專利名稱：壓電驅(qū)動裝置以及壓電驅(qū)動元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電驅(qū)動元件和使用該壓電驅(qū)動元件驅(qū)動被驅(qū)動物或被位移物的壓電驅(qū)動裝置(致動器)。
背景技術(shù)：
以往，作為除照相機的攝影透鏡或頭頂投影儀(overheadprojector)等投影透鏡、雙眼透鏡、復印機的透鏡等光學裝置的驅(qū)動之外，還包括繪圖儀或X-Y驅(qū)動工作臺等的、所有具有驅(qū)動部的裝置的驅(qū)動技術(shù)，有以下的專利文獻1～8等。這些技術(shù)都是將壓電元件緩慢伸長、快速收縮，或者快速伸長、緩慢收縮，使慣性力和摩擦力交替作用來進行直線驅(qū)動的技術(shù)。專利文獻1是上述致動方式的基本技術(shù)，其他的專利文獻2～8是說明如何使用上述方式的文獻。
日本特開平4-069070號公報[專利文獻2]日本特開平11-18447號公報[專利文獻3]日本特開平11-44899號公報[專利文獻4]日本特開平11-75382號公報[專利文獻5]日本特開2000-19376號公報[專利文獻6]日本特開2003-141827號公報[專利文獻7]日本特開2003-317410號公報[專利文獻8]日本特開2004-56951號公報參照圖18說明上述致動方式的機構(gòu)。圖18的(A)是驅(qū)動裝置的概要圖，圖18的(B)和(C)是表示壓電元件的位移量和時間的關(guān)系的圖。圖18的(A)所示的致動器，由壓電元件200、軸202、滑塊204、以及透鏡206構(gòu)成。上述壓電元件200的一個面與上述軸202連結(jié)，另一個面固定在主體208上。上述軸202貫通上述滑塊204，相對軸202由未圖示的加力單元加力。通過由上述加力單元引起的滑塊204和軸202之間的摩擦力，上述滑塊204沿軸202位移。當滑塊204位移時，安裝在該滑塊204前端的透鏡206在箭頭F18a或者F18b方向位移。此外，軸202的另一端部，只是由彈簧所壓住，沒有被固定。
如圖18的(B)所示，對上述壓電元件200輸入相對時間非對稱的電信號進行驅(qū)動以使壓電元件緩慢伸長快速收縮，在這種情況下，當上述壓電元件200緩慢伸長時，軸202在箭頭F18a的方向移動。此時，上述滑塊204由于摩擦力與軸202一起移動。接著，當壓電元件200快速收縮時，上述滑塊204由于慣性力而停留在其位置上，只有軸202被拉向箭頭F18b方向，因此滑塊204相對軸202在箭頭F18a方向移動。另一方面，如圖18的(C)所示，在輸入相對時間非對稱的電信號進行驅(qū)動以使壓電元件200快速伸長緩慢收縮，這種情況下，通過與上述相反的作用，滑塊204在箭頭F18b方向被直線驅(qū)動。上述致動器的驅(qū)動方式，由于結(jié)構(gòu)簡單，因此作為便攜電話用數(shù)碼照相機模塊的自動聚焦用致動器等而得到實用化。

發(fā)明內(nèi)容
但是，便攜電話用數(shù)碼照相機的透鏡模塊，希望以低成本達到光學元件的高像素化、縮放、自動聚焦、防止手抖等高功能化。但是，在上述圖18所示的背景技術(shù)中，滑塊204與軸202接觸，其間存在摩擦力，因此容易產(chǎn)生粘著。特別是壓電元件200的位移方向與粘著力作用方向垂直，因此壓電元件200的位移沒有直接作用于切斷(或者抑制)粘著力，因而，為了驅(qū)動滑塊204，需要使壓電元件200位移較大，有驅(qū)動效率低、很難以低電壓驅(qū)動的問題。
本發(fā)明是著眼于以上問題而作出的發(fā)明，其目的在于提供一種驅(qū)動效率高的壓電驅(qū)動裝置以及壓電驅(qū)動元件，該裝置小型輕量，并且能夠以更低電壓進行穩(wěn)定的位移和位置確定。
為了達到上述目的，本發(fā)明的壓電驅(qū)動裝置，通過一端固定在壓電驅(qū)動元件主面的桿來驅(qū)動被位移物，其特征在于，由一個壓電驅(qū)動元件使上述桿產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，來驅(qū)動上述被位移物。
本發(fā)明的主要方式之一的特征在于，上述壓電驅(qū)動元件具有以該元件的中心為原點分割成的多個區(qū)域，并且上述多個區(qū)域在鄰接區(qū)域間的厚度方向的位移不同。其他方式的特征在于，上述多個區(qū)域是相對上述桿形狀對稱的2個或者4個區(qū)域。
本發(fā)明的其他方式的特征在于，上述壓電驅(qū)動元件具有交替層疊壓電體和多個內(nèi)部電極的層疊結(jié)構(gòu)，并且將上述內(nèi)部電極的至少一部分，以上述壓電驅(qū)動元件的中心為原點分割形成為多個。
本發(fā)明其他方式的特征在于，包括接觸到上述桿，并且引導上述被位移物的位移的桿；以及相對該軸對上述桿加力的加力單元。
