專利名稱：壓電致動器、驅(qū)動裝置、定位裝置和激光模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電致動器、驅(qū)動裝置、定位裝置和激光模塊。
背景技術(shù)：
在專利文獻(xiàn)1中記載了這樣的裝置，即通過透鏡等光學(xué)部件(移動體)將來自激 光振蕩器等發(fā)光部的激光集中于光纖之類的受光部件的芯部而進(jìn)行傳導(dǎo)的激光裝置。在 專利文獻(xiàn)1中，通過以一定的振幅使光學(xué)部件微小振動，測定光纖中的激光的強(qiáng)度(檢測 輸出)，檢測激光的芯偏移量，使光學(xué)部件移動到使激光的受光強(qiáng)度最大的位置的稱為擺動 (wobbling)方法，使激光對光纖進(jìn)行調(diào)芯定位。以使用了壓電致動器的驅(qū)動裝置按摩擦驅(qū)動方式驅(qū)動光學(xué)部件的情況下，有時由 于驅(qū)動方向?qū)е鹿鈱W(xué)部件的移動量存在偏差。此時，僅以微小量使光學(xué)部件前進(jìn)時的移動 量和僅以微小量使其后退時的移動量不同，距離根據(jù)激光的強(qiáng)度變化而計(jì)算出的光學(xué)部件 的激光的強(qiáng)度為最大的位置的偏移量會產(chǎn)生誤差。對這樣的誤差而言存在如下問題直至 完成正確的調(diào)芯為止而需要重復(fù)多次的擺動，或在驅(qū)動量相對于擺動中的檢測輸出的變化 量大時，產(chǎn)生擺動中無法消除的光學(xué)部件的偏移。而且，在壓電致動器中，存在若在微小區(qū)域中重復(fù)滑動變位則驅(qū)動軸的摩擦接觸 部會異常磨損，而使驅(qū)動特性產(chǎn)生變化這樣的問題。并且，在壓電致動器中，雖通過使驅(qū)動電壓的振幅變小能夠減少驅(qū)動電壓每1個 脈沖的驅(qū)動量，但若驅(qū)動電壓的振幅變小到某種程度會無法得到滑動變位，因此存在無法 得到微小變位的問題。專利文獻(xiàn)1 日本特開2003-338795號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開平6-265759號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
正是鑒于上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)無誤差的微動的壓電致動 器、驅(qū)動裝置、定位裝置以及可正確調(diào)芯的激光模塊。為了解決上述課題，本發(fā)明的壓電致動器具有層疊型壓電元件，其交替地層疊了 伸縮層和電極層；驅(qū)動軸，其一端被固定于所述壓電元件的伸縮方向的端部；移動體，其摩 擦卡合于所述驅(qū)動軸；軸環(huán)，其粘結(jié)于所述壓電元件的外周，所述軸環(huán)以從垂直于所述壓電 元件的所述伸縮方向的截面中心觀察，對所述伸縮層的限制力為不均衡的方式粘結(jié)于多個 所述伸縮層。根據(jù)該構(gòu)成，通過壓電元件的靜態(tài)(緩慢)的伸縮，對壓電元件的伸縮層而言，軸 環(huán)限制力小的部分較大伸縮而軸環(huán)限制力較大部分則較小伸縮。由此，與軸環(huán)粘結(jié)的伸縮 層不均衡地伸縮而使驅(qū)動軸傾斜。而且，通過壓電元件的伸縮即使軸環(huán)和粘結(jié)劑變形也能 夠使驅(qū)動軸傾斜。通過這樣的驅(qū)動軸的傾斜，能夠使移動體旋轉(zhuǎn)移動而在驅(qū)動方向上僅以 余弦的變化量產(chǎn)生微小的移動。該移動不隨著移動體的滑動變位因此不會產(chǎn)生移動量的偏差和驅(qū)動軸的磨損。而且，在本發(fā)明的壓電致動器中，也可使所述軸環(huán)與所述伸縮層的外周的一部分 為非粘結(jié)。根據(jù)該構(gòu)成，在非粘結(jié)部分由于軸環(huán)不限制伸縮層，所以對伸縮層的限制力的不 均衡變大，能夠促進(jìn)由壓電元件的不均衡的變形所導(dǎo)致的驅(qū)動軸的傾斜，由此導(dǎo)致的移動 體的變位量也會增大。而且，在本發(fā)明的壓電致動器中，也可使所述軸環(huán)通過楊氏模量不同的粘結(jié)劑部 分地粘結(jié)于所述伸縮層。