壓電促動器、透鏡鏡筒及照相機的製作方法
2023-05-23 06:31:06 2
專利名稱:壓電促動器、透鏡鏡筒及照相機的製作方法
技術領域:
本發明涉及壓電促動器、透鏡鏡筒及照相機。
背景技術:
以往,公知有使驅動方向和加壓方向的振動分離的不同振動模式型超聲波促動器 (參照專利文獻1)。該不同振動模式型超聲波促動器是組合與移動件的驅動方向平行的方向的振動(扭轉振動)和與加壓方向平行的方向的振動(縱向振動)的驅動原理的超聲波促動器。該不同振動模式型超聲波促動器利用由於在振子產生的縱向振動引起的位移而上推移動件,此時由於與移動件的驅動方向同方向的振子的扭轉振動而產生位移,由此驅動移動件。此外,由於在與上推移動件的方向相反的方向上也產生縱向振動,因此振子與移動件在產生該相反方向的振動時相分離。在該瞬間由於扭轉振動,使振子向與移動件的驅動方向相反的方向位移。通過如此組合縱向振動和扭轉振動,由此向所希望的一個方向驅動移動件。另一方面,還公開有組合2種壓電元件來驅動移動件的壓電促動器(參照專利文獻2)。專利文獻2是組合了壓電滑動效應元件和橫向壓電效應元件的壓電促動器,使壓電滑動效應元件向移動件的驅動方向位移,使橫向壓電效應元件向加壓方向位移,通過該組合來驅動移動件。專利文獻1 日本特開平9-84367號公報專利文獻2 日本特開昭62-71480號公報
發明內容
但是,專利文獻1公開的不同振動模式型超聲波促動器在驅動原理上會產生移動件與振子相分離的瞬間。因此,在時間序列上對移動件的驅動力傳遞變得零碎,這會妨礙驅動力、驅動效率的提高。此外,專利文獻2公開的尺蠖型壓電促動器也會產生移動件與振子相分離的瞬間。因此,在時間序列上對移動件的驅動力傳遞變得零碎,這會妨礙驅動力、驅動效率的提
尚ο本發明的課題在於提供一種可提高驅動力、驅動效率的壓電促動器、透鏡鏡筒及照相機。本發明通過以下的解決方案來解決上述課題。為了容易理解,標註與本發明的實施方式對應的標記進行說明,但不限於此。技術方案1的發明是壓電促動器,包括多個壓電構件,其具有能夠向第一方向位移的第一壓電元件及能夠向與上述第一方向交叉的第二方向位移的第二壓電元件,該多個壓電構件被分成多個組;相對移動構件,其具有與上述壓電構件接觸的接觸面,相對於上述壓電構件向上述第一方向相對移動;驅動部,其在上述多個組中的1組的上述壓電構件成為與上述接觸面接觸的狀態時,驅動上述1組的上述壓電構件的上述第一壓電元件,從而使上述相對移動構件向上述第一方向相對移動,在驅動上述1組的上述壓電構件的上述第一壓電元件時,通過驅動上述多個組中的其他組的上述壓電構件的上述第二壓電元件,而使上述其他組的上述壓電構件成為與上述接觸面分離開的狀態。技術方案2的發明是壓電促動器,包括基座構件,其具有圓環狀部分;多個壓電構件,其具有能夠向第一方向位移的第一壓電元件及能夠向與上述第一方向交叉的第二方向位移的第二壓電元件,在上述基座構件的上述圓環狀部分沿該圓環狀部分的周向,該多個壓電構件以上述第一方向成為上述周向的切線方向的方式配置,該多個壓電構件被分成多個組;相對移動構件,其具有與上述壓電構件接觸的接觸面,相對於上述壓電構件向上述第一方向相對移動;驅動部,其在上述多組中的預定組的上述壓電構件成為與上述接觸面接觸的狀態時,驅動上述預定組的上述壓電構件的上述第一壓電元件,從而使上述相對移動構件向上述第一方向相對移動,在驅動上述預定組的上述壓電構件的上述第一壓電元件時,通過驅動除上述預定組以外的組的上述壓電構件的上述第二壓電元件,而使除上述預定組以外的組的上述壓電構件成為與上述接觸面分離開的狀態。技術方案3的發明是在技術方案1或2所述的壓電促動器中,上述驅動部發出控制上述第一壓電元件向上述第一方向的位移的第一驅動信號和控制上述第二壓電元件向上述第二方向的位移並具有與該第一驅動信號不同波形的第二驅動信號。技術方案4的發明是在技術方案3所述的壓電促動器中,上述第一驅動信號是三角波信號,上述第二驅動信號是矩形波信號。技術方案5的發明是在技術方案1 4中的任一項所述的壓電促動器中,上述多個組是3個以上組。技術方案6的發明是在技術方案1 5中的任一項所述的壓電促動器中,包括保持上述壓電構件的基座構件,在該基座構件與上述壓電構件之間還包括能夠向上述第二方向位移、且具有沿上述第一方向配置的第一部分和第二部分的第三壓電元件。技術方案7的發明是在技術方案6所述的壓電促動器中,上述驅動部在通過使上述第一壓電元件向上述第一方向位移從而使上述相對移動構件向上述第一方向移動後、通過使上述第二壓電元件向上述第二方向位移從而使上述相對移動構件與上述壓電構件相分離時,為了抵消因施加於上述壓電構件的衝擊而產生的上述壓電構件的振動,對上述第三壓電元件的上述第一部分和上述第二部分施加波形不同的電壓信號。