本發(fā)明的其他方式的特征在于，(1)上述桿在相對該桿平行的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；或者(2)上述桿一邊傾斜一邊進行旋轉(zhuǎn)，以使其前端在相對該桿垂直的面內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的壓電驅(qū)動元件，用于驅(qū)動被位移物的桿的一端固定在主面，其特征在于，壓電體和多個內(nèi)部電極交替層疊，具有以上述壓電驅(qū)動元件的中心為原點分割成的多個區(qū)域，并且借助于鄰接區(qū)域間的厚度方向的位移之差，使上述桿產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
本發(fā)明的壓電驅(qū)動裝置的特征在于，包括權(quán)利要求8所述的壓電驅(qū)動元件；一端固定在該壓電驅(qū)動元件主面的桿；以及由該桿的旋轉(zhuǎn)力驅(qū)動的被位移物。本發(fā)明的上述的以及其他的目的、特征、優(yōu)點，可從以下的詳細說明以及附圖得以明確。
本發(fā)明在通過一端固定在壓電驅(qū)動元件主面的桿驅(qū)動被位移物時，由一個壓電驅(qū)動元件使上述桿產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，來驅(qū)動上述被位移物。因此，能夠有效抑制或切斷固定力，該裝置小型且輕量，同時以低電壓也能夠快速穩(wěn)定地進行高效的驅(qū)動。


圖1是表示本發(fā)明實施例1的圖，(A)是從光軸方向看到的平面圖，(B)是沿#A-#A線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖。
圖2是表示實施例1的驅(qū)動元件和桿的圖，(A)是正面圖，(B)和(C)是立體圖。
圖3是表示實施例1的驅(qū)動元件的圖，(A)是表示層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖，(B)是沿#B-#B線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖。
圖4是表示實施例1的驅(qū)動元件的圖，(A)是表示內(nèi)部電極配置的平面圖，(B)是表示厚度方向的位移分布的示意圖。
圖5是實施例1的驅(qū)動元件的立體圖，(A-1)和(A-2)是表示內(nèi)部電極的引出部的圖，(B-1)和(B-2)是表示外部電極配置的圖。
圖6是表示根據(jù)實施例1和比較例的驅(qū)動裝置的透鏡位移速度和驅(qū)動電壓的關(guān)系的圖。
圖7是表示本發(fā)明實施例2的圖，(A)是從光軸方向看到的平面圖，(B)是沿#C-#C線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖。
圖8是表示實施例2的驅(qū)動元件和桿的圖，(A)是正面圖，(B)和(C)是立體圖。
圖9是表示實施例2的驅(qū)動元件的圖，(A)是表示層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖，(B)是沿#D-#D線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖，(C)是表示厚度方向的位移分布的示意圖。
圖10是實施例2的驅(qū)動元件的立體圖，(A-1)和(A-2)是表示內(nèi)部電極的引出部的圖，(B-1)和(B-2)是表示外部電極的配置的圖。
圖11是表示實施例3的驅(qū)動元件和桿的圖，(A)是正面圖，(B)和(C)是立體圖。
圖12是表示上述實施例3的驅(qū)動元件的圖，(A)是表示層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖，(B)是沿#E-#E線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖。
圖13是實施例3的驅(qū)動元件的立體圖，(A-1)和(A-2)是表示內(nèi)部電極的引出部的圖，(B-1)和(B-2)是表示外部電極的配置的圖。
圖14是表示實施例4的驅(qū)動元件和桿的圖，(A)是正面圖，(B)和(C)是立體圖。
圖15是表示實施例4的驅(qū)動元件的圖，(A)是表示層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖，(B)是沿#F-#F線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖。
圖16是實施例4的驅(qū)動元件的立體圖，(A-1)和(A-2)是表示內(nèi)部電極的引出部的圖，(B-1)和(B-2)是表示外部電極的配置的圖。
