JP4616693B2 - Driving device and driving method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、電気機械変換素子を用いて被駆動体ないし被変位体を駆動するための駆動装置(アクチュエータ)及びその駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a driving device (actuator) for driving a driven body or a displaced body using an electromechanical conversion element, and a driving method thereof.
従来、カメラの撮影レンズやオーバーヘッドプロジェクタなどの投影レンズ,双眼鏡のレンズ,複写機のレンズなど、光学装置におけるレンズの駆動のほか、プロッタやX−Y駆動テーブルのような装置など、駆動部を有する装置一般の駆動技術としては、以下の特許文献1〜4などがある。
Conventionally, in addition to driving lenses in optical devices such as projection lenses such as camera photographing lenses and overhead projectors, binocular lenses, and copier lenses, there are drive units such as devices such as plotters and XY drive tables. As a general driving technique of the apparatus, there are the following
まず、特許文献1について、図17の概略図を用いて説明する。図17の圧電アクチュエータ300において、310は突起部,322Bは支持部,322Cは固定部である。また、321は圧電素子で、321Aは中央電極,321B及び321Cは対称電極である。圧電素子321は、中央電極321Aにより、長手方向に伸縮(縦振動)し、対称電極321Bあるいは321Cにより屈曲振動させ、2つの振動の組み合わせにより、突起部310に楕円運動を生じさせて駆動力として取り出している。楕円運動の回転方向は、対称電極321Bと321Cで反転し、屈曲振動を励振する対称電極321B,321Cを選択することで制御される。
First,
特許文献2は、図18のような構成となっており、長縁部440及び442,短縁部428及び443を有する矩形の圧電体410の主面上には、電極414,416,418,420が形成されている。前記電極414と420は経路422で電気的につながっており、電極416と418が、経路424で電気的につながっている。前記圧電体410は、固定支持体432,434及びばね負荷式支持体436,438で動きが制限され、短縁部443の中央に付与されたバネ負荷式支持体444により、短縁部428の中央に取り付けられたセラミックスペーサ426を介して、被可動物体430に押し付けられている。x方向の共振周波数とy方向の共振周波数が重なり合うことが望ましく、短縁部の高次モードの共振と長縁部の低次モードの共振の間隔が狭くなるように、長縁部の長さと短縁部の長さが制限される。このような機構では、短縁部と長縁部が共振する周波数の単極非対称のパルス電圧や交番電圧を、対向する電極416と418,あるいは、電極414と420に印加することで、図18中の−xあるいはx方向に圧電体410を変形させ、被可動物体430を−xあるいはx方向に駆動する。また、特許文献4においても、平板上の圧電素子の片面に4分割の電極を配置し、端部に被駆動体を接触させて振動による駆動力を与える技術が開示されている。
更に、特許文献3の技術では、図19に示す通り、圧電素子を積層した振動板510の長手方向の一端部535には、ロータ500に当接させられる突起部536が設けられている。前記振動板510は、その長手方向に伸びる辺部510a,510bにおいて、第1の支持部材511a及び第2の支持部材511bによって振動可能に支持されている。ここで、前記第1の支持部材511aの幅と、前記第2の支持部材511bの幅が異なっており、そのために支持構造がアンバランスになっている。このような構成のもとで、圧電素子の長手方向の縦振動と直交する屈曲振動の2つの振動を組み合わせることで、突起部536を楕円運動させて、ロータ500を図に矢印で示す方向に回転させる。当該技術では、構成をアンバランスにすることで、突起部536の振動を拡大して大きな回転運動を引き出している。
ところで、近年では、携帯電話のデジタルカメラ用のレンズモジュールは、光学素子の高画素化,ズーム,オートフォーカス,手ぶれ防止などの高機能化を低コストで達成することが求められてきている。しかしながら、以上のような背景技術には、次のような不都合がある。まず、特許文献1に記載の技術では、縦振動と屈曲振動の共振がずれると駆動しないため、素子寸法や入力信号を高精度で制御することが必要となり、小型化しにくく、コストがかかるという不都合がある。また、特許文献2の技術では、長縁部方向と短縁部方向の振動の重なりが悪いと駆動力が下がるため、素子の精度が要求される。また、素子の構造が複雑で、かつ、駆動回路の制御も要求されるため、小型化が困難であるとともにコストもかかってしまう。特許文献4の技術についても同様である。更に、特許文献3の技術では、2つの縦振動と屈曲振動の組み合わせが必要であるとともに、回転方向が右回転で固定されるため、回転方向を自由に変えられないという不都合がある。
Incidentally, in recent years, lens modules for digital cameras of mobile phones have been required to achieve high functionality such as high pixel density, zoom, autofocus, and camera shake prevention at low cost. However, the background art as described above has the following disadvantages. First, since the technique described in
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、小型かつ軽量で、安定した変位及び位置決め,あるいは、回転方向の自在な制御が可能な駆動装置及びその駆動方法を提供することである。 The present invention pays attention to the above points, and an object of the present invention is to provide a driving device and a driving method thereof that are small and lightweight and capable of stable displacement and positioning or freely controlling the rotation direction. is there.
