(57)【要約】【課題】本発明は、信頼性の向上を図ることができる駆動装置を提供する。【解決手段】本発明に係る駆動装置１は、所定の伸縮方向に沿って伸縮する電気機械変換素子４と、伸縮方向における電気機械変換素子４の一端に取り付けられた駆動部材６と、伸縮方向における電気機械変換素子４の他端に取り付けられた金属からなる錘７と、電気機械変換素子４と錘７との間に設けられた絶縁層９と、を備えていることを特徴とする。この駆動装置１によれば、金属製の錘７と電気機械変換素子４との間に設けられた絶縁層９によって、錘７と電気機械変換素子４とが確実に絶縁されるため、電気機械変換素子４に流れる電流が錘７を通じて短絡することを確実に防止でき、駆動装置１の信頼性の向上を図ることができる。【選択図】図４
2010088212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の伸縮方向に沿って伸縮する電気機械変換素子と、
前記伸縮方向における前記電気機械変換素子の一端に取り付けられた駆動部材と、
前記駆動部材に係合された被駆動体と、
前記伸縮方向における前記電気機械変換素子の他端に取り付けられた金属からなる錘と、
前記電気機械変換素子と前記錘との間に設けられた絶縁層と、を備えることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記絶縁層は、少なくとも前記錘における前記電気機械変換素子側の表面に形成された絶縁膜であることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記絶縁層は、前記錘の表面硬度以上の表面硬度を有することを特徴とする請求項１又は２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記錘は、全体重量に対するＷ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅの含有割合が
Ｗ：８５重量％以上〜９８重量％以下、
Ｎｉ：１重量％以上〜１２重量％以下、
Ｍｏ：０．１重量％以上〜２．０重量％未満、
Ｆｅ：１．０重量％以下、
であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の駆動装置。
【請求項５】
前記被駆動体は、カメラのレンズ、及び前記レンズを保持するレンズ枠を含んで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばカメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等においてレンズ等を駆
動するのに好適な駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における上記技術分野の駆動装置として、所定の伸縮方向に伸縮する電気機械変換素子と、伸縮方向における電気機械変換素子の一端に取り付けられた駆動軸と、伸縮方向における電気機械変換素子の他端に取り付けられた錘と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置によれば、電気機械変換素子の他端に十分な重さの錘が取り付けられているため、慣性により電気機械変換素子の振動が効率よく駆動軸に伝わる。
【特許文献１】特開２００５−２１８２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述したような駆動装置の錘としては、装置の小型化の観点から、小さくても十分な重さを得ることができる金属製の錘が採用されることがある。しかしながら、金属製の錘は導電性を有するため、電気機械変換素子に流れる電流が錘を通じて短絡するおそれがある。具体的には、電気機械変換素子の入力端子とフレキシブル基板等の端子とを接続するにあたり、導電接着剤等を用いて接続すると、導電接着剤等が錘の方まではみ出してしまい、錘を介して電気機械変換素子の端子同士が短絡するおそれがあり、駆動装置の信頼性が低下するという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、信頼性の向上を図ることができる駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、所定の伸縮方向に沿って伸縮する電気機械変換素子と、伸縮方向における電気機械変換素子の一端に取り付けられた駆動部材と、駆動部材に係合された被駆動体と、伸縮方向における電気機械変換素子の他端に取り付けられた金属からなる錘と、電気機械変換素子と錘との間に設けられた絶縁層と、を備えることを特徴とする。この駆動装置によれば、比重の重い金属製の錘を用いるため、小さな体積で十分な重さを得ることが可能となり、錘の小型化を図ることができる。そして、金属製の錘と電気機械変換素子との間には絶縁層が設けられ、この絶縁層によって錘と電気機械変換素子とが確実に絶縁されるため、電気機械変換素子に流れる電流が錘を通じて短絡することを確実に防止でき、駆動装置の信頼性の向上を図ることができる。