圖17是表示根據(jù)上述實施例4和比較例的驅(qū)動裝置的透鏡位移速度和驅(qū)動電壓的關(guān)系的圖。
圖18是表示背景技術(shù)的一例的圖。
具體實施例方式
以下，根據(jù)實施例詳細說明用于實施本發(fā)明的最佳方式。
首先，參照圖1～圖6說明本發(fā)明的實施例1。先參照圖1說明本實施例的基本結(jié)構(gòu)。本實施例是將本發(fā)明作為光學裝置的聚焦用透鏡的壓電驅(qū)動裝置(致動器)使用的例子。圖1的(A)是從光軸上看到本實施例的壓電驅(qū)動裝置的平面圖，圖1的(B)是沿#A-#A線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖。本實施例的壓電驅(qū)動裝置(致動器)10是使作為被位移物的透鏡12移動或者位移的裝置，由上述透鏡12、一對軸16和18、保持上述透鏡12并能在上述軸16和18移動的框14、安裝在該框14上的壓電驅(qū)動元件(以下，稱作驅(qū)動元件)30以及桿40構(gòu)成。
上述框14具有在透鏡12的徑向突出的凸部20和22，在一個凸部20設置有用于安裝上述驅(qū)動元件30的剖面呈大致長方形的開口部24、和軸16所貫穿的剖面呈大致圓形的開口部25。上述開口部24和25被連續(xù)形成。另一個凸部22具有用于使軸18貫通的大致圓形的開口部26。上述軸16和18可以是圓柱狀或角柱狀等任意形狀，在本實施例中是大致圓柱狀。此外，在為圓柱狀以外的形狀時，按照軸16和18的形狀，改變上述開口部25和26的形狀。
與固定在上述驅(qū)動元件30上的桿40接觸的軸16，在軸向形成有上述桿40前端的曲面部嵌入那樣的形狀的槽16A。而且，通過設置在開口部24內(nèi)的彈簧(加力單元)28，使上述驅(qū)動元件30經(jīng)上述桿40壓住軸16。在另一邊的軸18設置有不阻礙上述框14移動的間隙。此外，在本實施例中，設置兩個軸16和18來引導框14的移動，但也可以根據(jù)需要來設置軸18。
下面還參照圖2～圖5說明上述驅(qū)動元件30。圖2的(A)是上述驅(qū)動元件30和桿40的正面圖，圖2的(B)和(C)是立體圖。圖3(A)是表示驅(qū)動元件30的層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖，圖3的(B)是沿#B-#B線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖。圖4的(A)表示上述驅(qū)動元件30的內(nèi)部電極的配置的平面圖，圖4的(B)是表示驅(qū)動元件30的厚度方向的位移分布的示意圖。圖5是上述驅(qū)動元件30的立體圖，(A-1)和(A-2)是表示內(nèi)部電極的引出部的圖，(B-1)和(B-2)是表示外部電極的配置的圖。
如圖1和圖2所示，桿40的一端固定在驅(qū)動元件30主面的大致中央。上述桿40的前端42為大致半球狀，以嵌入到在上述軸16形成的槽16A中。這種桿40例如由金屬形成。為了在非共振狀態(tài)下也能得到亞微米(submicron)的位移，上述驅(qū)動元件30與公知的層疊電容器相同，為隔著電極的層疊結(jié)構(gòu)。
參照圖3和圖4說明更詳細的結(jié)構(gòu)。上述驅(qū)動元件30為多個壓電體50A～50L、和多個內(nèi)部電極EA、EB、EG交替層疊的結(jié)構(gòu)。壓電體50A配置在最上層，在該壓電體50A和其下層的壓電體50B之間設置有內(nèi)部電極EA和EB。這些內(nèi)部電極EA和EB成為相對元件中心點對稱的形狀，內(nèi)部電極EA具有電極的引出部52，內(nèi)部電極EB具有引出部54。接著，在壓電體50B和50C之間，作為接地電極而設置有內(nèi)部電極EG。該內(nèi)部電極EG具有引出部56。進而，在壓電體50C和50D之間設置有上述內(nèi)部電極EA和EB。
這樣，在本實施例中，如圖4的(A)所示，將被分割的內(nèi)部電極EA及EB、和內(nèi)部電極EG通過壓電體交替層疊，由此得到層疊體32。上述層疊體32如圖5的(A-1)和(A-2)所示，在側(cè)面引出電極的引出部52、54、56，通過在這些引出部52、54、56如圖5的(B-1)和(B-2)所示地分別連接外部電極34、36、38，由此形成三端子型驅(qū)動元件30。作為上述壓電體50A～50L，例如使用PZT等，作為內(nèi)部電極EA、EB、EG或外部電極34、36、38，例如使用Ag/Pd等。