根據(jù)該構(gòu)成，使限制力變得不均衡而能夠使驅(qū)動軸傾斜，并且即使通過對伸縮層 的限制力弱的楊氏模量低的粘結(jié)劑來粘結(jié)軸環(huán)和壓電元件，通過將軸環(huán)固定于殼體等，也 能夠大范圍地保持壓電元件的外周。因此，即使采用軸環(huán)保持壓電元件的結(jié)構(gòu)，也可以降低 在外部沖擊等中壓電元件脫離的危險(xiǎn)性。而且，在本發(fā)明的壓電致動器中，也可使所述壓電元件的外周形狀是矩形，所述外 周的一條邊與所述軸環(huán)粘結(jié)。根據(jù)該構(gòu)成，通過非粘結(jié)的一條邊和對置粘結(jié)的一條邊的變形之差而使驅(qū)動軸傾 斜，因此可有效地使驅(qū)動軸傾斜，可減少每個產(chǎn)品的偏差。而且，在本發(fā)明的壓電致動器中，也可使所述壓電元件的外周形狀是矩形，所述外 周的三條邊與所述軸環(huán)粘結(jié)。根據(jù)該構(gòu)成，由于一條邊為非粘結(jié)，所以基于軸環(huán)的限制力變得不均衡，能夠使驅(qū) 動軸傾斜，由于三條邊粘結(jié)所以通過軸環(huán)能夠牢固地支承壓電元件。而且，在本發(fā)明的壓電致動器中，也可使所述壓電元件的外周形狀是圓形，所述軸 環(huán)粘結(jié)于所述壓電元件的大約半周。根據(jù)該構(gòu)成，接受壓電元件的形狀是圓筒形，因此容易形成軸環(huán)的形狀。 而且，在本發(fā)明的壓電致動器中，也可使所述軸環(huán)從所述壓電元件的截面中心觀 察至少一部分被開放。根據(jù)該構(gòu)成，粘結(jié)劑難于進(jìn)入軸環(huán)的開放部分，能夠形成非粘結(jié)部而限制力能夠 無偏差地不均衡。而且，能夠從軸環(huán)的開放部組裝壓電元件，而便于制造。而且，在本發(fā)明的壓電致動器中，也可使所述軸環(huán)具有嵌合所述壓電元件和所述 驅(qū)動軸的孔。根據(jù)該構(gòu)成，壓電元件和驅(qū)動軸嵌合于軸環(huán)，因此容易通過軸環(huán)保持壓電元件和 驅(qū)動軸，能夠降低安裝引起的驅(qū)動軸姿勢的偏差。而且，在本發(fā)明的壓電致動器中，也可使所述軸環(huán)支承所述壓電元件與所述驅(qū)動 軸的接合部。根據(jù)該構(gòu)成，若通過軸環(huán)保持壓電元件則軸環(huán)不僅能夠保持壓電元件還能保持驅(qū) 動軸。因此，當(dāng)作用使驅(qū)動軸傾斜之類的外力時，使驅(qū)動軸傾斜的力不僅分散在壓電元件和 驅(qū)動軸之間的接合面上，還分散在軸環(huán)和驅(qū)動軸的接合面上，因此提高了壓電致動器的耐 沖擊強(qiáng)度。而且，在本發(fā)明的壓電致動器中，也可使所述移動體的作用點(diǎn)在所述壓電元件的 截面中心觀察在基于所述軸環(huán)的限制力成為最不均衡的方向上偏離所述驅(qū)動軸。
根據(jù)該構(gòu)成，壓電元件的變形引起的從驅(qū)動軸的搖動中心觀察的移動體的作用點(diǎn) 的位置從最初開始相對于驅(qū)動軸的軸向具有角度，因此與驅(qū)動軸的搖動角度對應(yīng)的余弦的 變化率大，能夠由軸環(huán)較小的變形得到充分的變位。而且，在本發(fā)明的驅(qū)動裝置具有所述的壓電致動器中的任一個；以及驅(qū)動電路， 該驅(qū)動電路能夠施加使所述壓電致動器的所述驅(qū)動軸對所述壓電致動器的所述壓電元件 非對稱地往復(fù)移動的周期性移動驅(qū)動電壓，以使所述移動體滑動移動；以及能夠施加使所 述驅(qū)動軸緩對所述壓電致動器的所述壓電元件慢地移動的靜動驅(qū)動電壓，以使所述移動體 不進(jìn)行滑動移動。根據(jù)該構(gòu)成，通過施加靜動驅(qū)動電壓使驅(qū)動軸傾斜，可不伴隨移動而使移動體變 位。 而且，在本發(fā)明的驅(qū)動裝置中，也可使所述靜動驅(qū)動電壓是比所述移動驅(qū)動電壓 頻率低的周期性的電壓。根據(jù)該構(gòu)成，通過靜動驅(qū)動電壓使驅(qū)動軸往復(fù)移動能夠以一定的微小量使移動體 前后變位。通過由該靜動驅(qū)動電壓得到的移動體的正確的微小變位所對應(yīng)的測定值來調(diào)節(jié) 移動驅(qū)動電壓的輸出，能夠高精度地驅(qū)動移動體。