技術方案8的發明是在技術方案6所述的壓電促動器中,在上述基座構件與上述第三壓電元件之間具有檢測在上述第一部分與上述第二部分產生的電壓的檢測部,上述驅動部在通過使上述第一壓電元件向上述第一方向位移從而使上述相對移動構件向上述第一方向移動後、通過使上述第二壓電元件向上述第二方向位移從而使上述相對移動構件與上述壓電構件相分離時,對上述第三壓電元件的上述第一部分和上述第二部分分別施加用於抵消由上述檢測部檢測的電壓的電壓信號。技術方案9的發明是在技術方案1 8中的任一項所述的壓電促動器中,上述第一壓電元件配置在比上述第二壓電元件靠相對移動構件側的位置。技術方案10的發明是在具有技術方案1 9中的任一項所述的壓電促動器的透
鏡鏡筒。
技術方案11的發明是在具有技術方案1 9中的任一項所述的壓電促動器的照相機。另外,標註標記說明的結構可以適當改良,可以將至少一部分代替為其他結構物。根據本發明,能夠提供可提高驅動力、驅動效率的壓電促動器、透鏡鏡筒及照相機。
圖1是概念性表示本發明的第一實施方式的壓電促動器的結構的圖。圖2是第一實施方式的壓電促動器的壓電構件的放大圖。圖3是按步驟說明第一實施方式的利用壓電構件驅動移動構件移動的圖。圖4是驅動控制壓電促動器的驅動控制裝置的結構框圖。圖5是輸入到各壓電構件的驅動信號的時序圖。圖6是概念性表示圖5的特定時刻處的壓電促動器的狀態的圖。圖7是概念性表示本發明的第二實施方式的壓電促動器的結構的圖。圖8是第二實施方式的壓電促動器的壓電構件的放大圖。圖9是說明振動發生的機理的圖。圖10是第二實施方式的驅動控制壓電促動器的驅動控制裝置的結構框圖。圖11是說明第二實施方式的壓電構件的振動抑制工作的驅動信號時序圖。圖12是概念性表示圖11所示的時序圖中特定時刻處的壓電構件的狀態的圖。圖13是第三實施方式的透鏡鏡筒的概略剖面圖。圖14是第三實施方式的壓電促動器概略圖。
具體實施例方式(第一實施方式)以下,參照附圖等說明本發明的第一實施方式。圖1是概念性表示本發明的第一實施方式的壓電促動器1的結構的圖。圖2是壓電促動器1的壓電構件20的放大圖。在以下的說明中,如圖中所示,利用X-Y坐標表示方向。即,設圖中左右方向為X軸方向,設右側為+側,設左側為-側。此外,將與X軸正交的圖中上下方向設為Y軸方向,設上側為+側,設下側為-側。圖1所示的壓電促動器1包括基座構件11、可相對於基座構件11移動的移動構件12、驅動移動構件12移動的壓電構件20。基座構件11與移動構件12分別是預定厚度的板狀體,沿X軸方向延伸。壓電構件20配置在基座構件11與移動構件12之間。移動構件12被未圖示的施力機構朝向基座構件11(Y軸方向-側)以預定的力F按壓施力。由此,基座構件11與移動構件12以由壓電構件20限定的間隔平行配置。壓電構件20立設在基座構件11的與移動構件12相對的上表面(相對面11Α)。壓電構件20由3組壓電構件20A、20B、20C構成。3組壓電構件20A、20B、20C除了後述的控制不同之外,其餘全部相同,在以下的說明中除了特別必要的情況,以壓電構件20 為例進行說明。另外,圖1將3組壓電構件20A、20B、20C全部表示為相同的工作狀態,但實際上是各自不同的工作狀態。對於其工作將在後面詳述。如上所述,移動構件12以由壓電構件20限定的間隔與基座構件11平行地位於該基座構件11的上側(Y軸方向+側)。移動構件12的與基座構件11相對一側的面(下表面)成為平坦的被驅動面12A。3組壓電構件2(K20A、20B、20C)沿X軸方向以預定間隔配置在基座構件11的相對面IlA上。壓電構件20A、20B、20C分別接受驅動信號而在不同的定時進行驅動移動構件12 移動的動作。各壓電構件20A、20B、20C的上表面(後述的摩擦件23的上表面)被實施研磨或拋光加工,並形成為在相同工作狀態處於Y方向的相同位置(同一平面)。接著,詳細說明壓電構件20的結構及工作。如圖2所示,壓電構件20是將4片壓電元件21A、21B、22A、22B層疊一體化,並在其最上面粘貼摩擦件^而構成。層疊的4片壓電元件21A、21B、22A、22B是正方形或長方形形狀,在表背兩面實施有銀電極,與電極板交替接合,並且,以極化方向交替的方式接合。另外,在本實施方式中做成正方形或長方形形狀,但只要能確定變形的方向性,可以是例如圓形等其他形狀。壓電元件21A、21B、22A、22B以上下2片為單位地功能各不同,圖2中上側2片壓電元件21A、21B構成驅動用壓電元件部21,下側2片壓電元件22A、22B構成離合用壓電元件部22。構成驅動用壓電元件部21的壓電元件21A、21B在驅動移動構件12的方向(X軸方向)被實施極化處理。2片壓電元件21A、21B以隔著A相輸入電極21C極化方向相反的方式層疊。