前記目的を達成するため、本発明の駆動装置の駆動方法は、圧電層の主面を複数に分割したそれぞれの領域に、前記圧電層を挟んで対向する一対の駆動電極を設けた圧電素子と、前記圧電層を複数領域に分割するライン上に設けられており、被駆動体と接触する突起部と、前記圧電素子が主面に貼り合わせられる振動板と、前記突起部を被駆動体に付勢させる付勢手段と、を備えた駆動装置の駆動電極のうち、一方の分割領域の駆動電極間に駆動信号を入力するとともに、他方の分割領域の駆動電極間にインピーダンス素子を接続することにより、前記分割するラインから、前記インピーダンス素子を接続した分割領域側に振動の中心をずらし、前記突起部を、前記インピーダンス素子を接続した分割領域の被駆動体側と、前記インピーダンス素子を接続しない分割領域の被駆動体の反対側とを、斜めに振動させることによって、前記被駆動体を変位させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a driving method of a driving device according to the present invention includes a piezoelectric element provided with a pair of driving electrodes facing each other with the piezoelectric layer interposed in each region obtained by dividing the main surface of the piezoelectric layer into a plurality of regions. the provided on the line dividing the piezoelectric layer into a plurality of regions, and a protrusion that contacts the driven body, a diaphragm the piezoelectric element is bonded to the main surface, the projections on the driven member of the drive electrodes of the drive system including a biasing means for biasing the inputs the driving signal between the driving electrode of one of the divided regions, connecting the impedance element between the driving electrode of the other divided area The center of vibration is shifted from the line to be divided to the divided region side to which the impedance element is connected, and the protrusion is connected to the driven body side of the divided region to which the impedance element is connected, and the impedance And the opposite side of the driven body of the divided regions is not connected to the element, by vibrating obliquely, characterized in that for displacing the driven member.
本発明の駆動装置は、圧電層の主面を複数に分割したそれぞれの領域に、前記圧電層を挟んで対向する一対の駆動電極を備えた圧電素子,前記圧電層を複数領域に分割するライン上に設けられており、被駆動体と接触する突起部,前記圧電素子が主面に貼り合わせられる振動板,前記突起部を、前記被駆動体に対して付勢配置する付勢手段,を備えるとともに、前記駆動電極のうち、一方の分割領域の駆動電極間に駆動信号を入力するとともに、他方の分割領域の駆動電極間にインピーダンス素子が接続されることにより、前記分割するラインから、前記インピーダンス素子を接続した分割領域側に振動の中心をずらし、前記突起部を、前記インピーダンス素子を接続した分割領域の被駆動体側と、前記インピーダンス素子を接続しない分割領域の被駆動体の反対側とを、斜めに振動させることにより、前記被駆動体を変位させることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。 The drive device of the present invention includes a piezoelectric element having a pair of drive electrodes facing each other with the piezoelectric layer sandwiched in each region obtained by dividing the main surface of the piezoelectric layer into a plurality of lines, and a line dividing the piezoelectric layer into a plurality of regions. Protruding portions provided on the driven body, a diaphragm on which the piezoelectric element is bonded to the main surface, and urging means for urgingly arranging the protruding portions with respect to the driven body. together comprising, among said driving electrodes, inputs the driving signal between the driving electrode of one of the divided regions, the Rukoto connected impedance elements between the driving electrode of the other of the divided regions, from the split to lines, the The center of vibration is shifted to the divided region side to which the impedance element is connected, and the protrusion is divided into the driven body side of the divided region to which the impedance element is connected and the impedance element is not connected. And the opposite side of the driven body of the band, by vibrating obliquely, characterized in that for displacing the driven member. The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
本発明は、圧電層の主面を複数に分割したそれぞれの領域に、前記圧電層を挟んで対向する一対の駆動電極を設け、前記圧電層を複数領域に分割するライン上に被駆動体と接触する突起部を設け、該突起部を付勢手段によって被駆動体に対して付勢する。そして、一方の分割領域の駆動電極間の駆動信号を入力して圧電素子の片側を非対称振動で励振し、他方の分割領域の駆動電極間にインピーダンス素子を接続することにより、振幅が非対称となり、単一方向への安定した駆動力を得ることができる。駆動方向の反転も可能である。また、1つの振動しか利用しないため、周波数制御も容易であるとともに、寸法が制限されることがなく、駆動装置の小型化,軽量化,薄型化を図ることができる。 According to the present invention, a pair of drive electrodes facing each other with the piezoelectric layer interposed therebetween is provided in each region obtained by dividing the main surface of the piezoelectric layer into a plurality, and the driven body and the driven body are arranged on a line dividing the piezoelectric layer into a plurality of regions. a protrusion that contacts provided, you urge against the driven member by the biasing means the protrusion. And, by inputting a drive signal between the drive electrodes of one divided region, exciting one side of the piezoelectric element with asymmetric vibration, and connecting the impedance element between the drive electrodes of the other divided region, the amplitude becomes asymmetric, A stable driving force in a single direction can be obtained. The driving direction can be reversed. Further, since only one vibration is used, the frequency control is easy and the dimensions are not limited, and the drive device can be reduced in size, weight, and thickness.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on examples.
