支撑部件23支撑压电元件12的端面12A，也可以如图3(B)所示那样，利用支撑部件23支撑压电元件12的侧面。并且，也可以支撑驱动部件14的前端面或侧面、前端侧和/或基端侧、或锤部件18的侧面或后端面。
图4是表示本发明第1实施方式的驱动装置100的俯视图。该驱动装置100是把致动器10配置在带照相机的移动电话机等上的装置，致动器10用于使变焦透镜等可动透镜(未图示)移动。
图4所示的致动器10与图3(A)所示的情况相同，通过压电元件12的端面12A被支撑。即，压电元件12的端面12A被粘接固定在形成于主体(筐体)20上的支撑部20A上。
在主体20上形成有孔20B。孔20B形成为具有比驱动部件14的外径稍大的直径，通过把驱动部件14的前端插入该孔20B内而构成支撑状态。
如图5所示，被驱动部件16具有V字形的槽16A，把驱动部件14卡合在该槽16A内。另外，被驱动部件16具有板簧22，利用该板簧22把驱动部件14压在被驱动部件16侧。这样，被驱动部件16在3个部位与驱动部件14构成线接触，成为实质上的面接触。这样，构成为被驱动部件16与驱动部件14的摩擦结合的结构。在被驱动部件16的下方，连接有保持可动透镜的保持框(未图示)。
在如上述构成的情况下，通过以满足f≥21/2·f0的驱动频率f来驱动压电元件12，可以把压电元件12的驱动力在其伸缩方向上正确地传递到被驱动部件16上。
下面，结合图7和图8，对本发明的第2实施方式的驱动装置200进行说明。这里，省略与第1实施方式相同的说明，仅对不同点进行说明。
如图7和图8所示，在该驱动装置200上配置有致动器210。被驱动部件216与可动透镜211的透镜框221形成为一体。透镜框221由与驱动部件14平行配置的导向杆(未图示)所引导，以防止其沿驱动部件14的圆周旋转。另外，在被驱动部件216上，形成有U字形的槽216B，驱动部件14卡合在该槽216B内。在被驱动部件216的四个角部的各个部位上设有向上方突出的突出部224、224、…，在由这些突出部224、224、…所包围的区域内设有摩擦板226。摩擦板226通过弯曲，形成为与驱动部件14的侧面形状相配合的圆弧状。从而形成被驱动部件216与驱动部件14的面接触的状态。另外，对摩擦板226的各个角部，以配合被驱动部件216的突出部224、224、…的形状进行了局部切除。因此，在把摩擦板226配置在由突出部224、224、…所包围的区域内时，可防止摩擦板226的脱落。
在被驱动部件216上安装有按压弹簧228。按压弹簧228构成为把摩擦板226按压在被驱动部件216侧。从而，在把驱动部件14配置在被驱动部件216的U字形槽216B内并且在其上面配置摩擦板226后，摩擦板226被按压弹簧228压在驱动部件14上，利用摩擦板226和被驱动部件216夹持驱动部件14，从而可将被驱动部件216与驱动部件14摩擦结合。
在压电元件12后端的端面12B上，粘接固定有软性的锤部件218。为了实现小型化，希望锤部件218的比重尽量高，例如，设定为与不锈钢相同的程度(7.7～8.0)。锤部件218在安装了压电元件12的面的相反侧上，粘接有安装部件230，通过该安装部件230把锤部件218支撑在主体20上。安装部件230通过弯曲金属板而被形成为コ形，其两端的弯曲部分被嵌合固定在主体20上。压电元件12与驱动脉冲供给装置215(参照图8)电连接，由该驱动脉冲供给装置215向压电元件12施加电压。另外，在本实施方式中，锤部件218虽然是利用安装部件230被固定在主体20上，但把锤部件218直接安装在主体20上也可以达到同样的效果。
这样，在本实施方式中，通过由软性弹性体构成的锤部件218，把压电元件12的后端端面12B支撑为接近自由端的状态，由此可把装置构成系统的共振频率f0降低到20kHz～30kHz。而且，驱动脉冲供给装置215，以相对该共振频率f0而满足f≥21/2·f0的驱动频率f驱动压电元件12。满足f≥21/2·f0的范围，是力的传导率成为小于等于1的防振区域，不产生共振。因此，根据本实施方式，可防止装置构成系统的共振，可始终确保稳定的驱动量。
下面，参照图9，对本发明第3实施方式的驱动装置300进行说明。
如图9所示，该驱动装置300与驱动装置200的不同点，是在压电元件12的后端侧的端面12B上粘接固定有由橡胶等弹性体构成的锤部件332，该锤部件332的相对压电元件12的相反侧的面被粘接固定在主体20上。这样，也可以达到与上述实施方式同样的、始终确保稳定的驱动量的作用效果。
下面，参照图10，对本发明第4实施方式的驱动装置400进行说明。