由此,當對兩壓電元件21A、21B沿厚度方向施加直流電壓時,如圖2中箭頭所示,驅動用壓電元件部21沿剪切方向(兩壓電元件21A、21B向圖中左右錯開的方向)位移 (dl5的壓電效應)。如後述的圖4所示,該驅動用壓電元件部21 (壓電元件21A、21B)被施加來自驅動控制裝置30的A相信號發生部32A的A相驅動信號(電壓)。另一方面,構成離合用壓電元件部22的壓電元件22A、22B在厚度方向(Y軸方向) 上被實施極化處理。2片壓電元件22A、22B以隔著B相輸入電極22C極化方向相反的方式層疊。由此,當對兩壓電元件22A、22B沿厚度方向施加直流電壓時,如圖2中箭頭所示,離合用壓電元件部22向壓縮方向(兩壓電元件22A、22B的層疊方向)位移的壓電效應)。如後述的圖4所示,從驅動控制裝置30的B相信號發生部32B向該離合用壓電元件部22的壓電元件22A、22B施加B相驅動信號(電壓)。在本實施方式中,對離合用壓電元件部22(壓電元件22A、22B)施加與極化方向相反的直流電壓,設定成通過施加電壓而沿厚度方向收縮。摩擦件23是為了高效率地驅動移動構件12而設置的。摩擦件23優選是對移動構件12(被驅動面12A)的摩擦係數為0. 5以上。例如,在移動構件12由表面實施了耐酸鋁處理的鋁材形成時,摩擦件23適於是混入玻璃纖維的聚碳酸酯。但是,不限於此,也可以是其他組合,摩擦係數變大也可以。如上所述,層疊驅動用壓電元件部21(壓電元件21A、21B)和離合用壓電元件部 22 (壓電元件22A、22B)而構成的壓電構件20利用驅動信號電壓的0N/0FF而分別向正交的方向產生位移。驅動用壓電元件部21的位移方向為驅動移動構件12移動的方向(X軸方向)。以下,將該X軸方向的位移稱為驅動位移。此外,離合用壓電元件部22的位移方向為與驅動用壓電元件部21的位移方向正交的高度方向(Y軸方向)。以下,將該Y軸方向的位移稱為離合位移。另外,本實施方式的離合用壓電元件部22如上所述被設定為通過施加電壓而沿厚度方向收縮。利用這樣的結構,能夠在B相驅動信號OFF(不施加電壓)時進行用於提高上述的摩擦件23的上表面精度的加工,加工時的作業性優良。但是,不限於此,也可以是在 B相驅動信號為ON時沿厚度方向膨脹的結構。如上所述構成的壓電構件20通過反覆產生驅動位移和離合位移,而驅動移動構件12沿X軸方向移動。圖3是按步驟說明利用壓電構件20對移動構件12的移動驅動的圖。設圖3(a) 所示的狀態為初始狀態。初始狀態是在對離合用壓電元件部22不施加電壓的狀態下,摩擦件23的上表面壓接於移動構件12的下表面(被驅動面12A)。然後,如圖3(b)所示,驅動驅動用壓電元件部21產生位移而驅動移動構件12移動。移動構件12被驅動移動後,如圖3 (c)所示,對離合用壓電元件部22施加電壓,使離合用壓電元件部22壓縮而向離合方向位移,解除摩擦件23對移動構件12的壓接。在該狀態下,如圖3(d)所示,將驅動用壓電元件部21復位為位移為0的狀態。通過反覆這些步驟,能夠驅動移動構件12向X軸+方向移動。另外,在圖3(c)及圖3(d)所示的摩擦件23對移動構件12的壓接被解除的狀態下,未圖示的其他壓電構件與移動構件12壓接而限定移動構件12的位置。圖4是驅動控制壓電促動器1的驅動控制裝置30的結構框圖。如圖4所示,上述的3組壓電構件20A、20B、20C被驅動控制裝置30驅動控制。驅動控制裝置30包括控制部 31、信號發生部32A、32B及移相部33A、33B。控制部31例如基於在被驅動體設置的傳感器(檢測部34)對被驅動體位置的檢測結果,對信號發生部32A、32B給予指令。A相信號發生部32A產生施加於驅動用壓電元件部21的A相驅動信號。A相驅動信號是非對稱的鋸齒波。通過改變該A相驅動信號的波峰電壓值來控制速度。B相信號發生部32B產生施加於離合用壓電元件部22的B相驅動信號。B相驅動信號是負㈠的矩形波。B相驅動信號與速度的控制無關,波峰電壓值是恆定的。 A相移相部33A和B相移相部3 將由A相信號發生部32A及B相信號發生部32B 生成的驅動信號(A相驅動信號及B相驅動信號)分配給各個壓電構件20A、20B、20C。BP, A相移相部33A將由A相信號發生部32A生成的A相驅動信號錯開相位地分別輸入到壓電構件20A、20B、20C。B相移相部3 將由B相信號發生部32B生成的B相驅動信號錯開相位地分別輸入到壓電構件20A、20B、20C。檢測部34檢測該壓電促動器1的驅動結果(狀態),作為控制信息向控制部31反饋。然後,控制部31控制信號發生部32a、32B及移相部33A、33B,錯開定時地進行上述的各壓電構件20A、20B、20C對移動構件12的移動驅動。由此,移動構件12被無間斷地連續驅