最初に、図1〜図6を参照しながら本発明の実施例1を説明する。本実施例は、本発明を光学装置のフォーカス用レンズ駆動装置(アクチュエータ)として使用した例である。図1(A)は、本実施例の全体をレンズの光軸方向から見た平面図,図1(B)は主要部を示す斜視図である。図2は、前記図1(A)を#A−#A線に沿って切断した断面図であり、(A)は鏡筒が上昇した状態,(B)は駆動しない状態,(C)は下降した状態を示す図である。図3は、本実施例の鏡筒の変位速度と駆動電圧の関係を示す図である。
First,
本実施例の駆動装置10は、被変位物である鏡筒34を、通路30内でレンズ36の光軸方向(図2の上下方向)に移動ないし変位させるためのものである。前記駆動装置10は、図2に示すように、光軸方向に沿って配置されるとともに、長辺側縁部の一方が、通路の内面42にバネ44を介して支持されている。なお、本実施例では説明を容易にするため、鏡筒34を通路30内で上下に変位させることとして説明しているが、変位方向は任意である。前記鏡筒34は、適宜位置でレンズ36を支持しており、その外周面には、略円筒状のガイド38が設けられている。該ガイド38には、適宜間隔で光軸方向に沿って複数のスリット(ないし溝)40が形成されている。
The
図示の例では、前記スリット40が4箇所設けられており、その内の対向する一対のスリット40には、前記鏡筒34の外周から径方向に突出した凸部34A,34Bが係合している。そして、鏡筒34が変位する際に、前記凸部34A,34Bがスリット40内を移動することで、光軸方向への鏡筒34の変位がガイドされるとともに回転が抑制される。更に、残りのスリット40のうちの1つを介して、駆動装置10の突起部14が、前記鏡筒34に当接している。なお、前記突起部14は、通路30の内面42から光軸と略直交する方向に通路30の中心に向けて延出したバネ44によって、鏡筒34に対して付勢されている。
In the illustrated example, four
前記駆動装置10は、略長方形の振動板12の一方の主面に圧電素子16を貼り合わせたユニモルフ構造となっている。前記圧電素子16は、圧電体18の一方の主面に駆動電極20を、他方の主面に駆動電極22A,22Bを備えている。前記振動板12に貼り合わせる側の駆動電極20は分割されておらず、他方の主面に設けられる駆動電極22A,22Bは、これらの分割ライン24に対して対称で、かつ、導通しないように形成されている。前記駆動電極20と振動板12は同電位となっており、図2(B)に示すように、駆動電源28及びインピーダンス素子46に接続されている。また、他方の分割電極22A及び22Bは、いずれか一方が前記駆動電源28又はインピーダンス素子46に接続されており、スイッチ48A,48Bの切り替えにより、駆動信号の入力により励振される側と、インピーダンス素子46に接続する側の切り替えが可能となっている。すなわち、前記駆動装置10は、前記分割ライン24の両側で圧電素子16が独立に励振できるように構成されている。
The driving
前記振動板12としては、例えば、金属板などが利用され、圧電体18は、例えば、PZT、Bi系ペロブスカイト構造セラミックス、Bi層状構造化合物系セラミックス、Nb酸系セラミックスなどにより形成される。また、駆動電極20,22A,22Bは、例えば、AgやAg/Pd合金などにより形成されるが、これらに限定されるものではなく、各種の公知の材質によって形成可能である。また、前記振動板12の長辺側であって、前記バネ44が接続されていない側の側面には、前記駆動電極22Aと22Bの分割ライン上,すなわち、振動の節に相当する位置に、突起部14が形成されている。該突起部14は、例えば、前記振動板12と同一材料で形成されている。このような構成の駆動装置10は、通路内面42から突出したバネ44によって、前記突起部14が鏡筒34に接触するように付勢されている。
As the
次に、図4〜図6も参照して、本実施例の作用を説明する。図4は、比較例の対称振動の作用を示す図であり、(A-1)〜(A-3)は平面図,(B)は前記(A-2)を#B−#B線に沿って切断した断面と回路を示す図,(C)は突起部の軌跡を示す図である。また、図5及び図6は、本実施例の非対称振動の作用を示す図であり、それぞれ(A-1)〜(A-3)は平面,(B)は前記(A-2)を#C−#C線,#D−#D線に沿って切断した断面と回路,(C)は突起部の軌跡を示している。なお、突起部14の軌跡を示す図では、横軸が図2の上下方向,すなわち光軸方向に相当する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing the operation of the symmetrical vibration of the comparative example, (A-1) to (A-3) are plan views, and (B) is the (A-2) line # B- # B. The figure which shows the cross section and circuit which were cut | disconnected along, (C) is a figure which shows the locus | trajectory of a projection part. FIGS. 5 and 6 are diagrams showing the action of the asymmetric vibration of the present embodiment. (A-1) to (A-3) are planes, and (B) is the above (A-2). Sections and circuits cut along the lines C- # C and # D- # D, and (C) show the locus of the protrusion. In the figure showing the locus of the