而且，本發(fā)明的定位裝置具有所述驅(qū)動裝置中的任一個；以及變位檢測單元，其 在所述驅(qū)動裝置的所述移動體位于規(guī)定位置時表示最大值，并輸出越遠(yuǎn)離所述規(guī)定位置變 得越小的變位輸出，所述驅(qū)動裝置的所述驅(qū)動電路具有控制單元，該控制單元基于通過所 述靜動驅(qū)動使所述移動體移動時的所述變位輸出的變化，以所述變位輸出成為最大的方式 確定所述移動驅(qū)動電壓的施加量。根據(jù)該構(gòu)成，變位輸出大致按照高斯分布時，正負(fù)的靜動驅(qū)動時的變位輸出的偏 差與變位輸出為最大的位置的偏離大致為正比例，因此能夠預(yù)測變位輸出為最大的位置來 定位移動體。而且，本發(fā)明的激光模塊具有所述定位裝置和接收激光并輸出的受光部件，所述 定位裝置的所述變位檢測單元是檢測所述受光部件的輸出的傳感器，所述定位裝置的所述 移動體是使所述激光對所述受光部件進(jìn)行定位的光學(xué)部件。根據(jù)該構(gòu)成，當(dāng)激光的光軸與受光部件的受光中心一致時的輸出為最大，因此能 夠?qū)す膺M(jìn)行調(diào)芯來使輸出最大化。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，將壓電元件和驅(qū)動軸的接合部的外周部分地與軸環(huán)粘結(jié)，因此在使 壓電元件靜態(tài)伸長或收縮時，軸環(huán)相對壓電元件的接合部和非接合部上的軸環(huán)的伸縮量不 同，使驅(qū)動軸傾斜，由此使移動體轉(zhuǎn)動，相對于驅(qū)動軸不滑動移動而發(fā)生變位。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的激光模塊的概略構(gòu)成圖。圖2是圖1的激光模塊的壓電致動器的概略圖。圖3是圖2的壓電致動器的軸向截面圖。圖4是圖2的壓電致動器的軸直角截面圖。圖5是圖1的激光模塊的框圖。
圖6是圖1的激光模塊的驅(qū)動電路的電路圖。圖7是表示圖2的壓電致動器的靜動驅(qū)動電壓施加時的概略圖。圖8是表示圖1的激光模塊的驅(qū)動電路的輸出波形和移動體的變位的曲線圖。圖9是表示伴隨圖1的激光模塊的移動體變位的變位輸出的曲線和相位檢測輸出 的曲線圖。圖10是表示通過圖1的激光模塊的擺動來進(jìn)行調(diào)芯的原理的圖。圖11是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的壓電致動器的軸向截面圖。圖12是圖11的壓電致動器的軸直角截面圖。圖13是圖11的壓電致動器的正的靜動驅(qū)動電壓施加時的變位分布圖。圖14是圖11的壓電致動器的負(fù)的靜動驅(qū)動電壓施加時的變位分布圖。圖15是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的壓電致動器的軸向截面圖。圖16是圖15的壓電致動器的軸直角截面圖。圖17是圖15的壓電致動器的正的靜動驅(qū)動電壓施加時的變位分布圖。圖18是圖15的壓電致動器的負(fù)的靜動驅(qū)動電壓施加時的變位分布圖。圖19是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的壓電致動器的軸直角截面圖。圖20是本發(fā)明的第五實(shí)施方式的壓電致動器的概略圖。圖21是本發(fā)明的第六實(shí)施方式的壓電致動器的概略圖。圖22是本發(fā)明的第七實(shí)施方式的壓電致動器的概略圖。圖23是圖22的壓電致動器的軸直角截面圖。圖24是本發(fā)明的第八實(shí)施方式的壓電致動器的概略圖。圖25是本發(fā)明的第九實(shí)施方式的壓電致動器的概略圖。圖26是本發(fā)明的第十實(shí)施方式的壓電致動器的概略圖。附圖標(biāo)記的說明1-激光模塊；2-激光二極管；3X軸調(diào)芯透鏡；4Y軸調(diào)芯透鏡；5_第二高頻發(fā)生元 件(受光部件)；7-X軸驅(qū)動電路；8-X軸壓電致動器；9-Y軸驅(qū)動電路；10-Y軸壓電致動器； 12-功率監(jiān)視器(傳感器)；13-控制電路；14-壓電元件；15-驅(qū)動軸；16-移動體；17-軸 環(huán)；21-控制裝置；G-粘結(jié)劑；P-光學(xué)中心(作用點(diǎn))。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的激光模塊1的構(gòu)成。