专利名称：驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动器，尤其涉及搭载于数码相机或便携式电话机等小型精密设备，并驱动变焦透镜的驱动器。
背景技术：
作为数码相机等的透镜部的驱动装置，有使用了压电元件的驱动器。例如专利文献1的驱动器，在压电元件的一方侧固定驱动轴，压电元件的另一方侧固定于装置主体。在驱动轴上滑动自如地支承有镜筒，镜筒利用板簧的推顶力与驱动轴摩擦卡合。对压电元件外加具有大致锯齿状的波形的驱动脉冲，压电元件在伸长方向和收缩方向以不同的速度变形。例如，若压电元件平缓地变形，则镜筒与驱动轴一同移动。相反地，若压电元件快速地变形，则镜筒因其质量的惯性而停止在相同的位置。因此通过对压电元件反复外加具有大致锯齿状的波形的驱动脉冲，能够使镜筒以细小的节距间歇地移动。
专利文献1特许第2633066号但是，就专利文献1的驱动器而言，因为被驱动部件的移动距离、移动速度及推力因被驱动部件的位置或工作环境而变化，所以无法进行稳定的驱动控制。
发明内容
本发明正是鉴于这种情况而作出的，其目的在于提供一种不依靠于被驱动部件的位置或工作环境而进行稳定的驱动控制的驱动器。
为了达到所述目的，第一发明提供一种驱动器，其具备机电变换元件；驱动摩擦部件，其安装于该机电变换元件的伸缩方向的一方侧；被驱动部件，其与该驱动摩擦部件摩擦卡合；和推顶机构，其推顶该被驱动部件而使其与所述驱动摩擦部件摩擦卡合，该驱动器的特征在于，具备调整所述推顶机构的推顶力的推顶力调整机构。
根据第一发明，因为可以由推顶力调整机构调整推顶力，所以可以用适当的摩擦力使被驱动部件和驱动摩擦部件卡合。因此，能够以一定的移动距离、移动速度及推力驱动被驱动部件，从而可以进行稳定的驱动控制。
第二发明的驱动器，在第一发明中，其特征在于，具备位置检测机构，其检测所述被驱动部件的位置；和控制机构，其基于该位置检测机构的检测值控制所述推顶力调整机构。
根据第二发明，因为可以根据被驱动部件的位置而调整推顶机构的推顶力，所以可以不依靠于被驱动部件的位置而进行始终稳定的驱动控制。
第三发明的驱动器，在第一发明中，其特征在于，具备工作环境测定机构，其测定工作环境；和控制机构，其基于该工作环境测定机构的测定值控制所述推顶力调整机构。
根据第三发明，因为可以根据工作环境(例如、温度、湿度、气压等)调整推顶机构的推顶力，所以可以不依靠于工作环境而进行始终稳定的驱动控制。
第四发明的驱动器，在第一至第三发明中的任一项中，其特征在于，所述推顶机构是由形状记忆合金构成的板簧，所述推顶力调整机构是对所述板簧通电而进行加热的加热装置。根据第四发明，可以通过加热板簧而使板簧的形状变化，从而可以调整推顶力。
第五发明的驱动器，在第一至第四发明中的任一项中，其特征在于，在所述被驱动部件安装有变焦透镜的保持框。
(发明效果)根据本发明的驱动器，因为可以调整推顶机构的推顶力，从而调整被驱动部件和驱动摩擦部件的摩擦力，所以能够以一定的移动距离、移动速度及推力驱动被驱动部件，从而可以进行稳定的驱动控制。
图1是表示应用了本发明的驱动器的透镜装置的立体图；图2是表示图1的透镜装置的内部结构的立体图；
图3是从与图2不同的方向观察而得到的透镜装置的立体图；图4是示意地表示第1实施方式的驱动器的结构的图；图5是表示驱动轴和连结块的连结部分的截面图；图6是表示外加于压电元件的电压的驱动脉冲的例的图；图7是表示反射部的结构的正视图；图8是表示与图7不同的反射部的结构的正视图；图9是示意地表示第2实施方式的驱动器的结构的图；图10是驱动轴的被驱动部件的位置和移动速度、推力的关系图；图11是工作环境和移动速度的关系图。