如图10所示，该驱动装置400与驱动装置200的不同点，是将由软性材料构成的锤部件418形成为具有比压电元件12的端面12B大的面的薄板状，在该锤部件418的中央位置粘接固定压电元件12，锤部件418的两端部被粘接固定在主体20上。由于这样地把压电元件12的后端的端面12B利用薄板状锤部件418支撑在主体20上，所以通过锤部件418的翘曲变形，使压电元件12的后端的端面12B变位。并且由于锤部件418的纵弹性模量小，所以压电元件12的后端的端面12B通过锤部件418被支撑为接近自由端的状态。从而可降低共振频率f0，可在成为防振区域的f≥21/2·f0的宽范围内使用驱动频率f。因此，可防止装置构成系统的共振，始终确保稳定的驱动量。
另外，也可以通过粘弹性体来支撑压电元件12的后端的端面12B，这样可提高共振的抑制效果。即，树脂、橡胶等弹性体大多具有粘性，该粘性具有吸收振动能量、将该能量转换成热并进行散热的性质。因此，可防止装置构成系统的共振以及向目的方向以外的方向的振动所造成的不良影响。
下面，说明本发明第5实施方式的驱动装置500。
图11是本发明第5实施方式的驱动装置500的剖面图。如图11所示，本实施方式的驱动装置500，把可动透镜70作为移动对象物进行可动透镜70的驱动，其包括具有压电元件12和驱动部件14的致动器510、支撑该致动器510的支撑部件60和被驱动部件516。压电元件12是通过输入电信号而能够伸缩的电气机械转换元件，其能够在规定的方向上伸长和收缩。该压电元件12与控制部71连接，通过从该控制部71输入电信号而进行伸缩。例如，在压电元件12上设有2个输入端子72A、72B。通过反复增减施加在该输入端子72A、72B上的电压，使压电元件12反复进行伸长和收缩。
驱动部件14在压电元件12的伸缩方向上，朝向长度方向被安装在压电元件12上。例如，把驱动部件14的一端与压电元件12抵接，使用粘接剂27进行粘接。该驱动部件14是细长状的部件，例如，使用圆柱状的部件。关于驱动部件14的材质，使用把石墨结晶强力复合的石墨结晶复合体，例如使用碳石墨。驱动部件14由从主体24向内侧延伸的分隔部24B、分隔部24C支撑为能够沿着长度方向移动状态。分隔部24B、分隔部24C是用于分隔被驱动部件516的移动区域的部件，并具有作为驱动部件14的支撑部件的功能。
在分隔部24B、分隔部24C上，分别形成有使驱动部件14插通的贯通孔24A。分隔部24B支撑驱动部件14的压电元件12的安装部分的附近部位，即，驱动部件14的基端部位。分隔部24C支撑驱动部件14的前端部位。主体24作为用于组装致动器510的框体或框架部件而发挥功能。通过把驱动部件14安装在压电元件12上，来使其对应压电元件12的伸长和收缩的反复动作而沿着其长度方向进行往复移动。
另外，在图11中，表示了由分隔部24B、24C在驱动部件14的前端侧和基端侧的两个部位来支撑驱动部件14的情况，但也有在其前端侧或基端侧的一方来支撑驱动部件14的情况。例如，通过把分隔部24B的贯通孔24A形成为大于驱动部件14的外径，而成为由分隔部24C仅在前端部位支撑驱动部件14的结构。另外，通过把分隔部24C的贯通孔24A形成为大于驱动部件14的外径，而成为由分隔部24B仅在基端部位支撑驱动部件14的结构。另外，在图11中，表示了支撑驱动部件14的分隔部24B、24C与主体24形成为一体的情况，但也可以设计成把与主体24分体的分隔部24B、24C安装在主体24上的结构。即使在分体的情况下，也能够达到与一体的情况相同的效果。
被驱动部件516被可移动地安装在驱动部件14上。该被驱动部件516被安装成与驱动部件14摩擦结合并能够沿着其长度方向移动。例如，被驱动部件516被安装成以规定的摩擦系数与驱动部件14结合，通过以一定的按压力按压驱动部件14，在其移动时产生一定的摩擦力的结构。通过对被驱动部件516施加超过摩擦力的移动力，使被驱动部件516抵抗摩擦力而沿着驱动部件14移动。
致动器510由支撑部件60支撑在主体24上。支撑部件60从与压电元件12的伸缩方向正交的方向支撑致动器510，该支撑部件60被配置在收纳致动器510的主体24与压电元件12之间。
支撑部件60由具有规定以上的弹性特性的弹性体形成，例如，由硅酮树脂形成。支撑部件60被构成为形成有插通压电元件12的插通孔60A，并且在把压电元件12插通在该插通孔60A内的状态下，被组装在主体24上。另外，通过使用粘接剂61的粘接，把支撑部件60粘接固定在主体24上。另外，支撑部件60与压电元件12之间，也使用粘接剂进行粘接固定。通过由弹性体构成该支撑部件60，可把致动器510支撑为能够在压电元件12的伸缩方向上移动的结构。在图11中，支撑部件60被表示成位于压电元件12两侧的2个，但实际上是一个连续的支撑部件60，该支撑部件60、60是在用剖面图来表示支撑部件60时被图示成2个的结果。