如圖2的(A)～(C)所示，桿40的一端由適當?shù)氖侄握辰釉谝陨辖Y(jié)構(gòu)的驅(qū)動元件30主面的大致中央。在上述驅(qū)動元件30的外部電極34和38之間連接驅(qū)動電源60，在外部電極36和38之間連接驅(qū)動電源62。而且，當使得內(nèi)部電極EA和EB的相位錯開90°地輸入交變信號時，在一個驅(qū)動元件30內(nèi)，在桿40的左右產(chǎn)生錯開90°相位的位移。即如圖4的(B)所示，驅(qū)動元件30成為具有厚度方向的位移量不同的兩個區(qū)域A和B。由此，桿40產(chǎn)生縱向振動和偏折振動，如圖2的(A)的箭頭F2所示，桿40的前端42在相對桿40平行的面內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)運動。
發(fā)明人確認了當在本實施例的驅(qū)動元件30如下表1所示地輸入驅(qū)動信號時，在內(nèi)部電極EA和EB的相位差是90°的情況下，桿40沿順時針方向(CW)旋轉(zhuǎn)，在相位差是-90°的情況下，桿40沿逆時針方向(CCW)旋轉(zhuǎn)。


下面說明本實施例的作用。如圖1所示，將上述結(jié)構(gòu)的驅(qū)動元件30通過彈簧28安裝在保持有透鏡12的框14的凸部20內(nèi)，使桿40的前端42接觸軸16的槽16A。于是，由于在被彈簧28壓住的桿40和軸16間作用的摩擦，在桿40以CW(順時針方向)旋轉(zhuǎn)時，框14向上(在圖1的(B)的箭頭F1a方向)位移，當桿40以CCW(逆時針方向)旋轉(zhuǎn)時，向下(在圖1(B)的箭頭F1b方向)位移。
關(guān)于本實施例和比較例，圖6示出表示驅(qū)動元件30的驅(qū)動電壓和透鏡12的位移速度的關(guān)系的測定結(jié)果。在圖6中，橫軸表示驅(qū)動電壓Vpp[V]，縱軸表示透鏡12的位移速度[mm/s]。此外，比較例是與上述圖18所示的現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動裝置相同的結(jié)構(gòu)。如圖6所示，確認了在本實施例1中，與比較例相比，以低電壓開始驅(qū)動，并且位移速度快。
這樣，根據(jù)實施例1，通過在一個驅(qū)動元件30中組裝兩種元件的結(jié)構(gòu)，就能使一端固定在上述驅(qū)動元件30主面的桿40產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，由此驅(qū)動透鏡12。因此，能夠有效地抑制或者切斷粘著力，得到小型輕量同時即使驅(qū)動元件30的位移量少也能以低電壓穩(wěn)定快速地進行驅(qū)動的有效的驅(qū)動裝置10。
下面參照圖7～圖10說明本發(fā)明的實施例2。此外，對與上述實施例1相同或者對應的結(jié)構(gòu)元素，使用相同符號(對于以下的實施例也相同)。首先，參照圖7說明本實施例的基本結(jié)構(gòu)。圖7的(A)是將從光軸上看到的本實施例的驅(qū)動裝置的平面圖，圖7的(B)是沿#C-#C線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖。本實施例的壓電驅(qū)動裝置(以下稱作驅(qū)動裝置)100，由作為被位移物的透鏡12、一對軸116和118、保持上述透鏡12并能沿上述軸116和118移動的框102、安裝在該框102上的壓電驅(qū)動元件(以下稱作驅(qū)動元件)120、以及桿130構(gòu)成。
上述框102具有沿透鏡12的徑向突出的凸部104和106，在一個凸部104設置有用于安裝上述驅(qū)動元件120的截面呈大致方形的開口部108、和軸116所貫通的截面呈大致圓形的開口部110。上述開口部108和110連續(xù)形成。另一個凸部106具有用于使軸118貫通的截面呈大致圓形的開口部112。上述軸116和118，在本實施例中是大致圓柱狀。通過設置在上述開口部108內(nèi)的彈簧114，固定在上述驅(qū)動元件120的桿130的側(cè)面壓住一個軸116的側(cè)面。此外，上述軸116和桿130大致正交。關(guān)于在另一個軸118為了不阻礙上述透鏡12移動而設置間隙的點、和根據(jù)需要而利用軸118的點，與上述實施例1相同。
下面還參照圖8～圖12說明上述驅(qū)動元件120。圖8的(A)是上述驅(qū)動元件120和桿130的正面圖，圖8的(B)和(C)是立體圖。圖9的(A)是表示驅(qū)動元件120的層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖，圖9的(B)是沿#D-#D線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖，圖9的(C)是表示驅(qū)動元件120的厚度方向的位移分布的示意圖。圖10是上述驅(qū)動元件120的立體圖，(A-1)和(A-2)是表示內(nèi)部電極的引出部的圖，(B-1)和(B-2)是表示外部電極的配置的圖。