まず、図4(B)に示すように、圧電素子16の左部分(駆動電極22A側)を駆動し、右部分(駆動電極22B側)にインピーダンス素子46をつながない場合について説明する。図4(A-1)及び(A-3)に示すように、圧電素子16の片側がのびている際に反対側が縮む面振動の2次のモードで振動させると、左右対称に振動し、図4(C)に示す通り、突起部14は、左右対称の振り子振動となり、単一方向の駆動力を得ることができない。
First, as shown in FIG. 4B, the case where the left portion (drive
しかしながら、図5に示すように、圧電素子16の左側の部分(駆動電極22A側)を励振した場合に、右部分(駆動電極22B側)にインピーダンス素子46を接続する構成にすると、振動の中心が右側にずれるため、図5(C)に示すように、突起部14は、斜め右に上がり、斜め左に下がる振動を行う。この突起部14の先端14Aを、付勢手段(本実施例ではバネ44)によって被変位物(本実施例では鏡筒34)に押し付けると、突起部14が斜め右に上がる時に、被変位物を斜め右に押し上げる力が作用し、突起部14が斜め左に下がる時は、駆動装置10の励振の周波数に比べて付勢手段の部分の共振周波数は十分低いため、突起部14は、被変位物と干渉せずに変位する。
However, as shown in FIG. 5, when the left side portion (drive
逆に、図6に示す通り、圧電素子16の右部分(駆動電極22B側)を励振した場合に、左部分(駆動電極22A側)にインピーダンス素子46を接続する構成にしてあると、振動の中心が左側にずれるため、図6(C)に示す通り、突起部14は、斜め左に上がり、斜め右に下がる振動を行う。上述した通り、該突起部14の先端14Aを付勢手段によって被変位物に押し付けると、突起部14が斜め左に上がる時に、被変位物を斜め左に上げる力が作用し、突起部14が斜め右に下がる時は、上述した場合と同様に、突起部14は被変位物と干渉せずに変位する。
On the contrary, as shown in FIG. 6, when the right portion (drive
上述した作用により、圧電素子16の左側の部分(駆動電極22A側)を励振した場合は、被変位物を右方向に変位させることができる。逆に、圧電素子16の右側部分(駆動電極22B側)を励振した場合には、被変位物を左方向に変位させることができる。
Due to the above-described action, when the left portion (drive
前記図4〜図6を用いて説明した作用を、図1,図2に示すように配置された本実施例に適用すると、まず、図2(A)のように圧電素子16の下の部分(駆動電極22B側)を駆動し、圧電素子16の上の部分(駆動電極22A側)にインピーダンス素子46を接続すると、圧電素子16の上側の部分は、圧電効果による伸縮が妨げられる。すると、振動の中心が突起部14より上部に移動して、突起部14が右上に突き上げ、左下に付き下げる振動をする。左下に下がる際には、鏡筒34と干渉しないため、鏡筒34は、上に変位する。また、圧電素子16を駆動しないと、図2(B)に示すように、バネ44により突起部14が鏡筒34を抑えて位置を固定する。逆に、圧電素子16の上側(駆動電極22A側)を駆動し、下側(駆動電極22B側)にインピーダンス素子46を接続すると、下の圧電素子部分の伸縮が妨げられ、振動の中心が突起部14より下部に移動し、突起部14が右下に突き下げ、左上に突き上げる振動をする。左上に突き上げる際には、鏡筒34と干渉しないため、鏡筒34は下に変位する。本実施例の駆動装置10では、図3に示すように、入力電圧の幅Vp-pが5Vのときに、5mm/sの変位速度が得られた。
When the operation described with reference to FIGS. 4 to 6 is applied to the present embodiment arranged as shown in FIGS. 1 and 2, first, a lower portion of the
このように、実施例1によれば、次のような効果がある。
(1)圧電体18の主面を対称に分割した各領域に、該圧電体18を挟んで対向する一対の駆動電極を設けるとともに、圧電素子16の分割領域の一方を駆動信号の入力により励振し、他方の分割領域にインピーダンス素子46を接続する。そして、前記圧電体18を分割するライン上に設けた突起部14を鏡筒34に接触させることとしたので、単一方向への安定した駆動力を得ることができる。
(2)1つの振動しか利用しないため、周波数制御が容易である。また、寸法が制限されることがないため、駆動装置10の小型化,軽量化,薄型化を図ることができる。
(3)駆動信号の入力により励振させる側と、インピーダンス素子46を接続する側とを切り替え可能としたので、鏡筒34の変位方向を反転させることができる。
(4)バネ44により突起部14を鏡筒34に向けて付勢することとしたので、安定した駆動を得ることができる。
Thus, according to the first embodiment, there are the following effects.