图中，10-透镜装置；12-主体；14、16-变焦透镜(组)；20-保持框；34、36-驱动器；40-固定框；42-压电元件；44-驱动轴；46-连结块；48-安装金属件；52-第1滑动部件；54-第2滑动部件；56-压紧弹簧；58-锤部件；66-加热装置；70-控制装置；72、74-位置检测装置。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明本发明的驱动器的优选实施方式。
图1是表示应用了本发明的驱动器的透镜装置10的立体图，图2、图3是表示其内部结构的立体图。
如图1所示，透镜装置10具有形成为大致矩形状的主体12，在该主体12的内部具备如图2、图3所示的变焦透镜(组)14、16。变焦透镜(组)14、16，一方为变倍透镜，另一方为校正透镜。另外，变焦透镜(组)14、16分别保持于保持框18、20，该保持框18、20被两根导向轴22、24在光轴P方向上滑动自如地支承。两根导向轴22、24配置在主体12内的对角位置，且与光轴P平行地配置，并固定于主体12。
保持框18具备导向部26和卡合部28，该导向部26具有插穿导向轴22的插穿孔26A，该卡合部28具有卡合导向轴24的U状的槽28A。由此，保持框18被两根导向轴22、24导向，变焦透镜(组)14在光轴P方向上被移动自如地支承。同样，变焦透镜16的保持框20具备导向部30和卡合部32，该导向部30具有插穿导向轴24的插穿孔(未图示)，该卡合部32具有卡合导向轴22的U状的槽32A。由此，保持框20被两根导向轴22、24导向，变焦透镜(组)16在光轴P方向上被移动自如地支承。
变焦透镜(组)14、16分别由驱动器34、36在光轴P方向上驱动。驱动器34和驱动器36配置在主体12的相对的面。具体而言，在图1的主体12的上面配置变焦透镜(组)14用的驱动器34，在主体12的下面配置变焦透镜(组)16用的驱动器36。以下，对驱动器34进行说明，不过驱动器36也同样地构成。
图4是表示驱动器34的结构的立体图。如同图所示，驱动器34主要包括固定框40、压电元件(相当于机电变换元件)42、驱动轴(相当于驱动摩擦部件)44、连结块(相当于被驱动部件)46、及安装金属件(相当于弹性部件)48，固定框40固定于图1的透镜装置10的主体12。
压电元件42在透镜装置10的光轴P方向(以下，称为驱动方向)上叠层形成，并通过外加电压而在驱动方向上变形(伸缩)。从而，通过外加电压，压电元件42的长度方向的端面42A、42B在驱动方向上变位。
在压电元件42的端面42A、42B中一方的端面42A固定驱动轴44的基端，在另一方侧的端面42B粘接固定软性的锤部件58。
锤部件58通过对端面42B赋予负荷而防止端面42B比端面42A更大地变位。从而，作为锤部件58，优选重量比驱动轴44大。另外，锤部件58使用杨氏模量比压电元件42及驱动轴44小的材料，例如由300MPa以下的材质构成。例如，锤部件58由聚氨酯橡胶或聚氨酯树脂等构成，通过在该橡胶或树脂中混合用于提高比重的钨等的金属粉末而制造。为了小型化，锤部件58的比重优选尽可能高，例如设定为8～12左右。
锤部件58的压电元件42的相反侧粘接于安装金属件48。安装金属件48通过弯曲薄的金属板而形成为コ状，并在其两端的弯曲部分形成有开口部48B。安装金属件48通过使该开口部48B嵌合在固定框40的突起部40B而安装于固定框40。由此，压电元件42经由锤部件58、安装金属件48而支承于固定框40。
如此被支承的压电元件42还被支承为端面42B可以在驱动方向上变位。即，通过软性的锤部件58膨胀、收缩，或安装金属件48弯曲，压电元件42的端面42B能够在驱动方向上变位。通过如此可以变位地支承压电元件42的端面42B，可以防止驱动频率域的装置结构系统的共振，从而可以进行稳定的驱动控制。