如圖7和圖8所示，桿130的一端固定在驅(qū)動元件120主面的大致中央。上述桿130的前端42為用于加大與上述軸116的接觸面積的大致多角柱狀，例如由金屬形成。上述驅(qū)動元件120與上述實施例同樣，為了在非共振狀態(tài)下得到亞微米的位移，是隔著電極的層疊結(jié)構(gòu)。
參照圖9和圖10說明驅(qū)動元件120的更詳細的結(jié)構(gòu)。上述驅(qū)動元件120是將多個壓電體132A～132L、和多個內(nèi)部電極EA1、EA2、EB1、EB2、EG層疊的結(jié)構(gòu)。壓電體132A配置在最上層，在該壓電體132A和其下層壓電體132B之間設置有被分割形成的內(nèi)部電極EA1、EA2、EB1、EB2。這些之中的內(nèi)部電極EA1和EA2，相對元件的中心為點對稱的形狀，內(nèi)部電極EB1和EB2也相對元件的中心為點對稱的形狀。即以EA1→EB1→EA2→EB2→EA1…的順序配置在元件中心的周圍。上述內(nèi)部電極EA1、EB2具有在Y方向延長的引出部134、140，電極EB1、EA2具有在Y方向延長的引出部138、136。此外，上述引出部134～140的延長方向是沿圖8以及圖9所示的朝向設置上述驅(qū)動元件120的情況。
接著，在壓電體132B和132C之間設置有成為接地電極的內(nèi)部電極EG。該內(nèi)部電極EG，與上述內(nèi)部電極EA1、EA2、EB1、EB2位置對應地被分割成4個，分別具有電極的引出部142。對于與上述內(nèi)部電極EA1、EB1重疊的內(nèi)部電極EG，上述引出部142在-X方向延長，對于與內(nèi)部電極EB2、EA2重疊的內(nèi)部電極EG，其引出部142在X方向延長。被夾在之后的壓電體132C～132L之間的內(nèi)部電極，反復(EA1，EA2，EB1，EB2)→EG→(EA1，EA2，EB1，EB2)→EG→…，由此能夠得到層疊體122。
上述層疊體122，如圖10的(A-1)、(A-2)、(B-1)、(B-2)所示，在對置的一對側(cè)面排列引出內(nèi)部電極EG的引出部142，在該部位連接外部電極128。在本實施例的情況下，連接四個外部電極128。另外，在上述層疊體122的另一個側(cè)面，排列引出內(nèi)部電極EA1的引出部134、和內(nèi)部電極EB2的引出部140，分別連接外部電極124、127。在上述層疊體122的又一個側(cè)面，排列引出內(nèi)部電極EA2的引出部136、和內(nèi)部電極EB1的引出部138，分別連接外部電極125、126。作為上述壓電體132A～132L、內(nèi)部電極EA1、EA2、EB1、EB2、EG、外部電極124、125、126、127、128，使用與上述實施例1相同的材料。
如圖8的(A)～(C)所示，桿130的一端由適當?shù)氖侄握辰釉谏鲜鲵?qū)動元件120主面的大致中央。在上述驅(qū)動元件120的外部電極124及128之間、和外部電極125及128之間，連接驅(qū)動電源60(輸入A)，在外部電極126及128之間、和外部電極127及128之間，連接驅(qū)動電源62(輸入B)。而且，當相對內(nèi)部電極EG，對內(nèi)部電極EA1及EA2、和電極EB1及EB2輸入相位不同的信號時，以驅(qū)動元件120的中心為原點形成元件的厚度位移不同的四個區(qū)域。在此，內(nèi)部電極EA1、EA2、EB1、EB2全部在同方向極化。另外，在鄰接的分布之間，位置相位錯開了90°，因此當在內(nèi)部電極EA1及EA2、和電極EB1及EB2輸入時間相位錯開90°的信號時，一個驅(qū)動元件120中的進行了4分割的部分，以桿130的軸為中心進行位移，形成行波。即如圖9的(C)所示，驅(qū)動元件120成為具有厚度方向的位移量不同的四個區(qū)域P、Q、R、S。由此，如圖8的(A)中箭頭F8所示，桿130發(fā)生傾斜的同時進行旋轉(zhuǎn)運動。
發(fā)明人確認了當對本實施例的驅(qū)動元件120如下表2所示地輸入驅(qū)動信號時，在內(nèi)部電極EA1及EA2相對內(nèi)部電極EB1及EB2相位超前90°的情況下，桿130以順時針(CW)旋轉(zhuǎn)，在相位差是-90°的情況下，桿130以逆時針(CCW)旋轉(zhuǎn)。


下面說明本實施例的作用。如圖7所示那樣，將上述結(jié)構(gòu)的驅(qū)動元件120配置成通過彈簧114安裝在框102的凸部104的開口部108，使桿130與軸116大致正交，由此使桿130和軸116的側(cè)面之間彼此接觸。由此，由于由彈簧114壓住的桿130和軸116間作用的摩擦，當桿130以CW(順時針方向)旋轉(zhuǎn)時，框102向上(向圖7的(B)的箭頭F1a方向)位移，當桿130以CCW(逆時針方向)旋轉(zhuǎn)時，框102向下(向圖7的(B)的箭頭F1b方向)位移。
如本實施例2那樣，分割形成驅(qū)動元件120的內(nèi)部電極，由此形成元件厚度方向的位移不同的四個區(qū)域，也能夠得到與上述實施例1相同的效果。