動移動。接著,除了上述的圖3及圖4之外,還參照圖5及圖6,說明基於驅動控制裝置30 控制的壓電構件20A、20B、20C及壓電促動器1整體的作用。圖5是輸入到各壓電構件20A、 20B、20C的A相驅動信號及B相驅動信號的時序圖。圖6是概念性表示圖5中在特定時刻 (tX)的壓電促動器1(壓電構件20)的狀態的圖。首先,說明驅動壓電構件20的A相及B相驅動信號的基本模式。如上所述,驅動驅動用壓電元件部21的A相驅動信號是非對稱的鋸齒波。A相驅動信號隔著OV從負(-V1)向正(+VI)、從正向負地分別線性變化。藉助A相驅動信號的從負向正方向的變化,驅動用壓電元件部21在X+軸方向逐漸驅動位移,藉助從正向負方向的變化而返回X-方向。在此,A相驅動信號中的從正側波峰到負側波峰的半周期的時間與從負側波峰到正側波峰的半周期的時間之比設定為0. 5。就是說,設定為在從初始狀態起驅動位移的時間的一半時間,從驅動位移返回初始狀態。驅動離合用壓電元件部22的B相驅動信號是負的矩形波。B相驅動信號從OV向預定的負電壓(-V2)、從負電壓(-V2)向OV地變化。離合用壓電元件部22自B相驅動信號為OV的狀態即初始狀態起,藉助從OV向負電壓d的變化(電壓ON)而驅動位移(收縮)。A相驅動信號和B相驅動信號的0N/0FF的定時被設定為在A相驅動信號中的正側波峰的將來到之前(ΔΤ1前)B相驅動信號為0N,在A相驅動信號中的負側波峰的剛到之後(Δ T2後)B相驅動信號為OFF。就是說,在驅動用壓電元件部21進行自在X+方向上位移最大的狀態返回在X-方向上位移最大的狀態的動作的時間前後加上預定時間(ΔΤ1及 ΔΤ2)的期間,B相驅動信號為0N,成為離合用壓電元件部22收縮的狀態。通過上述這樣設定,如之前使用圖3說明的那樣,在施加於離合用壓電元件部22 的電壓為0的狀態下使摩擦件23的上表面壓接於移動構件12的下表面(被驅動面12A), 利用驅動用壓電元件部21的驅動位移驅動移動構件12向X+方向移動。然後,進行如下這樣一系列動作對離合用壓電元件部22施加-V2的電壓而使其向壓縮的方向離合位移,解除摩擦件23對移動構件12的壓接,使驅動用壓電元件部21向X-方向驅動位移。上述基本模式的A相驅動信號及B相驅動信號以錯開時間T的相位被輸入到各壓電構件20A、20B、20C。時間T設定為與A相驅動信號中的從正側波峰到負側波峰的半周期的時間相等。接著,按時間序列的步驟說明各壓電構件20A、20B、20C的各個驅動用壓電元件部 21及離合用壓電元件部22的作用和移動構件12的動作。[時間tl]壓電構件20A =A相驅動信號為負值,但向增加的方向變化。B相驅動電壓為0V。壓電構件20B =A相驅動信號為正值,並進一步向增加的方向變化。B相驅動電壓為0V。壓電構件20C =A相驅動信號從正值向負值變化,B相驅動電壓為_V2。
S卩,在時間tl,如圖6(a)所示,壓電構件20A和壓電構件20B成為在離合位移方向不收縮的狀態,與移動構件12壓接,驅動移動構件12向X+方向位移。壓電構件20C處於在離合位移方向收縮的狀態,與移動構件12分離開,向X-方向驅動位移。在該時刻,壓電構件20C與移動構件12分離開,因此移動構件12不被壓電構件 20C驅動位移。[時間t3]壓電構件20A :A相驅動信號為正值並進一步向增加的方向變化。B相驅動電壓為 OVo壓電構件20B =A相驅動信號從正值向負值變化。B相驅動電壓為_V2。壓電構件20C =A相驅動信號為負值,但向增加的方向變化。B相驅動電壓為0V。S卩,在時間t3,如圖6(b)所示,壓電構件20A和壓電構件20C處於在離合位移方向上不收縮的狀態,與移動構件12壓接,驅動移動構件12向X+方向位移。壓電構件20B為在離合位移方向收縮的狀態,與移動構件12分離開,在X-方向驅動位移。在該時刻,壓電構件20B和移動構件12分離開,因此移動構件12不被壓電構件B驅動位移。[時間t5]壓電構件20A =A相驅動信號從正值向負值變化,B相驅動電壓為_V2。壓電構件20B :A相驅動信號為負值,但向增加的方向變化。B相驅動電壓為0V。壓電構件20C =A相驅動信號為正值,並向進一步增加的方向變化。B相驅動電壓為0V。在時間t5,如圖6(c)所示,壓電構件20A處於離合位移中收縮的狀態而與移動構件12分離開,向X-方向驅動位移。在該時刻,壓電構件20A和移動構件12分離開,因此移動構件12不被壓電構件20A驅動位移。壓電構件20B和壓電構件20C處於在離合位移方向不收縮的狀態而與移動構件12 壓接,驅動移動構件12向X+方向位移。[時間t7]與上述的[時間tl]同樣。通過反覆以上說明的步驟,各壓電構件20A、20B、20C按順序與移動構件12壓接並向X軸+方向進行移動驅動。