激光模塊1具有產(chǎn)生 紅外顏色的激光的激光二極管2 ；能夠引導(dǎo)激光在X方向移動的X軸調(diào)芯透鏡3和能夠在 與X方向正交的Y方向移動的Y軸調(diào)芯透鏡4 ；作為接收激光后生成半波長的綠色激光的 受光部件即二次諧波發(fā)生元件(Second Harmonic Generation) 5 ；射出二次諧波發(fā)生元件5 的輸出的射出透鏡6。X軸調(diào)芯透鏡3和Y軸調(diào)芯透鏡4分別被從X軸驅(qū)動電路7施加驅(qū) 動電壓的X軸致動器8和從Y軸驅(qū)動電路9施加驅(qū)動電壓的Y軸驅(qū)動器10驅(qū)動。而且，激 光模塊1具有對二次諧波發(fā)生元件5的輸出光進(jìn)行分光的分束器11 ；將已分光的二次諧 波發(fā)生元件5的輸出光的輸出水平變換為電壓信號(變位輸出)的由光電二極管那樣的傳 感器構(gòu)成的功率監(jiān)視器(檢測單元)12 ；根據(jù)功率監(jiān)視器12的變位輸出控制X軸驅(qū)動電路7和Y軸驅(qū)動電路9的動作的控制電路13。二次諧波發(fā)生元件5的受光部的口徑是1 3 y m左右。X軸調(diào)芯透鏡3和Y軸調(diào) 芯透鏡4以與二次諧波發(fā)生元件5的受光部相同程度的直徑的方式對激光進(jìn)行聚光，并且 將激光的光軸芯與二次諧波發(fā)生元件5的受光部的中心對準(zhǔn)。在激光的光軸與二次諧波發(fā) 生元件5的中心一致的情況下，激光的能量全部輸入到二次諧波發(fā)生元件5中，因此二次諧 波發(fā)生元件5的輸出變?yōu)樽畲螅β时O(jiān)視器12的變位輸出也為最大。圖2表示使X軸調(diào)芯透鏡3移動的X軸致動器(壓電致動器)8的構(gòu)成。X軸致 動器8具有壓電元件14，其是在X方向上交替地層疊伸縮層14a和電極層14b，根據(jù)施加 的電壓在X方向上收縮的層疊型的壓電元件；一端固定于壓電元件14，并在X方向上延伸 的驅(qū)動軸15 ；與驅(qū)動軸15摩擦卡合，并保持X軸調(diào)芯透鏡3的移動體16 ；軸環(huán)17，其與壓 電元件14和驅(qū)動軸15的接合部的外周接合，并支承壓電元件14和驅(qū)動軸15。X軸調(diào)芯透 鏡3被支承于移動體16的側(cè)方，作為移動體16的作用的中心位置即X軸調(diào)芯透鏡3的光 學(xué)中心(作用點(diǎn))P偏離壓電元件14和驅(qū)動軸15的截面中心被保持。Y軸致動器10與X 軸致動器8具有相同的構(gòu)成，僅是配置的方向不同。圖3表示X軸致動器8的Y方向截面(A)和與X方向和Y方向正交的Z方向的截 面(B)，圖4表示從壓電元件14側(cè)在X方向觀察X軸致動器8的樣子。壓電元件14和驅(qū)動 軸15具有矩形的外周(截面)形狀，對置的端面通過粘結(jié)劑G接合。軸環(huán)17具有嵌合壓 電元件14和驅(qū)動軸15的矩形的嵌合孔17a，通過粘結(jié)劑G將壓電元件14和驅(qū)動軸15的外 周與嵌合孔17a的內(nèi)壁接合。但是，在壓電元件14和驅(qū)動軸15的外周的一條邊沒有涂敷 粘結(jié)劑G。S卩、壓電元件14和驅(qū)動軸15的外周的三條邊與軸環(huán)17接合，但一條邊沒有與軸 環(huán)17接合。粘結(jié)劑G例如使用環(huán)氧系粘結(jié)劑那樣的楊氏模量大的難于彈性變形的粘結(jié)劑。由 此，軸環(huán)17通過粘結(jié)劑G保持壓電元件14的外周，限制伸縮層14a來限制X方向的尺寸變 位。在X軸致動器8中，從壓電元件14的伸縮方向的中心軸(垂直于伸縮方向的截面中 心)來看，相對于壓電元件14的兩個伸縮層14a，軸環(huán)17對該兩個伸縮層14a的限制力在 圖4中以下方弱(都沒有)，側(cè)方及上方強(qiáng)的方式不均衡地接合。從壓電元件14和驅(qū)動軸 15的截面中心來看，圖3、4中的未圖示的X軸調(diào)芯透鏡3的光學(xué)中心(作用點(diǎn))P位于沒有 涂敷粘結(jié)劑G的軸環(huán)17的非粘結(jié)一側(cè)。圖5表示控制電路13的構(gòu)成?？