下面參照圖11～圖13說明本發(fā)明的實施例3。本實施例如上述實施例2那樣，是形成元件厚度方向的位移不同的四個區(qū)域，并且改變內(nèi)部電極的分割圖形的例子。此外，壓電驅(qū)動裝置的基本結(jié)構(gòu)與上述實施例2相同。圖11的(A)是本實施例的驅(qū)動元件150和桿130的正面圖，圖11的(B)和(C)是立體圖。圖12的(A)是表示驅(qū)動元件150的層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖，圖12的(B)是沿#E-#E線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖。圖13的(A)是上述驅(qū)動元件150的立體圖，(A-1)和(A-2)是表示內(nèi)部電極的引出部的圖，(B-1)和(B-2)是表示外部電極的配置的圖。如圖11所示，桿130的一端固定在驅(qū)動元件150主面的大致中央。
參照圖12和圖13說明驅(qū)動元件150的詳細結(jié)構(gòu)。該驅(qū)動元件150成為層疊多個壓電體132A～132L、和多個內(nèi)部電極EA1、EA2、EB1、EB2、EG的結(jié)構(gòu)。壓電體132A配置在最上層，在該壓電體132A和其下層的壓電體132B之間設置有分割形成的內(nèi)部電極EA1、EA2、EB1、EB2。上述內(nèi)部電極EA1和EB1、內(nèi)部電極EA2和EB2，相對X軸左右對稱。這些內(nèi)部電極以EA1→EB1→EA2→EB2→EA1…的順序配置在元件中心的周圍。另外，上述內(nèi)部電極EA1、EB2具有在-X方向延長的引出部134、138，內(nèi)部電極EA2具有在Y方向延長的引出部136，電極EB2具有在-Y方向延長的引出部140。
接著，在壓電體132B和132C之間設置有成為接地電極的內(nèi)部電極EG。該內(nèi)部電極EG是與上述內(nèi)部電極EA1、EA2、EB1、EB2全部重疊的大小，與上述的實施例2不同，沒有進行分割形成。而且，具有在X方向延長的電極引出部142。被夾在之后的壓電體132C～132L之間的內(nèi)部電極反復(EA1，EA2，EB1，EB2)→EG→(EA1，EA2，EB1，EB2)→EG→…，由此能夠得到層疊體152。
上述層疊體152，如圖13的(A-1)、(A-2)、(B-1)、(B-2)所示，在一個側(cè)面引出內(nèi)部電極EG的引出部142，在此處連接外部電極128。同樣地，在另一個側(cè)面引出內(nèi)部電極EA2的引出部136，在此處連接外部電極125。在又一個側(cè)面排列引出內(nèi)部電極EB1的引出部138、和內(nèi)部電極EA1的引出部134，在此處連接外部電極126和124。在其他另一個面引出內(nèi)部電極EB2的引出部140，在此處連接外部電極127。
如圖11的(A)～(C)所示，桿130的一端由適當?shù)氖侄握辰釉谏鲜鲵?qū)動元件150主面的大致中央。上述驅(qū)動元件120的外部電極124、125及外部電極128，連接在驅(qū)動電源60，外部電極126、127及外部電極128，連接在驅(qū)動電源62。在本實施例中，內(nèi)部電極EA1和EA2、內(nèi)部電極EB1和EB2的極化方向成為相反的方向(內(nèi)部電極EA1和EB1的極化方向相同)。由此，與上述實施例2相同，驅(qū)動元件150成為具有如上述圖9的(C)所示的厚度方向位移量不同的4個區(qū)域P、Q、R、S。因此，當在內(nèi)部電極EA1及EA2、和電極EB1及EB2輸入時間相位錯開90°的信號時，一個驅(qū)動元件150中進行了4分割的部分，以桿130的軸為中心進行位移，形成行波，如圖11的(A)箭頭F11所示，桿130發(fā)生傾斜的同時進行旋轉(zhuǎn)運動。本實施例的基本作用/效果，與上述實施例2相同。
下面參照圖14～圖17說明本發(fā)明的實施例4。本實施例與上述實施例3同樣，是改變驅(qū)動元件內(nèi)部電極圖形的例子，驅(qū)動裝置100的基本結(jié)構(gòu)與上述實施例2相同。圖14的(A)是上述驅(qū)動元件160和桿130的正面圖，圖14的(B)和(C)是立體圖。圖15的(A)是表示驅(qū)動元件160的層疊結(jié)構(gòu)的分解立體圖，圖15的(B)是沿#F-#F線剖開上述(A)在箭頭方向看到的剖面圖。圖16的(A)是上述驅(qū)動元件160的立體圖，(A-1)和(A-2)是表示內(nèi)部電極引出部的圖，(B-1)和(B-2)是表示外部電極配置的圖。如圖14所示，桿130的一端固定在驅(qū)動元件160主面的大致中央。