由此,能夠驅動移動構件12連續向X軸+方向移動。另外,上述的控制結構是驅動移動構件12向X軸+方向移動的結構,但可以通過使A相驅動信號正負反轉,而驅動移動構件12向X軸-方向移動。以上,本實施方式具有以下的效果。(1)由於具有3組壓電構件20A、20B、20C,依次與移動構件12壓接並且其壓接期間重合,因此不存在移動構件12的高度變化。從而,抑制移動構件12的振動,可進行順暢的傳遞,提高了傳遞驅動力、驅動效率,可進行更高轉速的驅動。(2)離合用壓電元件部22進行對移動構件12的壓接,驅動用壓電元件部21進行移動構件12的移動操作。就是說,對移動構件12的壓接及移動驅動完全分離,可獨立地驅動控制。因此,控制的自由度高,可構成為高驅動精度。(3)此外,由於對移動構件12的壓接及移動驅動完全分離、可獨立地驅動控制,因此在壓電構件20與移動構件12之間不會產生不需要的相對位移(滑蹭)。結果,可抑制由於滑蹭引起的磨損。(第二實施方式)接著,參照圖7 圖10說明本發明的第二實施方式。圖7是概念性表示本發明的第二實施方式的壓電促動器10的結構的圖。圖8是壓電促動器10的壓電構件120的放大圖。圖9是說明振動發生的機理的圖。圖10是驅動控制壓電促動器1的驅動控制裝置130的結構框圖。圖中,對於具有與上述第一實施方式相同功能的結構要素標註同一標記,省略說明。壓電促動器10與上述第一實施方式的壓電促動器1(參照圖1)的壓電構件 120(120A、120B、120C)的結構不同。如圖8所示,壓電構件120是將由2片壓電元件121A、121B構成的驅動用壓電元件部121、由2片壓電元件122A、122B構成的離合用壓電元件部122、粘貼於最上面的摩擦件123、檢測用壓電元件部IM層疊而構成。驅動用壓電元件部121及摩擦件123的結構與上述第一實施方式的驅動用壓電元件部21及摩擦件23 (參照圖2)相同。即,驅動用壓電元件部121以壓電元件121A、121B 之間夾著A相輸入電極121C而極化方向相反的方式層疊。省略關於其他詳細構造的說明。離合用壓電元件部122的基本結構與上述第一實施方式的離合用壓電元件部 22 (參照圖2)相同,但B相輸入電極122C的結構不同。S卩,配置在壓電元件122A、122B之間的B相輸入電極122C在驅動移動構件12移動的方向(X軸方向)的大致中央,呈絕緣狀態地被分割成第一輸入電極122Ca和第二輸入電極122Cb。可對第一輸入電極122Ca和第二輸入電極122Cb獨立施加驅動信號。檢測用壓電元件部1 配置在離合用壓電元件部122與基座構件11之間。在檢測用壓電元件部124與離合用壓電元件部122之間配置有GND電極,在檢測用壓電元件部 124與基座構件11之間配置有檢測用電極124B。檢測用壓電元件部124與構成離合用壓電元件部122的壓電元件22A、22B同樣, 由在厚度方向(Y軸方向)被施加極化處理的壓電元件124A構成。檢測用壓電元件部 124(壓電元件124A)由於在Y軸方向上的伸長位移而產生正電壓,由於收縮位移而產生負電壓。(d33的壓電效應)檢測用電極124B在該壓電促動器10的移動構件12的移動驅動方向(X軸方向) 的大致中央,呈絕緣狀態地被分割為第一檢測用電極IMBa和第二檢測用電極124Bb。由此,可從第一檢測用電極IMBa和第二檢測用電極1 獨立地取出檢測信號。如上所述構成的壓電構件120利用來自檢測用電極124(第一檢測用電極124Ba 及第二檢測用電極124Bb)的檢測輸出,能夠檢測到在驅動壓電構件120的移動構件12移動的方向(X軸方向)上的傾斜。而且,通過對離合用壓電元件部122的輸入電極122C(第一輸入電極122Ca或第二輸入電極122Cb)輸入獨立的驅動信號,能夠以在X軸方向傾斜的方式驅動(傾斜驅動)。由此,壓電構件120可被控制成抑制由於受到移動構件12的驅動力的反作用力而在壓電促動器10產生擺動振動。S卩,如圖9所示,若利用上述第一實施方式那樣的控制驅動壓電促動器10 (壓電構件120),則由於下述的機理,可能發生振動。如圖9(a)所示,在離合用壓電元件部122在離合位移方向未收縮的狀態(摩擦件 123與移動構件12壓接的狀態)下,利用驅動用壓電元件部121的驅動位移,驅動移動構件 12移動。然後,如圖9(b)所示,當到達移動驅動的終端(移動驅動行程的後端附近)時,如圖9 (c)所示,離合用壓電元件部122收縮。通過該收縮,摩擦件23對移動構件12的壓接被解除,在該狀態下驅動用壓電元件部121向X-方向移動。在此,在離合用壓電元件部122成為收縮狀態時,如圖9(c)所示,壓電構件 120(摩擦件123)保持與移動構件12平行的狀態,以前後左右均勻的姿勢離開移動構件 12 (被驅動面12A)是理想的。