刂齐娐?3具有放大功率監(jiān)視器12的變位輸出 的放大器18 ；除去放大后的變位輸出中的噪聲成分的低通濾波器19 ；將變位輸出變換為數(shù) 字的A/D變換器20 ；由微處理器構(gòu)成的控制裝置21，其是為了以激光的光軸調(diào)芯于二次諧 波發(fā)生元件5的方式使X軸調(diào)芯透鏡3和Y軸調(diào)芯透鏡4移動，以數(shù)字變換后的變位輸出 為基礎(chǔ)來控制X軸驅(qū)動電路7和Y軸驅(qū)動電路9的動作的控制裝置。圖6表示X軸驅(qū)動電路7的詳細(xì)內(nèi)容。X軸驅(qū)動電路7是具有將壓電元件14的兩 個電極分別連接于電壓Vcc(V)的電源的開關(guān)SW1、SW2，和將壓電元件14的兩電極分別接 地的開關(guān)SW3、SW4的橋接電路。四個開關(guān)SW1、SW2、SW3、SW4例如由晶體管構(gòu)成，通過從控 制裝置21輸出的控制信號使其導(dǎo)通/截止?？刂蒲b置21通過打開開關(guān)SW1、SW4，并關(guān)閉 開關(guān)SW2、SW3，就能將+Vcc(V)的電壓施加于壓電元件14，通過關(guān)閉開關(guān)SW1、SW4，并打開 開關(guān)SW2、SW3，就能將-Vcc(V)的電壓施加于壓電元件14。而且，Y軸驅(qū)動電路9也具有與X軸驅(qū)動電路7相同的構(gòu)成。圖7表示當(dāng)將+Vcc(V)的電壓連續(xù)地施加于壓電元件14時的X軸壓電致動器8的 變形。壓電元件14若被施加正電壓則在X方向延伸。但是，通過伸縮層14的粘結(jié)劑G被 軸環(huán)17限制(接合)的部分僅能夠在粘結(jié)劑G可彈性變形的范圍內(nèi)伸張。另一方面，相同 的伸縮層14a的未被軸環(huán)17限制的部分自由地且較大地伸張。因此，壓電元件14自身彎 曲地變形伸張。壓電元件14變形伸張如圖所示使壓電元件14的端面傾斜，使驅(qū)動軸15的 前端在非接合部的方向(Y方向)傾斜。通過該驅(qū)動軸15的傾斜使X軸調(diào)芯透鏡3搖動， 但X軸調(diào)芯透鏡3的光學(xué)中心P在X方向上僅變位從壓電元件14和驅(qū)動軸15的接合部來 看的搖動的余弦(cos)的變化量(dX)。因此，相對于X軸調(diào)芯透鏡3的光學(xué)中心P從最初 開始在Y方向的偏離來說，由驅(qū)動軸15的傾斜導(dǎo)致的X方向的變位較大。圖8表示X軸驅(qū)動電路7施加于X軸致動器8的驅(qū)動電壓的波形。X軸驅(qū)動電路 7被控制裝置21控制，輸出例如頻率100Hz、占空比50%的長周期的靜動驅(qū)動電壓和例如 頻率360kHz、占空比70% (或30% )的短周期的移動驅(qū)動電壓。當(dāng)X軸致動器8被施加 長周期的靜動驅(qū)動電壓時，驅(qū)動軸15在Y方向傾斜，移動體16與驅(qū)動軸15摩擦卡合后在 X方向上產(chǎn)生微小變位。而且，當(dāng)在X軸致動器8中被施加了短周期的移動驅(qū)動電壓時，在 占空比是70%的情況下驅(qū)動軸15緩慢地向正方向移動，并迅速向負(fù)方向移動，因此移動體 16相對驅(qū)動軸15在正方向滑動移動。而且，在移動驅(qū)動電壓的占空比是30%的情況下，驅(qū) 動軸15緩慢地向負(fù)方向移動并迅速地向正方向移動，因此移動體16相對驅(qū)動軸15在負(fù)方 向滑動移動。如圖9所示，相對于被移動體16保持的X軸調(diào)芯透鏡3的變位，功率監(jiān)視器12的 變位輸出為高斯分布。在變位輸出為峰值的位置附近，對應(yīng)于正負(fù)的靜動驅(qū)動電壓的功率 監(jiān)視器12的變位輸出的差(相位檢波輸出)對激光的二次諧波發(fā)生元件5的芯偏離量大 致成正比例。因此，如圖10所示，通過對基于正負(fù)的靜動驅(qū)動電壓的功率監(jiān)視器12的變位 輸出的差乘以規(guī)定的系數(shù)，使移動體16移動到功率監(jiān)視器12的變位輸出為最大的位置，因 此能夠計(jì)算出應(yīng)施加于X軸致動器8的移動驅(qū)動電壓的脈沖數(shù)。在此，通過將移動驅(qū)動電壓設(shè)定為相對于壓電元件14和驅(qū)動軸15在X方向的壓 縮的共振頻率的70%左右的占空比為約70%或30%的矩形波，容易使移動體部件16相對 驅(qū)動軸15滑動變位。而且，通過將靜動驅(qū)動電壓設(shè)定為比相對于壓電元件14和驅(qū)動軸15 在Y方向的彎曲的共振頻率低的頻率的占空比為50%的一周期的矩形波，能夠使移動體16 向X方向前后一度一度地，精密地進(jìn)行微小變位與靜動驅(qū)動電壓的振幅對應(yīng)的固定量。