另一方面，固定于压电元件42的端面42A的驱动轴44形成为圆柱状，且配置成其中心轴成为驱动方向。另外，驱动轴44插穿于在固定框40形成的两个孔40A、40A而被导向，且在中心轴方向上被滑动自如地支承。驱动轴44的材使用牢固地复合了石墨结晶的石墨结晶复合体，例如碳石墨。
在驱动轴44上卡合有连结块46。连结块46连结于所述的变焦透镜14的保持框18，且与保持框18一同在光轴P方向(驱动方向)上被滑动自如地支承。另外，连结块46形成为矩形状，并在其四个各角部设置有突出到上方的突出部46A、46A…。
图5是连结块46和驱动轴44的连结部分的截面图。如同图所示，在连结块46和驱动轴44的连结部分设置有第1滑动部件52和第2滑动部件54。第1滑动部件52配置于驱动轴44的上侧，第2滑动部件54配置于驱动轴44的下侧。该第1滑动部件52及第2滑动部件54是为了稳定地得到连结块46和驱动轴44的摩擦力而设置的部件，例如由不锈钢构成。
第2滑动部件54形成为V形状，并固定于连结块46。另一方面，第1滑动部件52形成为倒V形状，并配置在由连结块46的四个突出部46A、46A…包围的区域内。第1滑动部件52对应于连结块46的突出部46A、46A…而对各角部进行切口。由此，在将第1滑动部件52配置于由突出部46A、46A…包围的区域内时，防止第1滑动部件52从连结块46脱落。
在连结块46安装压紧弹簧56。压紧弹簧56通过弯曲由形状记忆合金构成的金属板而构成，且通过将爪56A卡在连结块46的下部而安装于连结块46。另外，压紧弹簧56具有配置于第1滑动部件52的上侧的按压部56B，并用该按压部56B将第1滑动部件52推顶到下方。由此，驱动轴44成为被第1滑动部件52和第2滑动部件54夹压的状态，连结块46经由第1滑动部件52及第2滑动部件54与驱动轴44摩擦卡合。再有，连结块46和驱动轴44的摩擦力设定为，在对压电元件42外加电压变化平缓的驱动脉冲时，摩擦力比其驱动力大，且，在对压电元件42外加电压变化急剧的驱动脉冲时，摩擦力比其驱动力小。
在压紧弹簧56电连接有加热装置66。即，在压紧弹簧56的两端部分别连接有导线68、68，该导线68、68与加热装置66连接。加热装置66通过外加规定的电压对压紧弹簧56通电，而加热压紧弹簧56。压紧弹簧56如上所述由形状记忆合金构成，在加热到规定温度以上时，变形为被记忆的形状。具体地，通过加热压紧弹簧56，压紧弹簧56变形为图5的按压部56B下降，从而第1滑动部件52和驱动轴44之间的摩擦力(滑动阻力)、及第2滑动部件54和驱动轴44之间的摩擦力(滑动阻力)变大。再有，此时的滑动阻力优选在10gf以上30gf以下的范围进行调整，更优选在15gf以上25gf以下的范围进行调整。
加热装置66连接于控制装置70，通过控制装置70控制加热装置66。另外，控制装置70连接于位置检测装置72、74，基于该位置检测装置72、74的检测值控制加热装置66。
如图2所示的位置检测装置72是反射型的光断续器，且嵌入固定于主体12(参照图1)的开口部12A。该位置检测装置72与一体地形成于保持框18的板状的反射部78相对配置。进而，位置检测装置72具有未图示的投光部和受光部，并构成为从投光部朝向反射部78投光，并且在受光部接受由反射部78反射的反射光，检测其光量。
如图7所示，在反射部78，在驱动方向上以一定间隔配置有多个反射体80、80…。从而，若驱动驱动器34而反射部78在光轴P方向上移动，则由置检测装置72的受光部接受的光量产生变化，所以可以检测出反射部78的移动量(即保持框18的移动量)。再有，反射部78的结构不限于所述的实施方式，只要是在使反射部78在驱动方向上移动时反射量产生变化的结构即可。从而，例如如图8所示，也可以设置有三角形状的反射体82。