但是,在壓電構件120從移動構件12離開的瞬間,壓電構件20受到移動構件12 的反作用力,如圖9(d)所示,在上表面(壓電構件120的上表面)產生傾斜。因此,壓電構件120在圖中左右振動,如圖9(e)所示,壓電構件120的上表面角部與移動構件12的下表面(被驅動面12A)衝撞接觸,這誘發移動構件12的異常振動,招致產生異常聲音、驅動力降低的現象。在第二實施方式的壓電構件120中,根據第一檢測用電極IMBa及第二檢測用電極124Bb的檢測輸出檢測到X軸方向的傾斜,將基於該檢測信號的驅動信號輸入到離合用壓電元件部122的第一輸入電極122Ca或第二輸入電極122Cb,從而能夠糾正壓電構件120 的傾斜而抑制壓電促動器10的擺動振動。例如,在壓電構件120變形為如圖9(d)所示的姿勢時,從圖8中左側(X軸方向-側)的第一檢測用電極IMBa輸出正的電壓信號,從圖8中右側(X軸方向+側)的第二檢測用電極124Bb輸出負的電壓信號。由此,可知,產生壓電構件120的圖8中左側(X 軸方向-側)伸長(向Y軸方向+側位移)、圖8中右側(X軸方向+側)收縮(向Y軸方向-側位移)的變形。因此,根據該檢測結果,對離合用壓電元件部122的第一輸入電極122Ca或第二輸入電極122Cb施加使壓電元件122A向與壓電構件120的變形方向相反方向位移的控制信號。S卩,對離合用壓電元件部122的第一輸入電極122Ca施加負的控制信號,對第二輸入電極122Cb施加正的控制信號。由此,能夠使壓電構件120的擺動振動抵消而得以抑制。如圖10所示,如上所述構成的3組壓電構件120A、120B、120C由驅動控制裝置130 驅動控制。驅動控制裝置130的結構與上述第一實施方式同樣,省略其說明。在本第二實施方式中,除了第一實施方式的結構之外,還分別包括用於控制各壓電構件120A、120B、120C 的振動的振動檢測部35(35A、35B、35C)、衰減信號發生部36 (36A、36B、36C)。振動檢測部35根據來自壓電構件120的檢測用壓電元件部124的檢測用電極 1MB (第一檢測用電極IMBa及第二檢測用電極124Bb)的檢測輸出而檢測振動,將其振動信息輸入到衰減信號發生部36。衰減信號發生部36基於從振動檢測部35輸入的振動信息,產生抵消該振動的驅動信號,並將該驅動信號輸入到離合用壓電元件部122的輸入電極122(第一輸入電極 122Ca及第二輸入電極122Cb)。接著,參照圖11及圖12說明第二實施方式的壓電構件120的振動抑制作用。圖 11是說明壓電構件120的振動抑制工作的驅動信號的時序圖。圖中「檢測相」表示來自檢測用壓電元件部1 的檢測用電極124B (第一檢測用電極IMBa又ii第二檢測用電極124Bb) 的檢測輸出。「衰減信號」是輸入到離合用壓電元件部122的第一輸入電極122Ca或第二輸入電極122Cb的振動抑制驅動信號。圖12是概念性表示在圖11的特定時刻(tX)處的壓電構件120的狀態的圖。由於通常的驅動控制與上述第一實施方式同樣,因此省略說明,作為一般的壓電構件120僅說明振動控制。這樣的振動控制是對3組壓電構件120A、120B、120C分別獨立進行的。[時間tl]A相驅動信號向正向變化。B相驅動電壓為0V。如圖11(a)所示,壓電構件120為在離合位移方向不收縮的狀態,與移動構件12 壓接,是驅動移動構件12向X+方向位移的移動驅動行程的始端的狀態。[時間t3]A相驅動信號向正向變化。B相驅動電壓為0V。如圖11(b)所示,壓電構件120為在離合位移方向不收縮狀態,與移動構件12壓接,是接近驅動移動構件12向X+方向位移的移動驅動行程的終端的狀態。[時間t4]A相驅動信號成為正側的波峰。B相驅動電壓是剛成為-V2之後。如圖11(c)所示,壓電構件120成為從移動構件12分離開的狀態,但產生對移動構件12施加驅動力的反作用力,受到與驅動方向相反的方向的力,壓電促動器10發生擺動振動。檢測相檢測該振動狀態,為了抑制所檢測到的該振動,將衰減信號施加於離合用壓電元件部122。[時間t5]A相驅動信號向負向變化。B相驅動電壓為-V2。如圖11(d)所示,壓電促動器10的擺動振動被抑制,壓電構件120以無振動的狀態離開移動構件12。以上,根據第二實施方式,能夠降低尤其在高負荷驅動時發生的壓電促動器的擺動振動,可提高傳遞驅動力、驅動效率,實現高旋轉的驅動。(第三實施方式)接著,參照圖13及圖14說明本發明的第三實施方式。第三實施方式的壓電促動器200與第一實施方式的壓電促動器1同樣地具有多個壓電構件220,各個壓電構件220的結構也與第一實施方式同樣,包括驅動用壓電元件部221和離合用壓電元件部222。