另外，將基于壓電元件14和驅(qū)動軸15在Y方向上的彎曲的橫擺的共振頻率設(shè)定 為比由X方向的壓縮引起的縱擺的共振頻率充分的小，例如設(shè)定在1/100左右，靜動驅(qū)動電 壓的頻率相比移動驅(qū)動電壓的頻率非常的低，使移動體16相對驅(qū)動軸15不發(fā)生滑動變位。這樣，激光模塊1與通過X軸致動器8將激光對二次諧波發(fā)生元件5在X方向進(jìn) 行調(diào)芯一樣，通過Y軸致動器10將激光對二次諧波發(fā)生元件5在Y方向也進(jìn)行調(diào)芯。并且，圖11和圖12表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的激光模塊1的X軸致動器8的 構(gòu)成。本實(shí)施方式的激光模塊1除了圖示的X軸致動器8和與X軸致動器8具有大致相同 構(gòu)成的Y軸致動器10以外，與第一實(shí)施方式相同，因此省略重復(fù)的說明。本實(shí)施方式的X 軸致動器8的軸環(huán)17形成為與壓電元件14和驅(qū)動軸15的接合部的三條邊接觸，開放一條邊的二字形。本實(shí)施方式中，壓電元件14和驅(qū)動軸15的一面開放，因此即使使用浸透性高的粘結(jié)劑G，非接合部上粘結(jié)劑G也不會進(jìn)入，能夠可靠地保留非接合部。因此，能夠如設(shè)計(jì)那樣 區(qū)分軸環(huán)17的接合部和非接合部，通過施加靜動驅(qū)動電壓使驅(qū)動軸15正確地向Y方向傾 斜。而且，致動器8能夠從軸環(huán)17的開放部插入安裝壓電元件14和驅(qū)動軸15，將便于制造。圖13和圖14表示本實(shí)施方式的X軸壓電致動器8的靜動驅(qū)動電壓所產(chǎn)生的在Y 方向的變位的模擬結(jié)果。圖13是將+3V施加于壓電元件14的情況，圖14是將-3V施加于 壓電元件14的情況。另外，在這些圖中，根據(jù)模擬的情況，是將驅(qū)動軸15的前端配置在上 方。而且，在圖中，深顏色表示的部分是Y方向上的正變位，淺顏色表示的部分是Y方向上 的負(fù)變位。在本實(shí)施方式中，驅(qū)動軸15的前端部在Y方向上的變位在圖13中是+5. 6nm，在 圖14中是-5. 6nm。圖15和圖16表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的X軸致動器8的構(gòu)成。本實(shí)施方式的 X軸致動器8是在第二實(shí)施方式的致動器中不粘結(jié)壓電元件14的側(cè)部的部件。即、在本實(shí) 施方式中，壓電元件14僅在矩形外周形狀中的一側(cè)與軸環(huán)17粘結(jié)，其他的三條邊未與軸環(huán)粘結(jié)。圖17和圖18表示基于本實(shí)施方式的X軸壓電致動器8的靜動驅(qū)動電壓的Y方向 的變位。圖17是將+3V施加于壓電元件14的情況，圖18是將-3V施加于壓電元件14的 情況。在本實(shí)施方式中，驅(qū)動軸15的前端部在Y方向的變位在圖17中為+9. 7nm，在圖18 在為-9. 7nm。S卩、與通過軸環(huán)17限制了矩形形狀的壓電元件14的側(cè)邊的第二實(shí)施方式相 比，通過不限制矩形形狀的壓電元件14的側(cè)邊，能夠使驅(qū)動軸15的傾斜及由此導(dǎo)致的X軸 調(diào)芯透鏡3的變位變大。但是，在第三實(shí)施方式中，與第二實(shí)施方式相比由于軸環(huán)17對壓電元件14的保持 力較小，所以需要注意相對來自外部的沖擊等粘結(jié)劑G剝離而使壓電元件14容易從軸環(huán)17 中脫離，耐沖擊性下降。圖19表示補(bǔ)充第三實(shí)施方式的耐沖擊性的本發(fā)明的第四實(shí)施方式的X軸致動器 8的構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，通過軸環(huán)17將矩形形狀的壓電元件14的上邊利用楊氏模量 大的例如環(huán)氧系的粘結(jié)劑Gl保持，將矩形形狀的壓電元件14的側(cè)邊利用楊氏模量小的例 如硅系的粘結(jié)劑G2保持。楊氏模量小的粘結(jié)劑G2對壓電元件14的限制力弱，容許伸縮層 14a的伸縮，因此不妨礙驅(qū)動軸15的傾斜及由此導(dǎo)致的X軸調(diào)芯透鏡3的變位。