另一方面，位置检测装置74是透射型的光反射器，并固定于主体12(参照图1)。位置检测装置74的上部分为两个部分，其中一方为投光部74A、另一方为受光部74B。而且，位置检测装置74构成为投光部74A朝向受光部74B投光，由受光部74B接受该光，并且检测其受光量。
在受光部74A和投光部74B之间插拔一体地形成于保持框18的板状的遮光部76。即，在驱动驱动器34使保持框18在光轴P方向上移动时，遮光部76插拔于光断续器74的投光部74A和受光部74B之间。由此，在受光部74B的受光量产生变化，从而可以检测遮光部76已插入于投光部74A和受光部74B之间的情况。因而，可以检测保持框18已移动到基准位置的情况。
如上所述，通过用位置检测装置74检测保持框18的基准位置，并用位置检测装置72检测保持框18的移动量，可以正确地求出保持框18的位置。
控制装置70，根据位置检测装置72、74的检测值(即，保持框18或连结块46的位置)控制加热装置66。例如，在连结块46位于驱动轴44的基端部附近或前端部附近时，对压紧弹簧56通电而加热压紧弹簧56，使压紧弹簧56变形为记忆形状。由此，因压紧弹簧56而产生的推顶力增大，驱动轴44和第1滑动部件52、第2滑动部件54的摩擦力增大。从而，即使在连结块46位于驱动轴44的前端部或基端部时，也可以充分地确保连结块46的移动距离、移动速度、及推力。
对所述的压电元件42外加如图6(A)、图6(B)所示的驱动脉冲的电压。图6(A)是在左方向上移动图4的连结块46时的驱动脉冲，图6(B)是在右方向上移动图4的连结块46时的驱动脉冲。
在图6(A)的情况下，对压电元件42外加大致锯齿状的驱动脉冲，该大致锯齿状的驱动脉冲从时刻α1至时刻α2平缓地上升，在时刻α3急剧下降。因此，从时刻α1至时刻α2，压电元件42平缓地伸长。此时，因为驱动轴44以平缓的速度移动，所以连结块46与驱动轴44一同移动。由此，可以在左方向上移动图4的连结块46。在时刻α3，因为压电元件42急剧收缩，所以驱动轴44在右方向上移动。此时，因为驱动轴44急剧移动，所以连结块46因惯性而停止在其位置，在该状态下，只有驱动轴44移动。因此，通过反复外加如图6(A)所示的锯齿状的驱动脉冲，图4的连结块46反复进行向左方向的移动和停止，所以可以在左方向上移动。
在图6(B)的情况下，对压电元件42外加大致锯齿状的驱动脉冲，该大致锯齿状的驱动脉冲从时刻β1至时刻β2平缓地下降，在时刻β3急剧上升。因此，从时刻β1至时刻β2，压电元件42平缓地收缩。此时，因驱动轴44平缓地变位，所以连结块46与驱动轴44一同移动。由此，可以在右方向上移动图4的连结块46。在时刻β3，压电元件42急剧伸长，驱动轴44在左方向上移动。此时，因为驱动轴44急剧移动，所以连结块46因惯性而停止在其位置，在该状态下，只有驱动轴44移动。因此通过反复外加如图6(B)所示的锯齿状的驱动脉冲，图4的连结块46反复进行向右方向的移动和停止，所以可以在右方向上移动。
接着，说明如上所述构成的驱动器34的作用。
如上所述，通过驱动驱动器34，连结块46或保持框18沿驱动轴44移动。此时，以往的驱动器产生如下的问题随着连结块46移动，连结块46的移动距离、移动速度及推力较大地变化。
图10表示驱动轴44的位置的连结块46的移动速度及推力的关系。同图的比较例是不依靠于连结块46的位置，用压紧弹簧56赋予了一定的推顶力的情况。