(1) A pair of drive electrodes facing each other across the
(2) Since only one vibration is used, frequency control is easy. Further, since the dimensions are not limited, the
(3) Since the side to be excited by the input of the drive signal and the side to which the
(4) Since the projecting
<実施例1の変形例>・・・次に、図7及び図8を参照して、本実施例の変形例を説明する。図7は、本変形例を光軸方向から見た平面図である。図8は、前記図7を#F−#F線に沿って切断した断面図であり、(A)は鏡筒を上昇させた状態,(B)は駆動させない状態,(C)は下降させた状態を示している。前記図1〜図6に示した例は、鏡筒34の一箇所にのみ駆動装置10の突起部14を接触させたものであるが、図7及び図8に示す例は、駆動装置10を、鏡筒34を挟んで対向する位置に一つずつ設けたものである。このように、鏡筒34の両側に駆動装置10を設けることで、上述した構成の場合の約2倍の変位速度が得られる。
<Modification of First Embodiment> Next, a modification of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a plan view of the present modification viewed from the optical axis direction. 8 is a cross-sectional view taken along line # F- # F in FIG. 7. (A) is a state where the lens barrel is raised, (B) is a state where it is not driven, and (C) is a state where it is lowered. Shows the state. In the example shown in FIGS. 1 to 6, the
次に、図9及び図10を参照しながら本発明の実施例2を説明する。なお、上述した実施例1と同一ないし対応する構成要素には同一の符号を用いることとする(以下の実施例についても同様)。本実施例は、本発明を手ぶれ防止用のレンズ駆動装置として適用した例である。図9は、本実施例を光軸方向から見た平面図,図10は、前記図9を#G−#G線に沿って切断した断面図であり、(A)は鏡筒を図9のx方向に移動させた状態,(B)は駆動させない状態と駆動回路,(C)は−x方向に移動させた状態を示している。
Next,
本実施例では、レンズ36の鏡筒52は略方形となっており、光軸に直交した面内を、図9に示す−x〜x、−y〜yに沿って可動な構成となっている。可動面内には、駆動装置10が、−y〜y方向に沿って平行に配置され、駆動装置50が、−x〜x方向に沿って平行に配置されている。なお、駆動装置50の構成は、前記駆動装置10と同様である。これら駆動装置10及び50の突起部14は、内面42から伸びたバネ44によって付勢され、前記鏡筒52と接触している。また、鏡筒52の他の縁部は、内面42から伸びたバネ44の先端に設けられた把持部54により支持されている。
In the present embodiment, the
図10も参照して、駆動装置50によって鏡筒52を図9のx,−x方向に移動させる場合について説明する。圧電素子16の左側(鏡筒52に向かって左側,すなわち、駆動電極22A側)を駆動し、右側(鏡筒52に向かって右側,すなわち、駆動電極22B側)にインピーダンス素子46を接続すると、圧電効果による右側の伸縮が妨げられ、振動の中心が突起部14より右側に移動し、突起部14が右上に突き上げ、左下に付き下げる振動をする。左下に下がる際には、鏡筒52と干渉しないため、鏡筒52は、右側に変位する(図10(A)参照)。圧電素子16を駆動しないときは、バネ44により突起部14が鏡筒52を抑えるため、鏡筒52の位置は固定される(図10(B)参照))。そして、逆に、圧電素子16の右側を駆動し、左側にインピーダンス素子46を接続すると、上述した通り、圧電素子16の左側部分の伸縮が妨げられ、振動の中心が突起部14より左に移動し、突起部14が左上に突き上げ、右下に突き下げる振動をする。右下に突き下げる際には、鏡筒52と干渉しないため、鏡筒52は、左に変位する(図10(C)参照)。y方向についても、駆動装置10を用いることにより、−y〜y方向に変位する。もちろん、−x〜x方向への変位と、−y〜y方向への変位を同時に行うようにしてもよい。このように、本実施例2は、手ぶれ防止用のアクチュエータ(駆動装置)として十分に機能可能である。
The case where the
次に、図11を参照しながら、本発明の実施例3について説明する。本実施例は、本発明を超音波モータとして適用した例である。図11(A)に示す例では、上述した実施例1と同様の駆動装置10を用いたものであり、該駆動装置10は、軸62に支持されたロータ60(ないし回転体)の外周に、突起部14を接触させた構造となっている。また、図11(B)に示す例では、駆動装置70を略円弧状として、前記ロータ60の外周に沿わせるように配置した例である。なお、駆動装置70の構成は、前記駆動装置10と同様である。図11(A)及び(B)のいずれの例であっても、圧電素子16の右側(駆動電極22B側)を駆動し、左側(駆動電極22A側)にインピーダンス素子46を接続すると、突起部14に左への駆動力が発生し、ロータ60が時計回り(CW)に回転する。逆に、圧電素子16の左側を駆動し、右側にインピーダンス素子46を接続すると、突起部14に右への駆動力が発生し、ロータ60が反時計回り(CCW)に回転するようになる。このように、駆動装置の片側を励振させ、該駆動させる部分と対称の圧電素子部分にインピーダンス素子46をつなげて振動を非対称にさせるとともに、励振側とインピーダンス素子46接続側を切り替えることで、1つの振動モードで回転方向を制御できる。
Next,