但是，楊氏 模量小的粘結(jié)劑G2在X軸致動器8被作用了沖擊時，能夠保持壓電元件14不從軸環(huán)17中 脫離。進(jìn)而，圖20和圖21表示本發(fā)明的第五實(shí)施方式的X軸致動器8的構(gòu)成。本實(shí)施 方式的軸環(huán)17做成僅接觸壓電元件14和驅(qū)動軸15的接合部的一條邊的棱柱狀。因此，矩 形的壓電元件14和驅(qū)動軸15的接合部僅一條邊接合于軸環(huán)17。驅(qū)動軸15的前端在與軸 環(huán)17接合的方向上傾斜，因此若在壓電元件14和驅(qū)動軸15與軸環(huán)17接合的一側(cè)，X軸調(diào) 芯透鏡3的光學(xué)中心P偏移的話，則通過正的靜動驅(qū)動電壓使光學(xué)中心P向遠(yuǎn)離壓電元件 14的方向移動。假如，X軸調(diào)芯透鏡3的光學(xué)中心P向壓電元件14和驅(qū)動軸15未與軸環(huán) 17接合的一側(cè)偏移的話，則通過正的靜動驅(qū)動電壓，光學(xué)中心P向接近壓電元件14的方向移動。進(jìn)而，圖22表示本發(fā)明的第六實(shí)施方式的X軸致動器8的構(gòu)成。在本實(shí)施方式 中，層疊構(gòu)造型的壓電元件14和驅(qū)動軸15形成為圓柱狀，在軸環(huán)17上形成有嵌合壓電元 件14和驅(qū)動軸15的圓形的嵌合孔17a。軸環(huán)17和壓電元件14的大約半周通過楊氏模量 高的粘結(jié)劑Gl粘結(jié)，剩下的大約半周通過楊氏模量低的粘結(jié)劑G2粘結(jié)。在本實(shí)施方式的構(gòu)成中，通過軸環(huán)17以從截面中心觀察不均勻的方式限制壓電 元件14的尺寸變位，能夠使壓電元件14的畸變變形，可使驅(qū)動軸15傾斜。
即使使用這樣的圓柱型的壓電元件14的情況下，也可如圖23所示的本發(fā)明的第 七實(shí)施方式的X軸致動器8那樣使軸環(huán)17與壓電元件14的外周的一部分非粘結(jié)。而且， 也可以與壓電元件14的外周形狀無關(guān)，使用楊氏模量不同的三種以上的粘結(jié)劑。而且，通 過使粘結(jié)劑的層的厚度部分地不同，也可使軸環(huán)17對壓電元件14的限制力實(shí)質(zhì)上不均衡。并且，在本發(fā)明中，也可如圖24和圖25所示的本發(fā)明的第八是實(shí)施方式和第九實(shí) 施方式的X軸致動器8那樣，軸環(huán)17保持壓電元件14的任意的位置。但是，若軸環(huán)17保 持壓電元件14的位置遠(yuǎn)離驅(qū)動軸15，則需要注意由于施加了移動驅(qū)動電壓時的壓電元件 14的伸縮，作用于軸環(huán)17和粘結(jié)劑G上的驅(qū)動軸15、移動體16和調(diào)芯透鏡3的慣性導(dǎo)致 的反作用力會增大。而且，也可如圖26所示的本發(fā)明的第十實(shí)施方式那樣，壓電致動器8不借助軸環(huán) 17固定于殼體等，優(yōu)選通過錘18使與壓電元件14的驅(qū)動軸15相反側(cè)的端部固定于殼體 等。此時，根據(jù)壓電元件14的兩側(cè)端面的相對角度確定驅(qū)動軸15的傾斜角度，因此比將軸 環(huán)17固定于殼體等的情況，驅(qū)動軸15的傾斜角度增大。即、在本實(shí)施方式中，能夠使透鏡 3的光學(xué)中心P在Y方向上的變位量變大。
權(quán)利要求
一種壓電致動器，其特征在于，具有層疊型壓電元件，其交替地層疊了伸縮層和電極層；驅(qū)動軸，其一端被固定于所述壓電元件的伸縮方向的端部；移動體，其摩擦卡合于所述驅(qū)動軸；及軸環(huán)，其粘結(jié)于所述壓電元件的外周，所述軸環(huán)以從垂直于所述壓電元件的所述伸縮方向的截面中心觀察，對所述伸縮層的限制力為不均衡的方式粘結(jié)于多個所述伸縮層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動器，其特征在于， 