如图10所示，在赋予了一定的推顶力的比较例时，在驱动轴44的基端部和前端部连结块46的速度及推力下降，在驱动轴44的中央部速度及推力提高。因此，在以往装置中，由于速度及推力根据连结块46的位置而产生变化，因此存在无法进行稳定的驱动控制的问题。其原因被认为是，在对压电元件42外加脉冲状的电压而使压电元件42伸缩时，在驱动轴44产生微小的扭转或变形，从而驱动轴44整体不均匀地变位。
于是，在本实施方式，检测连结块46的位置，根据其检测值加热压紧弹簧56而使其变形，从而调整因压紧弹簧56而产生的推顶力。具体而言，在连结块46位于驱动轴44的前端部附近或基端部附近时，通过加热压紧弹簧56而使其变形，从而增加因压紧弹簧56而产生的推顶力。由此，连结块46和驱动轴44的摩擦力增加，确保连结块46的充分的移动速度及推力。从而，如图10所示，即使在连结块46位于驱动轴44的前端部或基端部时，也可以得到与位于驱动轴44的中央部的情况大致相同的移动速度及推力，所以可以进行不依靠于连结块46的位置的、稳定的驱动控制。
再有，所述的实施方式在连结块46位于驱动轴44的前端部附近或基端部附近时，加热压紧弹簧56而调整了推顶力，但是调整推顶力的定时(即，在驱动轴44的哪个位置加热压紧弹簧56)并不限定于所述的实施方式。例如，也可以只在连结块46位于驱动轴44的前端侧时，调整推顶力。另外，也可以在连结块46位于驱动轴44的中央部时，加热压紧弹簧56而调整推顶力。
另外，所述的实施方式在加热了压紧弹簧56时使压紧弹簧56记忆了推顶力增大的形状，但相反地，也可以在加热了压紧弹簧56时使其记忆了推顶力减小(或推顶力消失)的形状。
另外，所述的实施方式使用了在加热了压紧弹簧56时变形为记忆形状的一方向性的形状记忆合金，但并不限定于此，也可以使用在已冷却时变形为另一形状的二方向性的形状记忆合金。
另外，所述的实施方式通过由形状记忆合金构成的压紧弹簧56构成了推顶机构，但是推顶机构的结构并不限定于此，例如，也可以通过由形状记忆合金或形状记忆树脂构成的弹簧构成推顶机构。
进而，所述的实施方式，作为保持框18(即连结块46)的位置检测机构，使用了由光断续器构成的位置检测装置72、和由光反射器构成的位置检测装置74的双方，但也可以只使用一方，另外，也可以设置其他结构的位置检测机构。
接着说明本发明的驱动器34的第2实施方式。如图9所示的第2实施方式的驱动器34是根据工作环境调整推顶力的例，其具备测定固定框40内的温度的温度传感器84。作为温度传感器84，例如使用热电偶，且其前端配置在压电元件42的附近。该温度传感器84连接于控制装置70，控制装置70根据温度传感器84的检测值控制加热装置66，从而调整压紧弹簧56的温度。由此，根据设置有驱动器34的气氛的温度，压紧弹簧56变形，从而调整因压紧弹簧56而产生的推顶力。再有，压紧弹簧56变形为记忆形状时的温度、及此时的记忆形状基于实验结果设定，且设定为即使工作环境的温度产生变化，连结块46也始终以一定的移动速度或推力移动。例如设定为随着温度下降，因压紧弹簧56而产生的推顶力增加。
根据所述的第2实施方式，由于根据工作环境的温度，加热压紧弹簧56而使其变形，从而调整因压紧弹簧56而产生的推顶力，所以可以不依靠于温度，始终保持一定的移动速度或推力。例如，图11表示工作环境的温度和连结块46的移动速度的关系。同图的比较例是不依靠于工作环境，用压紧弹簧56赋予了一定的推顶力的情况。从该比较例可知，在赋予了一定的推顶力时，随着温度下降，连结块46的速度也下降。从而，无法进行稳定的驱动控制。相对于此，就本实施例而言，由于随着温度下降，使因压紧弹簧56而产生的推顶力增加，所以在温度已下降时也可以保持充分的速度。从而，根据本实施方式，可以大致一定地保持连结块46的速度，从而可以进行不依靠于工作环境的、稳定的驱动控制。