次に、図12及び図13を参照して、本発明の実施例4について説明する。図12は、上述した駆動装置10において、駆動電極22A及び22Bをそれぞれ分極した例である。図12(A-1)〜(A-3)は比較例であって、インピーダンス素子46を接続しない構成としたものであり、このような構成とすると駆動装置10Aは、左右対称に振動し駆動力は得られない。これに対し、図12(B-1)〜(B-3)に示すように、片側にインピーダンス素子46を設けることにより、対称がくずれて駆動力が得られる。このように、圧電素子16の駆動は、L1モードでも、分極の向きを変えて、横面内振動F2モードを利用してもよい。
Next, Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 shows an example in which the
あるいは、図13に示す例のように、圧電素子16の主面を4分割し、前記駆動電極22A及び22Bが対向するように構成してもよい。図13(A-1)〜(A-3)は比較例であって、インピーダンス素子46を接続しない構成としたものであり、駆動装置10Bは、駆動電極22Aと22Bを単独で駆動しても対称に振動し、駆動力は得られない。これに対し、図13(B-1)〜(B-3)に示すように、片側にインピーダンス素子46を設けることにより、駆動装置10Cの対称がくずれて駆動力が得られる。このように、圧電素子16の駆動は、L1モードでも、電極を図13(B-1)及び(B-2)に示すように分割し、横面内振動F2モードを利用してもよい。
Alternatively, as in the example shown in FIG. 13, the main surface of the
次に、図14を参照しながら、本発明の実施例5を説明する。図14(A)は、本実施例の構成を示す分解斜視図,図14(B)は平面図,図14(C)は、前記図14(B)を矢印F14方向から見た正面図である。上述した実施例3は、回転体の外周側に駆動装置の突起部を接触させて単一方向への回転力を得る構成であるが、本実施例は、回転体の主面に突起部を接触させて回転させるものである。
Next,
図14に示すように、本実施例の回転モータ80は、軸102に支持されたロータ100を回転させるものであって、前記ロータ100の一方の主面側に配置されている。前記回転モータ80は、平板リング状の振動板82の一方の主面にリング状の圧電素子86を貼り合わせたものである。該圧電素子86の一方の主面には、リングの中心に極座標をとり、均等の間隔で複数(図示の例では6つ)に分割した駆動電極92A〜92Fが形成されている。また、圧電素子86の他方の主面,すなわち、振動板82と接触する面には、分割しない1つの駆動電極90が形成されている。更に、複数に分割した駆動電極92A〜92Fの整数倍で均等の間隔になるように、分割電極間で、支持部96によって前記振動板82が支持されている。そして、支持部96同士の中間の角度に、圧電素子86を貼り付けていない側の振動板82の主面に突起部84を設け、該突起部84を被回転体であるロータ100に接触させた構造となっている。本実施例の場合は、前記突起部84及び支持部96はいずれも、駆動電極の分割ライン上に配置されている。
As shown in FIG. 14, the
本実施例では、図示の通り、駆動電極90と振動板82は同電位となっており、駆動電源28及びインピーダンス素子46に接続されている。また、駆動電極92A,92C,92Eと、駆動電極92B,92D,92Fは、駆動電源28又はインピーダンス素子46のいずれかに接続されるようになっており、スイッチ48A及び48Bにより、駆動電源28に接続される側と、インピーダンス素子46に接続される側を切り替えることが可能となっている。
In the present embodiment, as illustrated, the
このような構成で圧電体88を励振すると、支持部96を節としたベンディングの振動が発生する。時間に対して対称な信号を入力する場合は、励振しない部分にインピーダンス素子46をつながないと振動は対称となり、突起部84は未変位の状態を中心にして、角度方向に均等に振動する。しかしながら、励振しない部分にインピーダンス素子46をつなげると、突起部84の振動の対称性が崩れ、該突起部84の振動の中心が、未変位の状態からインピーダンス素子46をつなげた方向にずれる。突起部84は、インピーダンス素子46をつないだ領域側へ撓む際に、ロータ100を押す力を生じる。一方、圧電素子が縮む際には、突起部84はインピーダンス素子46をつないだ側にあり、突起部84が戻る速度が速く、かつ、振動板82及びロータ100に慣性があるため、前記突起部84はロータ100と干渉することなく振動する。
When the
以上のように、支持部96の一方側に位置する領域を励振し、前記支持部96の他方側に位置する領域にインピーダンス素子46を接続する構成とすることで、ロータ100に突起部84からトルクが加えられ、該ロータ100が一定方向に回転する。更に、励振する領域とインピーダンス素子46を接続する部分を入れ替えることで、回転方向が反転できる。例えば、ロータ100の回転速度は、5Vp−pの交番信号で、10rpsという速い回転速度が得られる。なお、本実施例においては、回転モータ80の自重により突起部84がロータに付勢されている。
As described above, by exciting the region located on one side of the
本実施例においても、上述した実施例1〜4と同様に、1つの振動しか使用しないため、周波数の制御が容易であるとともに、駆動素子の寸法で複数の振動を組み合わせることが必要でないため、寸法も制限されることなく、小型、軽薄、低コストの回転モータが提供できる。 Also in the present embodiment, since only one vibration is used as in the first to fourth embodiments described above, it is easy to control the frequency and it is not necessary to combine a plurality of vibrations with the dimensions of the drive element. There is no limitation on the size, and a small, light, and low-cost rotary motor can be provided.