另外，也可以通过在主体24与压电元件12之间压入支撑部件60，并按压支撑部件60，来进行支撑部件60与主体24固定安装和压电元件12的固定安装。例如，利用弹性体构成支撑部件60，并形成比主体24与压电元件12之间的间隔大的形状，把其压入设置在其间。从而，把支撑部件60配置成与主体24和压电元件12紧密结合的状态。在这种情况下，压电元件12由支撑部件60从与伸缩方向正交的方向的两侧按压。由此来支撑致动器510。
另外，这里说明了使用硅酮树脂形成支撑部件60的情况，但也可以利用弹簧部件构成支撑部件60。例如，也可以在主体24与压电元件12之间配置弹簧部件，由该弹簧部件把致动器510支撑在主体24上。
在被驱动部件516上，通过透镜框68安装有可动透镜70。可动透镜70用于构成照相机的摄影光学系统，是驱动装置的移动对象物。该可动透镜70被设置成与被驱动部件516结合成一体，并与被驱动部件516一同移动的结构。在可动透镜70的光轴O上，配置有未图示的固定透镜等，并构成了照相机的摄影光学系统。另外，在光轴O上，配置有摄像元件65。摄像元件65，是将通过摄影光学系统成像的图像转换成电信号的摄像元件，例如由CCD构成。摄像元件65与控制部71连接，把图像信号输出到控制部71。
在压电元件12的端部安装有锤部件518。锤部件518是用于把压电元件12的伸缩力传递到驱动部件14侧的部件，其被安装在压电元件12的与安装有驱动部件14的端部的相反侧的端部上。作为锤部件518，使用比驱动部件14重的部件。另外，作为锤部件518，优选使用在可弹性变形的部件中混入了金属粉末的部件。通过混入金属粉末可增加重量，通过使用可弹性变形的部件，可衰减压电元件12在动作时的不需要的共振。另外，通过采用软性部件构成锤部件518，相对压电元件12的驱动频率，可充分降低致动器510的共振频率，从而可减小共振的影响。
另外，锤部件518被设置成未被支撑固定在主体24上的状态。即，锤部件518被设置成未被直接支撑或固定在主体24上而且也未通过粘接剂或树脂材料被支撑或固定成在主体24上限制了其移动的状态。
驱动装置500中设有用于检测被驱动部件516的移动位置的检测器75。作为检测器75，例如，可使用光学式检测器，可使用光反射器、光遮断器等。具体是，作为检测器75，在使用具有反射器75A和检测部75B的情况下，在与被驱动部件516一体形成的透镜框68上安装反射器75A，从检测部75B向反射器75A侧射出检测光，在反射器75A侧，通过由检测部75B检测出所反射的反射光，来检测出被驱动部件516和可动透镜70的移动位置。
检测器75与控制部71连接。检测器75的输出信号输入到控制部71。控制部71控制驱动装置的整体，例如由CPU、ROM、RAM、输入信号电路、输出信号电路等构成。另外，控制部71具有用于使压电元件12动作的驱动电路，其向压电元件12输出用于驱动的电信号。
图12是图11的XII-XII线的被驱动部件516的剖面图。如图12所示，被驱动部件516，例如包括主体部516A、按压部516B以及滑动部516C。利用按压部516B，将驱动部件14以一定的力按压在主体部516A上。在主体部516A上形成有V字形的槽516D。在该槽516D内，收纳有呈被2个滑动部516C、516C夹持的状态的驱动部件14。滑动部516C、516C是剖面为V字形的板体，并被配置成使凹部侧相互对置，且把驱动部件14夹在中间的状态。通过这样地把驱动部件14收纳在V字形的槽516D内，可把被驱动部件516稳定地安装在驱动部件14上。
作为按压部516B，例如，使用剖面为L字形的板簧部件。通过把按压部516B的一边钩在主体部516A上，把另一边配置在槽516D的对置位置上，可以由另一边把收纳在槽516D中的驱动部件14与主体部516A以及滑动部516C一同夹持。这样，可把主体部516A压向驱动部件14侧。
这样，通过由按压部516B把主体部516A以一定的力按压向驱动部件14侧来安装被驱动部件516，可使其与驱动部件14构成摩擦结合。即，被驱动部件516被安装成使主体部516A和按压部516B以一定的按压力按压驱动部件14，并且在其移动时产生一定的摩擦力的状态。
另外，通过由剖面为V字形的滑动部516C、516C夹持驱动部件14，使被驱动部件516在4个部位与驱动部件14线接触，即，成为实质上的面接触，由此可形成与驱动部件14的稳定的摩擦结合。