再有，所述的第2实施方式以连结块46的移动速度成为大致一定的方式调整了推顶力，但是也能够以连结块46的推力成为大致一定的方式调整推顶力。此时，只要设定为在温度上升时使推顶力增加即可。
另外，所述第2实施方式根据温度调整了推顶力，但是也可以测定温度或气压等另外的工作环境，并根据其测定值调整推顶力。
另外，在所述的第1实施方式中，调整了因连结块46的位置而产生的推顶力，在第2实施方式中，调整了因工作环境而产生的推顶力，但是也可以基于连结块46的位置和工作环境的双方调整推顶力。
进而，在所述的第1、第2实施方式中，推顶力的调整能够以二级或三级以上的多级进行调整，也可以调整为连续地变化。
再有，在本发明中锤部件58的材质并不限定于所述的软性材料，也可以使用硬性材料，但是使用软性材料有以下的优点。即，若使用由软性材料构成的锤部件58，则由压电元件42、驱动摩擦部件44、及锤部件58构成的系统的共振频率变低。通过共振频率变低，因压电元件42、驱动轴44、及锤部件58的结构的偏差而导致的影响减少，从而可以获得稳定的驱动力。另外，通过共振频率f0降低，驱动频率f容易设定于f≥21/2·f0的防振区域，共振的影响减少，从而可以获得稳定的驱动力。由此，因压电元件42的伸缩而产生的驱动力可靠地传递到被驱动部件，所以可以使被驱动部件在压电元件42的伸缩方向上正确地移动。进而，因为共振频率f0减小，因共振而导致的影响减少，所以可以任意选择驱动器的支承位置或支承方法，例如可以在压电元件42的端面42A或侧面、驱动轴44的侧面或端面支承驱动器。
权利要求
1.一种驱动器，其具备机电变换元件；驱动摩擦部件，其安装于该机电变换元件的伸缩方向的一方侧；被驱动部件，其与该驱动摩擦部件摩擦卡合；和推顶机构，其推顶该被驱动部件而使其与所述驱动摩擦部件摩擦卡合，该驱动器的特征在于，具备调整所述推顶机构的推顶力的推顶力调整机构。
2.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，具备位置检测机构，其检测所述被驱动部件的位置；和控制机构，其基于该位置检测机构的检测值控制所述推顶力调整机构。
3.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，具备工作环境测定机构，其测定工作环境；和控制机构，其基于该工作环境测定机构的测定值控制所述推顶力调整机构。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的驱动器，其特征在于，所述推顶机构是由形状记忆合金构成的板簧，所述推顶力调整机构是对所述板簧通电而进行加热的加热装置。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的驱动器，其特征在于，在所述被驱动部件安装有变焦透镜的保持框。
全文摘要
提供一种驱动器，其可以通过用推顶机构推顶被驱动部件而使其与固定于机电变换元件的驱动摩擦部件摩擦卡合，并且调整其推顶力，来进行始终稳定的驱动控制。驱动器(34)具备压电元件(42)；驱动轴(44)，其安装于压电元件(42)；连结块(46)，其与驱动轴(44)摩擦卡合；和压紧弹簧(56)，其推顶连结块(46)而使其与驱动轴(44)摩擦卡合。压紧弹簧(56)由形状记忆合金构成，且通过用加热装置(66)通电加热而变形，从而调整推顶力。
文档编号G02B7/02GK1916683SQ20061011078
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月9日 优先权日2005年8月15日
发明者佐佐木龙太 申请人:富士能株式会社