次に、図15を参照しながら、本発明の実施例7について説明する。図15(A)は、本実施例の平面図,図15(B)は、前記図15(A)を矢印F15a方向から見た側面図,図15(C)は、前記図15(A)を矢印F15b方向から見た正面図である。本実施例も、前記実施例5と同様に、駆動装置によって被回転体を回転させるものである。図15に示すように、本実施例の回転モータ120は、リングから弧状に切り出した形状となっており、ロータ100の一方の主面側に配置されている。回転モータ120は、振動板122の一方の主面に、圧電素子126が貼り付けられており、他方の主面の適宜位置(振動の節の位置)には、前記ロータ100の主面に当接する突起部124が設けられた構成となっている。なお、前記振動板122は、側面の適宜位置で支持部134により支持されている。また、前記圧電素子126は、振動板122に貼り合わせる側には分割していない駆動電極130が形成されており、他方の主面には、複数(図示の例では4つ)に分割された駆動電極が形成されている。本実施例の回転モータ120のように、略弧状の形状としても、前記実施例5と同様の効果が得られる。
Next, Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIG. 15A is a plan view of the present embodiment, FIG. 15B is a side view of FIG. 15A viewed from the direction of arrow F15a, and FIG. 15C is the above-described FIG. 15A. It is the front view which looked at from arrow F15b direction. In the present embodiment, similarly to the fifth embodiment, the driven body is rotated by the driving device. As shown in FIG. 15, the
次に、図16を参照しながら、本発明の実施例7について説明する。図16(A)は本実施例の平面図,図16(B)は、前記図16(A)を#I−#I線に沿って切断し矢印方向に見た断面図,図16(C)は、前記図16(A)を#J−#J線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。図16に示すように、本実施例の回転モータ150は、略筒状のロータ164の内側に配置されており、全体として円の一部を切り欠いた形状となっている。前記回転モータ150は、円の一部を切り欠いた形状の振動板152の一方の主面に圧電素子156を備えている。該圧電素子156は、振動板152に貼り合わせられる側の圧電体158の主面に、分割されていない駆動電極160を備えており、他方の主面に、左右対称に分割された駆動電極162A及び162Bを備えている。また、前記振動板152の外周部には、放射方向に左右対称となるように突起部154が形成されており、該突起部154が、素面の垂直高さをとった筒状のロータ164の内面と接触している。更に、前記振動板152は、圧電素子156が設けられていない側の面で、左右対称になるように配置された支持部166により支持されている。駆動方法は、前記実施例5と同様である。すなわち、圧電素子156の片側(例えば、駆動電極162A側)を励振した場合は、圧電素子156の反対側(例えば、駆動電極162B側)にインピーダンス素子46を接続し、励振側とインピーダンス素子接続側は、スイッチ48A及び48Bにより切り替え可能となっている。
Next, Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIG. 16A is a plan view of this embodiment, FIG. 16B is a cross-sectional view of FIG. 16A cut along the line # I- # I and viewed in the direction of the arrow, and FIG. FIG. 16A is a cross-sectional view of FIG. 16A taken along line # J- # J and viewed in the direction of the arrow. As shown in FIG. 16, the
このような構成で、圧電素子156の片側部分(例えば、駆動電極162A側)を交番電場,あるいは、時間に対して非対称の電圧信号で励振し、圧電素子156の反対側(例えば、駆動電極162B側)にインピーダンス素子46をつなげると、非対称の振動が発生し、励振した部分が伸びる際に、突起部154が伸びる方向,すなわち、ロータ164の円弧の接線方向に駆動力が発生し、一方向にロータ164が回転する。同様に、励振する側とインピーダンス素子46をつなげる側を切り替えると、反対に回転する駆動力がロータ164に作用し、逆回転を行う。本実施例の効果は、前記実施例5と同様である。
With such a configuration, one side of the piezoelectric element 156 (for example, the
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)上述した実施例に示した材料,形状,寸法は一例であり、同様の作用を奏するように適宜変更可能である。また、駆動電極の分割数も一例であり、必要に応じて適宜増減してよい。
(2)前記バネ44や支持部96,134,166も一例であり、同様の作用を奏するように適宜変更可能である。
(3)圧電素子の構造も、ユニモルフ,バイモルフのいずれであってもよい。また、圧電素子自体が圧電層と電極層を交互に積層した積層構造のものであってもよく、その積層数,内部電極の接続パターン,引出構造なども必要に応じて適宜変更可能である。
(4)駆動用の印加電圧波形も、駆動形態に応じて適宜設定してよい。
(5)前記実施例の駆動装置や回転モータは一例であり、本発明は、例えば、カメラの撮影レンズやオーバーヘッドプロジェクタなどの投影レンズ,双眼鏡のレンズ,複写機のレンズなど、光学装置におけるレンズの駆動のほか、プロッタやX−Y駆動テーブルのような装置など、駆動部を有する装置一般に適用可能である。
In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the following are also included.
(1) The materials, shapes, and dimensions shown in the above-described embodiments are examples, and can be appropriately changed so as to achieve the same effect. Further, the number of divisions of the drive electrode is an example, and may be appropriately increased or decreased as necessary.
(2) The
(3) The structure of the piezoelectric element may be either a unimorph or a bimorph. Further, the piezoelectric element itself may have a laminated structure in which piezoelectric layers and electrode layers are alternately laminated, and the number of laminated layers, the connection pattern of internal electrodes, the lead structure, and the like can be appropriately changed as necessary.
(4) The applied voltage waveform for driving may also be set as appropriate according to the driving mode.
(5) The driving device and the rotation motor of the above-described embodiment are examples, and the present invention is not limited to a lens for an optical device such as a projection lens such as a camera photographing lens or an overhead projector, a binocular lens, or a copier lens. In addition to driving, the present invention can be applied to a device having a drive unit such as a device such as a plotter or an XY drive table.