图13是使压电元件12动作的驱动电路的电路图。如图13所示，驱动电路77被配置在控制部71内。该驱动电路77具有作为压电元件12的驱动电路的功能，其向压电元件12输出驱动用电信号。驱动电路77从控制部71的控制信号生成部(未图示)输入控制信号，对该控制信号进行电压放大或电流放大，然后输出压电元件12的驱动用电信号。驱动电路77，使用例如由逻辑电路U1～U3构成输入级，在输出级具有场效应晶体管(FET)Q1、Q2的电路。晶体管Q1、Q2构成为可输出作为输出信号的H输出(高电位输出)、L输出(低电位输出)以及OFF输出(空输出)。
图14表示被输入到驱动电路77的输入信号，图15表示从驱动电路77输出的输出信号。图14(A)是使被驱动部件516向接近压电元件12的方向(图11中的右方向)移动时输入的输入信号，图14(B)是使被驱动部件516向远离压电元件12的方向(在图11中为左方向)移动时输入的输入信号。另外，图15(A)是使被驱动部件516向接近压电元件12的方向(图11中的右方向)移动时输出的输出信号，图15(B)是使被驱动部件516向远离压电元件12的方向(在图11中为左方向)移动时输出的输出信号。
图15(A)、(B)的输出信号是与图14(A)、(B)的输入信号在同一时刻进行高低电平转换的脉冲信号。图15(A)、(B)中的2个信号被输入到压电元件12的输入端子72A、72B。虽然也可以向该输入端子72A、72B输入由图2所示的台形波形构成的信号，但是通过输入如图15所示的矩形形状脉冲信号，能够使压电元件12动作。这种情况下，由于压电元件12的驱动信号为矩形形状脉冲信号即可，所以容易生成信号。
图15(A)、(B)的输出信号，由成为同一频率的2个矩形形状的脉冲信号构成。该2个脉冲信号，通过使相互的相位不同，而成为相互的信号的电位差阶段性地增大并急剧减小的信号，或电位差急剧地增大并阶段性地减小的信号。通过输入这样的2个信号，可使压电元件12的伸长速度和收缩速度不同，从而能够使被驱动部件516移动。
例如，在图15(A)、(B)中，设定为在一方的信号成为H(高电平)然后下降到L(低电平)后，使另一方的信号成为H。在这些信号中，在一方的信号成为L时，在经过一定的时间延迟tOFF后使另一方的信号成为H。另外，在2个信号都为L的情况下，作为输出则成为OFF状态(空状态)。
对于该图15(A)、(B)的输出信号，即，使压电元件12动作的电信号，使用超可听频率的频率信号。在图15(A)、(B)中，2个信号的频率使用超可听频率的频率信号。例如使用频率为30kHz～80kHz的信号，更理想的是使用频率为40kHz～60kHz的信号。通过使用这样的频率的信号，可降低压电元件12在可听区域的动作音。
下面，说明本实施方式的驱动装置的动作。
在图11中，电信号被输入到压电元件12，通过该电信号的输入，使压电元件12反复进行伸长和收缩。对应该伸长和收缩，驱动部件14进行往复运动。此时，通过使压电元件12的伸长速度与收缩速度不同，可使驱动部件14向一定方向的移动速度与向其反方向的移动速度不同。由此，能够使被驱动部件516以及可动透镜70向所希望的方向移动。
在压电元件12进行伸缩时，产生基于该伸缩的振动，但是由于包含压电元件12的致动器510由支撑部件60从与其伸缩方向正交的方向支撑，所以压电元件12的伸缩所产生的振动不容易被传递到致动器510的外部。因此，可抑制致动器510与主体24等外部部件形成共振，并可降低该共振的影响。从而，能够使被驱动部件516和可动透镜70正确地移动。
如上所述，在本实施方式的驱动装置500中，通过使控制部71以满足f≥21/2·f0的驱动频率f驱动压电元件12，能够达到与上述实施方式相同的效果。即，可达到防止压电元件12的共振，始终确保稳定的驱动量的作用效果。
另外，通过从与压电元件12的伸缩方向正交的方向支撑致动器510，使得在致动器510与外部部件之间不容易传递振动，由此可降低共振的影响。从而能够使被驱动部件516和可动透镜70正确地移动。另外，检测被驱动部件的移动位置的检测器75当然也可应用于其它实施方式中。
另外，上述的各个实施方式仅说明了本发明的驱动装置的一例。本发明的驱动装置不限于这些实施方式所涉及的驱动装置，在不改变本发明的主导技术思想的范围内，也可以对实施方式的驱动装置进行变更，或在其他用途上的实施。
另外，在本发明中，虽然如上述那样，优选使用软性的锤部件，但即使在使用了硬性的锤部件的情况下，通过在上述的范围内使用驱动频率f，也可以达到抑制因共振所造成的影响，从而可使被驱动部件稳定正确地移动。
另外，作为本发明的致动器的用途，例如，可应用于数字式照相机和移动电话机等小型精密机器中。特别是移动电话机，通过使用本发明的致动器，能够使被驱动部件以大于等于2mm/s的高速度移动。由此，即使是需要10mm左右的移动的变焦透镜，也可以迅速地移动。另外，作为本发明的致动器的用途，不限于移动聚焦透镜和变焦透镜等可动透镜的用途，也可以用于移动CCD的用途等。