參照圖15和圖16說明驅(qū)動元件160的詳細結(jié)構(gòu)。該驅(qū)動元件160為層疊多個壓電體132A～132L、和多個內(nèi)部電極EA1、EA2、EB1、EB2、EG的結(jié)構(gòu)。壓電體132A配置在最上層，在該壓電體132A和其下層的壓電體132B之間設置有被分割形成的內(nèi)部電極EA1和EA2。這些內(nèi)部電極EA1和EA2為相對X軸左右反轉(zhuǎn)的形狀，內(nèi)部電極EA1具有電極引出部134，內(nèi)部電極EA2具有電極引出部136。這些引出部134、136都在-X方向延長。
接著，在壓電體132B和132C之間設置有成為接地電極的內(nèi)部電極EG。該內(nèi)部電極EG具有在X方向延長的電極引出部142。并且，在壓電體132C和132D之間設置有被分割形成的內(nèi)部電極EB1和EB2。該內(nèi)部電極EB1和EB2為相對Y軸左右反轉(zhuǎn)的形狀，并且，分割方向與上述內(nèi)部電極EA1和EA2的分割方向旋轉(zhuǎn)90°。這些內(nèi)部電極EB1和EB2，分別具有在Y方向延長的電極引出部138和140。在上述壓電體132D和132E之間設置有上述內(nèi)部電極EG。被夾在之后的壓電體132E～132L之間的內(nèi)部電極反復EA1以及EA2→EG→EB1以及EB2→EG→…，由此能夠得到層疊體162。
上述層疊體162，如圖16的(A-1)、(A-2)、(B-1)、(B-2)所示，在一個側(cè)面引出內(nèi)部電極EG的引出部142，在此處連接外部電極128。同樣地，在另一個側(cè)面排列引出內(nèi)部電極EB1的引出部138和內(nèi)部電極EB2的引出部140，將它們連接外部電極126、127。在又一個側(cè)面排列引出內(nèi)部電極EA1的引出部134和內(nèi)部電極EA2的引出部136，將它們連接外部電極124、125。
如圖14的(A)～(C)所示，桿130的一端由適當?shù)氖侄握辰釉谏鲜鲵?qū)動元件160主面的大致中央。在上述驅(qū)動元件160的外部電極124、125及外部電極128之間，連接驅(qū)動電源60，在外部電極126、127及外部電極128之間，連接驅(qū)動電源62。本實施例也與上述的實施例3相同，內(nèi)部電極EA1和EA2、內(nèi)部電極EB1和EB2的極化方向成為相反的方向(內(nèi)部電極EA1和EB1的極化方向相同)，由此，驅(qū)動元件160具有如上述圖9的(C)所示的厚度方向位移量不同的4個區(qū)域P、Q、R、S。因此，當在內(nèi)部電極EA1及EA2、和電極EB1及EB2輸入時間相位錯開90°的信號時，一個驅(qū)動元件160中進行了4分割的部分，以桿130的軸為中心進行位移，形成行波，如圖14的(A)中箭頭F14所示，桿130發(fā)生傾斜的同時進行旋轉(zhuǎn)運動。本實施例的基本作用/效果，與上述實施例2相同。
對于本實施例和比較例，圖17示出表示驅(qū)動元件160的驅(qū)動電壓和透鏡12的位移速度的關(guān)系的測定結(jié)果。在圖17中，橫軸表示驅(qū)動電壓Vpp[V]，縱軸表示透鏡12的位移速度[mm/s]。此外，比較例是與上述圖18所示的現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動裝置相同的結(jié)構(gòu)。如圖17所示，確認了本實施例4與比較例相比，以低電壓開始驅(qū)動，并且位移速度快的情況。
此外，本發(fā)明不限于上述實施例，在不超出本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)能夠進行各種變更。例如還可以包含如下內(nèi)容。
(1)上述實施例所示的材料、形狀、尺寸只是一個例子，也可以適當變更以得到相同效果。
(2)上述實施例所示的內(nèi)部電極或外部電極的配置或分割數(shù)也只是一個例子，也可以適當變更以得到相同效果。例如在上述實施例中是形成2個或者4個區(qū)域，但也可以根據(jù)需要采用形成更多個數(shù)的分布的結(jié)構(gòu)。
(3)層疊型驅(qū)動元件(壓電驅(qū)動元件)的層疊結(jié)構(gòu)或電極引出結(jié)構(gòu)也只是一個例子，可以根據(jù)需要適當變更。
(4)上述軸16、18、116、118也只是一個例子，也可以是圓柱狀或角柱狀。對于桿40和130，也同樣可以是圓柱狀或角柱狀。另外，在上述實施例1中，桿40的前端42取為曲面狀，但是并不妨礙將其取為平面狀。進而，框14或102也只是一個例子，只要能夠沿上述軸16、18、116、118位移，可以是任意結(jié)構(gòu)。另外，也可以采用框14或102、和透鏡12一體化的結(jié)構(gòu)。
(5)在上述實施例中，將驅(qū)動元件30、120、150、160固定在保持透鏡12的框上，但這也只是一個例子，也可以采用將驅(qū)動元件30、120、150、160固定在靜止部件等上，使安裝有透鏡12的鏡筒等位移的結(jié)構(gòu)。