第一實施方式與第三實施方式的不同點在於,在第三實施方式中壓電構件220配置成圓環狀,配置在透鏡鏡筒的內部。圖13是具有壓電促動器200的透鏡鏡筒201的概略剖面圖。透鏡鏡筒201是可裝卸於照相機機身205的交換透鏡。圖14是將透鏡鏡筒201的光軸C方向的被攝體側作為圖中上方表示的壓電促動器200的概略圖。在圖14中,為了簡單說明構造,省略壓電促動器200的移動構件212,將基座構件211表示為圓環狀。如圖13所示,透鏡鏡筒201具有配置在透鏡鏡筒201的最外周側並且在透鏡鏡筒 201安裝到照相機機身205上時固定於該照相機機身205上的固定筒210。在固定筒210的內周側安裝有壓電促動器200。壓電促動器200的再內周側配置有形成有凸輪槽232的凸輪筒230,凸輪筒230的內周側配置有保持AF透鏡MO的AF筒250。壓電促動器200是以光軸C為中心配置的圓環形狀(圓筒形狀),壓電促動器200 的基座構件211固定在透鏡鏡筒201的固定筒210上。此外,壓電促動器200的基座構件211具有圓筒形狀的大致中央部向外徑側突出的突出部211A和比圓筒的突出部分靠前端(被攝體側)的前端部211B、比前端部211B厚的後側(像側)的後端部211C。壓電促動器200包括3組壓電構件220A、220B、220C。這些壓電構件220A、220B、 220C配置在基座構件211的突出部211A的被攝體側的面上。壓電構件220A、220B、220C以該順序重複4次地排列。S卩,按壓電構件220A、220B、220C、220A、220B、220C···的順序排列的共計12個壓電構件配置在基座構件211上。另外,驅動壓電構件220的控制驅動裝置與第一實施方式的驅動控制裝置30同樣。返回圖13,移動構件212與壓電構件220的摩擦件223加壓接觸,藉助壓電構件 220的驅動力而旋轉。在移動構件212的內徑側與基座構件211的前端部211B之間安裝有軸承215。此外,在基座構件211的前端部211B安裝有波浪墊圈216,壓電促動器200經由軸承215受到由波浪墊圈216產生的加壓力。在移動構件212的被攝體側設有向光軸方向被攝體側延伸的銷217。在透鏡鏡筒201的凸輪筒230的光軸方向被攝體側固定有叉構件231,設於移動構件212的上述銷217與該叉構件231卡合。在對進行AF調整的AF透鏡240保持的AF筒250的外周設有移動銷251。移動銷 251與設於凸輪筒230的凸輪槽232卡合。在本實施方式的透鏡鏡筒201中,當來自照相機機身205的驅動信號輸入到壓電促動器200時,與第一實施方式同樣,各壓電構件220A、220B、220C分別依次與移動構件212 接觸,反覆進行將移動構件212向所希望的旋轉方向移動、自移動構件212離開的動作。由此,驅動移動構件212以光軸C為中心旋轉。若移動構件212旋轉,則銷217也一起旋轉,經由叉構件231,凸輪筒230旋轉。通過凸輪筒230旋轉,AF筒250直進移動,AF透鏡240被沿光軸方向驅動,進行AF動作。在凸輪筒230上安裝有未圖示的編碼器,當利用編碼器的檢測值確認到AF透鏡MO已到達所希望的位置時,壓電促動器200停止。以上,根據本實施方式,除了具有第一實施方式的效果之外,還能提高透鏡鏡筒內的透鏡的傳遞驅動力、驅動效率,可實現更高旋轉的驅動。(變形方式)以上,不限於說明的實施方式,還可進行以下所示的各種變形、變更,這些也在本發明的保護範圍內。(1)在本實施方式中,離合用壓電元件部21、121及驅動用壓電元件部22、122分別是由2層壓電元件(壓電元件21A、21B或壓電元件22A、22B)構成。但是,這是為了使說明簡單而設計的,可以將壓電元件層疊4層以上的多層。通過做成更多層結構,能夠降低必要的移動量所需電壓。(2)在本實施方式中,以具有3組壓電構件20、120、220為例進行了說明。但是,當然也可以是將這3組作為1組而具有許多組的結構。可以是用3組以上的壓電構件20、 120構成組(反覆行程循環)。如此,則可實現更穩定、順暢的驅動。(3)在第三實施方式中,說明了具有第一實施方式的壓電促動器的圓環型促動器, 但不限於此,也可以是具有第二實施方式的壓電促動器的圓環型促動器。另外,實施方式及變形方式可以適當組合使用,省略其詳細說明。本發明不受以上說明的實施方式限制。附圖標記的說明1、10、200 壓電促動器,11、211 基座構件,212 移動構件,12A 被驅動面, 20(20A、20B、20C),120 (120A, 120B, 120C), 220 (220A.220B.220C)壓電構件,21、121 驅動用壓電元件部,22、122 離合用壓電元件部,30、130 控制部,122Ca 第一輸入電極,122Cb 第二輸入電極,124 檢測用壓電元件部,124A 壓電元件,124B 檢測用電極。