另外，例如在第5实施方式中，对把本发明的驱动装置作为驱动可动透镜70的驱动装置的情况进行了说明，但也可以用作驱动可动透镜70以外的物体的驱动装置。
权利要求
1.一种驱动装置，其特征在于，其具有致动器，该致动器，由电气机械转换元件、与所述电气机械转换元件的一端连结并对应所述电气机械转换元件的伸缩而移动的驱动部件和设置在所述电气机械转换元件的另一端的锤部件构成，并使与所述驱动部件摩擦结合的被驱动部件沿着所述驱动部件移动；还具有用于驱动所述致动器的驱动电路；所述驱动电路，在把所述电气机械转换元件和所述驱动部件作为质量并把所述锤部件作为弹簧的1自由系中，在把共振频率设为f0、把所述电气机械转换元件的驱动频率设为f时，以成为f≥21/2·f0的驱动频率f，驱动所述电气机械转换元件。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述共振频率f0为f0≤70kHz。
3.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，所述锤部件的材料的纵弹性模量，比所述电气机械转换元件的材料的纵弹性模量低。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，所述锤部件的材料的纵弹性模量在1Gpa以下。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，所述锤部件，由降低所述致动器的共振频率的共振频率降低部件构成。
6.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，通过设置由所述共振频率降低部件构成的锤部件，比设置由刚性材料构成的锤部件的情况，可降低所述致动器的共振频率。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动部件被支撑为，其前端侧和/或其基端侧能够在所述电气机械转换元件的伸缩方向上移动。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，从相对所述电气机械转换元件的伸缩方向的侧方，把所述致动器支撑在筐体上。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，还具有驱动单元，其生成用于驱动所述电气机械转换元件的、在伸长和收缩方向中非对称的信号。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，所述被驱动部件与所述驱动部件形成面接触。
11.根据权利要求1～10中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，具有检测所述被驱动部件的移动位置的检测单元。
12.根据权利要求1～11中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，以超过可听频率的驱动频率，驱动所述电气机械转换元件。
13.根据权利要求1～12中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，所述被驱动部件与光学部件连结，并被使用在摄影光学系统中。
14.根据权利要求1～13中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，所述致动器，被使用在移动电话机中所设置的摄影光学系统中。
全文摘要
一种可抑制共振的影响、进行正确且稳定的驱动控制的驱动装置。驱动装置(100)具有致动器(10)、与驱动部件(14)摩擦结合的被驱动部件(16)和对电气机械转换元件(12)施加电信号的驱动电路(26)；所述致动器(10)由通过输入电信号而能够伸缩的转换元件(12)、安装在该转换元件的伸缩方向的一侧的端部的驱动部件(14)和安装在转换元件(12)的另一侧的端部的锤部件(18)构成；驱动电路(26)，在把转换元件(12)和驱动部件(14)作为质量，把锤部件(18)作为弹簧的1自由系中，在把共振频率设为f
文档编号H04N5/225GK1841105SQ200610071749
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月24日 优先权日2005年3月31日
发明者真锅充雄, 一宫武史 申请人:富士能株式会社