(6)上述實施例的驅(qū)動裝置只是一個例子，本發(fā)明除了可應用于例如照相機的攝影透鏡或頭頂投影機等投影透鏡、雙眼透鏡、復印機的透鏡等光學裝置中的透鏡的驅(qū)動之外，還可應用于繪圖機或X-Y驅(qū)動桌等所有具有驅(qū)動部的裝置。
工業(yè)可利用性根據(jù)本發(fā)明，當通過一端固定在壓電驅(qū)動元件主面上的桿驅(qū)動被位移物時，由一個壓電驅(qū)動元件使上述桿產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，來驅(qū)動上述被位移物。因此，能有效抑制或者切斷固定力，以低電壓進行穩(wěn)定快速的位移，所以適用于需要穩(wěn)定動作的驅(qū)動裝置。尤其是適用于要求小型化、輕量化、薄型化的超聲波電機、或其他驅(qū)動裝置。
權(quán)利要求
1.一種壓電驅(qū)動裝置，通過一端固定在壓電驅(qū)動元件主面的桿來驅(qū)動被位移物，其特征在于，由一個壓電驅(qū)動元件使上述桿產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，來驅(qū)動上述被位移物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動裝置，其特征在于，上述壓電驅(qū)動元件具有以該元件的中心為原點分割成的多個區(qū)域，并且上述多個區(qū)域在鄰接區(qū)域間厚度方向的位移不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電驅(qū)動裝置，其特征在于，上述多個區(qū)域是相對上述桿形狀對稱的2個或者4個區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動裝置，其特征在于，上述壓電驅(qū)動元件具有交替層疊壓電體和多個內(nèi)部電極的層疊結(jié)構(gòu)，并且，以上述壓電驅(qū)動元件的中心為原點，將上述內(nèi)部電極的至少一部分分割形成多個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動裝置，其特征在于，包括接觸上述桿，并且引導上述被位移物的位移的軸；以及相對該軸對上述桿加力的加力單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動裝置，其特征在于，上述桿在相對該桿平行的面內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電驅(qū)動裝置，其特征在于，上述桿一邊傾斜一邊進行旋轉(zhuǎn)，以使其前端在相對該桿垂直的面內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)。
8.一種壓電驅(qū)動元件，用于驅(qū)動被位移物的桿的一端固定在其主面，其特征在于，壓電體和多個內(nèi)部電極交替層疊，具有以上述壓電驅(qū)動元件的中心為原點分割成的多個區(qū)域，并且借助于鄰接區(qū)域間的厚度方向的位移之差，使上述桿產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
9.一種壓電驅(qū)動裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的壓電驅(qū)動元件；一端固定在該壓電驅(qū)動元件主面的桿；以及通過該桿的旋轉(zhuǎn)力而被驅(qū)動的被位移物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓電驅(qū)動裝置以及壓電驅(qū)動元件，其小型輕量，能夠進行穩(wěn)定的位移以及位置確定，并且以低電壓也能夠進行有效驅(qū)動。桿40的一端固定在壓電驅(qū)動元件(驅(qū)動元件)30主面的大致中央。上述驅(qū)動元件30通過分割形成與壓電體交替層疊的內(nèi)部電極的一部分，成為組裝了兩個元件的結(jié)構(gòu)，具有以元件的中心為原點進行分割的兩個區(qū)域。當上述兩個區(qū)域間的相位錯開90°地通過外部電極124、126、128對內(nèi)部電極輸入信號時，桿40旋轉(zhuǎn)。當由彈簧加力使上述桿40的前端壓在引導透鏡框滑塊的軸的側(cè)面時，通過桿40的旋轉(zhuǎn)，透鏡沿軸滑動。
文檔編號H01L41/083GK101030739SQ200710001388
公開日2007年9月5日 申請日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
發(fā)明者土信田豐 申請人:太陽誘電株式會社