權利要求
1.一種壓電促動器,其特徵在於,包括多個壓電構件,其具有能夠向第一方向位移的第一壓電元件及能夠向與上述第一方向交叉的第二方向位移的第二壓電元件,該多個壓電構件被分成多個組;相對移動構件,其具有與上述壓電構件接觸的接觸面,相對於上述壓電構件向上述第一方向相對移動;驅動部,其在上述多個組中的1組的上述壓電構件成為與上述接觸面接觸的狀態時, 驅動上述1組的上述壓電構件的上述第一壓電元件,從而使上述相對移動構件向上述第一方向相對移動,在驅動上述1組的上述壓電構件的上述第一壓電元件時,通過驅動上述多個組中的其他組的上述壓電構件的上述第二壓電元件,而使上述其他組的上述壓電構件成為與上述接觸面分離開的狀態。
2.一種壓電促動器,其特徵在於,包括基座構件,其具有圓環狀部分;多個壓電構件,其具有能夠向第一方向位移的第一壓電元件及能夠向與上述第一方向交叉的第二方向位移的第二壓電元件,在上述基座構件的上述圓環狀部分沿該圓環狀部分的周向,該多個壓電構件以上述第一方向成為上述周向的切線方向的方式配置,並且該多個壓電構件被分成多個組;相對移動構件,其具有與上述壓電構件接觸的接觸面,相對於上述壓電構件向上述第一方向相對移動;驅動部,其在上述多個組中的預定組的上述壓電構件成為與上述接觸面接觸的狀態時,驅動上述預定組的上述壓電構件的上述第一壓電元件,從而使上述相對移動構件向上述第一方向相對移動,在驅動上述預定組的上述壓電構件的上述第一壓電元件時,通過驅動除上述預定組以外的組的上述壓電構件的上述第二壓電元件,而使除上述預定組以外的組的上述壓電構件成為與上述接觸面分離開的狀態。
3.根據權利要求1或2所述的壓電促動器,其特徵在於,上述驅動部發出控制上述第一壓電元件向上述第一方向的位移的第一驅動信號、和控制上述第二壓電元件向上述第二方向的位移並具有與該第一驅動信號不同的波形的第二驅動信號。
4.根據權利要求3所述的壓電促動器,其特徵在於,上述第一驅動信號是三角波信號,上述第二驅動信號是矩形波信號。
5.根據權利要求1 4中的任一項所述的壓電促動器,其特徵在於,上述多個組是3個以上的組。
6.根據權利要求1 5中的任一項所述的壓電促動器,其特徵在於,包括保持上述壓電構件的基座構件,在該基座構件與上述壓電構件之間還包括能夠向上述第二方向位移、且具有沿上述第一方向配置的第一部分和第二部分的第三壓電元件。
7.根據權利要求6所述的壓電促動器,其特徵在於,上述驅動部在通過使上述第一壓電元件向上述第一方向位移從而使上述相對移動構件向上述第一方向移動後、通過使上述第二壓電元件向上述第二方向位移從而使上述相對移動構件與上述壓電構件相分離時,為了抵消因施加於上述壓電構件的衝擊而產生的上述壓電構件的振動,而對上述第三壓電元件的上述第一部分和上述第二部分施加波形不同的電壓信號。
8.根據權利要求6所述的壓電促動器,其特徵在於,在上述基座構件與上述第三壓電元件之間具有檢測在上述第一部分與上述第二部分產生的電壓的檢測部,上述驅動部在通過使上述第一壓電元件向上述第一方向位移從而使上述相對移動構件向上述第一方向移動後、通過使上述第二壓電元件向上述第二方向位移從而使上述相對移動構件與上述壓電構件相分離時,對上述第三壓電元件的上述第一部分和上述第二部分分別施加用於抵消由上述檢測部檢測的電壓的電壓信號。
9.根據權利要求1 8中的任一項所述的壓電促動器,其特徵在於,上述第一壓電元件配置在比上述第二壓電元件更靠相對移動構件側的位置。
10.一種透鏡鏡筒,具有權利要求1 9中的任一項所述的壓電促動器。
11.一種照相機,具有權利要求1 9中的任一項所述的壓電促動器。
全文摘要
本發明提供一種提高驅動力、驅動效率的壓電促動器。本發明的壓電促動器包括多個壓電構件(20),其具有能夠向第一方向位移的第一壓電元件(21)及能夠向與第一方向交叉的第二方向位移的第二壓電元件(22),該多個壓電構件被分成多個組;相對移動構件(12),其具有與上述壓電構件(20)接觸的接觸面(12A),相對於上述壓電構件向上述第一方向相對移動;驅動部(30),其在多個組中的1組的壓電構件(20A)成為與接觸面接觸的狀態時,驅動壓電構件(20A)的第一壓電元件,從而使相對移動構件向第一方向相對移動,在驅動壓電構件(20A)的第一壓電元件時,通過驅動其他組的壓電構件(20B)的第二壓電元件,而使其他組的壓電構件成為與接觸面分離開的狀態。
文檔編號H02N2/00GK102460935SQ20108002500
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月4日 優先權日2009年6月5日
發明者蘆澤隆利 申請人:株式會社尼康