所述軸環(huán)與所述伸縮層的外周的一部分為非粘結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電致動器，其特征在于，所述軸環(huán)通過楊氏模量不同的粘結(jié)劑部分地粘結(jié)于所述伸縮層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的壓電致動器，其特征在于，所述壓電元件的外周形狀是矩形，所述外周的一條邊與所述軸環(huán)粘結(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的壓電致動器，其特征在于，所示壓電元件的外周形狀是矩形，所述外周的三條邊與所述軸環(huán)粘結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的壓電致動器，其特征在于，所述壓電元件的外周形狀是圓形，所述軸環(huán)粘結(jié)于所述壓電元件的大約半周。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的壓電致動器，其特征在于， 從所述壓電元件的截面中心觀察，所述軸環(huán)至少一部分被開放。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的壓電致動器，其特征在于， 所述軸環(huán)具有嵌合所述壓電元件及所述驅(qū)動軸的孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的壓電致動器，其特征在于， 所述軸環(huán)支承所述壓電元件與所述驅(qū)動軸的接合部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的壓電致動器，其特征在于，從所述壓電元件的截面中心觀察，所述移動體的作用點(diǎn)在所述軸環(huán)的限制力為最不均 衡的方向上偏離所述驅(qū)動軸。
11.一種驅(qū)動裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的壓電致動器；以及驅(qū)動電路，其能夠施加使所述壓電致動器的所述驅(qū)動軸相對于所述壓電致動器的所述 壓電元件非對稱地往復(fù)移動的周期性移動驅(qū)動電壓，以使所述移動體滑動移動；以及能夠 施加使所述驅(qū)動軸相對于所述壓電致動器的所述壓電元件緩慢地移動的靜動驅(qū)動電壓，以 使所述移動體不進(jìn)行滑動移動。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述靜動驅(qū)動電壓是比所述移動驅(qū)動電壓頻率低的周期性的電壓。
13.一種定位裝置，其特征在于，具有 權(quán)利要求11或12所述的驅(qū)動裝置；以及變位檢測單元，其在所述驅(qū)動裝置的所述移動體位于規(guī)定位置時表示出最大值，并輸 出越遠(yuǎn)離所述規(guī)定位置變得越小的變位輸出，所述驅(qū)動裝置的所述驅(qū)動電路具有控制單元，該控制單元基于通過所述靜動驅(qū)動使所述移動體移動時的所述變位輸出的變化，以所述變位輸出成為最大的方式確定所述移動驅(qū) 動電壓的施加量。
14. 一種激光模塊，其特征在于，具有權(quán)利要求13所述的定位裝置和接收激光并輸出的受光部件，所述定位裝置的所述變位檢測單元是檢測所述受光部件的輸出的傳感器， 所述定位裝置的所述移動體是使所述激光對所述受光部件進(jìn)行定位的光學(xué)部件。
全文摘要
一種壓電致動器，其具有層疊型壓電元件(14)，其交替地層疊了伸縮層(14a)和電極層(14b)；驅(qū)動軸(15)，其一端被固定于壓電元件(14)；移動體，其摩擦卡合于驅(qū)動軸(15)，將軸環(huán)(17)使用楊氏模量不同的粘結(jié)劑部分地粘結(jié)于壓電元件(14)的多個伸縮層(14a)的外周，或以與伸縮層(14a)的外周一部分非粘結(jié)的方式通過粘結(jié)劑(G)部分地粘結(jié)，從而若從垂直于壓電元件(14)的截面中心觀察，相對于軸環(huán)(17)的伸縮層(14a)的限制力為不均衡，則通過使壓電元件(14)不均衡地伸縮變形，使驅(qū)動軸(15)傾斜，從而可使移動體微動。
文檔編號H02N2/00GK101868909SQ200880117318
公開日2010年10月20日 申請日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者柴谷一弘 申請人:柯尼卡美能達(dá)精密光學(xué)株式會社