本発明によれば、圧電層の主面を複数に分割した各領域に、該圧電層を挟んで対向する一対の駆動電極を設けるとともに、前記圧電層を複数領域に分割するライン上に被駆動体と接触する突起部を設け、該突起部を付勢手段によって被駆動体に対して付勢する。そして、圧電素子の分割領域の一方を駆動信号の入力により励振し、他方の分割領域にインピーダンス素子を接続して前記突起部を非対称で駆動し、単一方向への安定した駆動力を得るため、安定した動作が必要とされる精密機器や通信機器などで利用される駆動装置の用途に適用できる。特に、小型化,軽量化,薄型化が要求される駆動装置の用途に好適である。
According to the present invention, each region obtained by dividing the main surface of the piezoelectric layer into a plurality of regions is provided with a pair of drive electrodes facing each other with the piezoelectric layer interposed therebetween, and driven on a line dividing the piezoelectric layer into a plurality of regions. the protrusion is brought into contact with the body provided, you urge against the driven member by the biasing means the protrusion. Then, excited by an input of one of the drive signals of the divided regions of the piezoelectric element, the projecting portion is driven asymmetrically by connecting an impedance element to the other of the divided regions, to obtain a stable driving force to a single direction It can be applied to the use of a drive device used in precision equipment or communication equipment that requires stable operation. In particular, it is suitable for the use of a drive device that requires a reduction in size, weight, and thickness.
10,10A,10B,10C:駆動装置
12:振動板
14:突起部
14A:先端
16:圧電素子
18:圧電体
20,22A,22B:駆動電極
24:分割ライン
28:駆動電源
30:通路
34:鏡筒
34A,34B:凸部
36:レンズ
38:ガイド
40:スリット(ないし溝)
42:内面
44:バネ
46:インピーダンス素子
48A,48B:スイッチ
50:駆動装置
52:鏡筒
54:把持部
60:ロータ
62:軸
70:駆動装置
80:回転モータ
82:振動板
84:突起部
86:圧電素子
88:圧電体
90,92A〜92F:駆動電極
94:分割ライン
96:支持部
100:ロータ
102:軸
104:駆動電源
120:回転モータ
122:振動板
124:突起部
126:圧電素子
128:圧電体
130,132A〜132D:駆動電極
134:支持部
150:回転モータ
152:振動板
154:突起部
156:圧電素子
158:圧電体
160,162A,162B:駆動電極
164:ロータ
166:支持部
10, 10A, 10B, 10C: Driving device 12: Diaphragm 14: Protruding part 14A: Tip 16: Piezoelectric element 18:
42: inner surface 44: spring 46:
Claims (2)
前記圧電層を複数領域に分割するライン上に設けられており、被駆動体と接触する突起部と、
前記圧電素子が主面に貼り合わせられる振動板と、
前記突起部を被駆動体に付勢させる付勢手段と、
を備えた駆動装置の駆動電極のうち、
一方の分割領域の駆動電極間に駆動信号を入力するとともに、他方の分割領域の駆動電極間にインピーダンス素子を接続することにより、
前記分割するラインから、前記インピーダンス素子を接続した分割領域側に振動の中心をずらし、
前記突起部を、前記インピーダンス素子を接続した分割領域の被駆動体側と、前記インピーダンス素子を接続しない分割領域の被駆動体の反対側とを、斜めに振動させることによって、
前記被駆動体を変位させることを特徴とする駆動装置の駆動方法。 A piezoelectric element provided with a pair of drive electrodes facing each other across the piezoelectric layer in each region obtained by dividing the main surface of the piezoelectric layer into a plurality of areas;
Wherein provided on the line dividing the piezoelectric layer into a plurality of regions, and a protrusion that contacts the driven body,
A diaphragm on which the piezoelectric element is bonded to the main surface;
Urging means for urging the protrusion to the driven body;
Of the drive electrodes of the drive device comprising
By inputting a drive signal between the drive electrodes of one divided region and connecting an impedance element between the drive electrodes of the other divided region ,
From the line to be divided, shift the center of vibration to the divided region side to which the impedance element is connected,
By causing the protrusions to vibrate obliquely between the driven body side of the divided region to which the impedance element is connected and the opposite side of the driven body of the divided region to which the impedance element is not connected,
A driving method of a driving device, wherein the driven body is displaced .
前記圧電層を複数領域に分割するライン上に設けられており、被駆動体と接触する突起部,
前記圧電素子が主面に貼り合わせられる振動板,
前記突起部を、前記被駆動体に対して付勢配置する付勢手段,
を備えるとともに、
前記駆動電極のうち、一方の分割領域の駆動電極間に駆動信号を入力するとともに、他方の分割領域の駆動電極間にインピーダンス素子が接続されることにより、
前記分割するラインから、前記インピーダンス素子を接続した分割領域側に振動の中心をずらし、
前記突起部を、前記インピーダンス素子を接続した分割領域の被駆動体側と、前記インピーダンス素子を接続しない分割領域の被駆動体の反対側とを、斜めに振動させることによって、
前記被駆動体を変位させることを特徴とする駆動装置。 A piezoelectric element comprising a pair of drive electrodes facing each other across the piezoelectric layer in each region obtained by dividing the main surface of the piezoelectric layer into a plurality of areas;
Wherein provided on the line dividing the piezoelectric layer into a plurality of regions, projections in contact with the driven member,
A diaphragm on which the piezoelectric element is bonded to the main surface;
An urging means for urgingly arranging the protrusion with respect to the driven body;
With
Among the drive electrodes, inputs the driving signal between the driving electrode of one of the divided regions, the Rukoto connected impedance elements between the driving electrode of the other divided areas,
From the line to be divided, shift the center of vibration to the divided region side to which the impedance element is connected,
By causing the protrusions to vibrate obliquely between the driven body side of the divided region to which the impedance element is connected and the opposite side of the driven body of the divided region to which the impedance element is not connected,
A driving apparatus for displacing the driven body .
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