【０００６】
また、絶縁層は、少なくとも錘における電気機械変換素子側の表面に形成された絶縁膜であることが好適である。真空蒸着等によって錘の表面にＤＬＣ（Diamond  Like  Carbon）等からなる絶縁膜を形成し、絶縁膜を介して錘と電気機械変換素子とが接触する態様とすることにより、簡素な構成で電気機械変換素子と錘とを絶縁するための絶縁層を設けることができる。
【０００７】
また、絶縁層は、錘の表面硬度より高い表面硬度を有することが好適である。このような構成によれば、他端に取り付けられた錘の慣性によって電気機械変換素子の振動を駆動軸に伝えるにあたり、電気機械変換素子と錘との間の絶縁層の変形により振動が吸収されることを抑制することができるので、電気機械変換素子の振動を効果的に駆動軸に伝えることができる。
【０００８】
また、錘は、全体重量に対するＷ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅの含有割合がＷ：８５重量％以上〜９８重量％以下、Ｎｉ：１重量％以上〜１２重量％以下、Ｍｏ：０．１重量％以上〜２．０重量％未満、Ｆｅ：１．０重量％以下、であることが好適である。このような組成の錘によれば、比重が重いＷを多く含んでいるため、錘の小型化を図ることができる。さらに、Ｎｉを含むＷ-Ｎｉ合金とすることで、Ｗよりイオン化傾向の大きいＮｉが優先酸化されて安定した酸化膜を形成するため、高い耐食性を得ることができる。また、標準電位がＷとＮｉとの中間に位置するＭｏが添加されることで、耐食性を低下させることなく、焼結によるＷのオストワルド成長を助けることができ、密度の高い錘を得ることができる。そして、少量のＦｅが添加されることでＷのオストワルド成長が進行されると共に、延性の向上を図ることができる。
【０００９】
ここで、Ｗを８５重量％以上〜９８重量％以下に規定したのは、Ｗ合金としての高密度性を確保しつつ、十分な焼結性を持たせるためであり、Ｎｉを１重量％以上〜１２重量％以下に規定したのは、Ｗのオストワルド成長に係る液相を発生させると共にＷ量を十分に確保するためである。また、Ｍｏを０．１重量％以上〜２．０重量％未満に規定したのは、Ｗのオストワルド成長を生じさせるために必要な量を確保しつつ、延性を損なわないためである。Ｆｅを１．０重量％以下に規定したのは、高い耐食性を維持しつつ、十分な延性及び機械的強度を得るためである。
【００１０】
また、被駆動体は、カメラのレンズ、及びレンズを保持するレンズ枠を含んで構成されていることが好適である。本発明に係る駆動装置をカメラのレンズ及びレンズ枠を駆動するために用いることにより、駆動装置の錘の小型化に伴ってカメラの小型化が図られると共に、駆動装置の信頼性の向上に伴ってカメラの性能向上が図られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、駆動装置の信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る駆動装置の一実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１に示されたII−II線に沿っての部分断面図である。図３は、図１の圧電素子を示す拡大断面図であり、図４は、図１の圧電素子を示す拡大平面図である。図１及び図２に示されるように、駆動装置１は、レンズ枠２（被駆動体）が保持するレンズ１０（被駆動体）を光軸ＯＡに沿って駆動するための装置であって、例えばカメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等に好適なものである。
【００１４】
駆動装置１は、レンズ枠２を収容するホルダ３を備えている。ホルダ３は、光軸ＯＡに平行な基準線ＦＬの延在方向に伸縮する圧電素子（電気機械変換素子）４を支持している。具体的には、圧電素子４は、シリコーン接着剤によりホルダ３に接着されたシリコーンキャップ５によって、基準線ＦＬの延在方向に対して側方から保持されることで、ホルダ３によって弾性的に支持されている。
【００１５】
圧電素子４は、圧電体層４ｅと内部電極層４ｆとが交互に積層された略四角柱形状の積層型圧電素子である（図４参照）。圧電体層４ｅは、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とした圧電セラミックスからなり、導電性の内部電極層４ｆより印加される駆動パルスに応じて基準線ＦＬ方向に伸縮する。この圧電体層４ｅと内部電極層４ｆとからなる積層体の表面には、板状の外部電極４ｃ，４ｄが積層体を挟むように配置されている。外部電極４ｃ，４ｄの外面には、ハンダ２５によって圧電体層４ｅに駆動パルスを印加するための入力端子４ａ，４ｂがそれぞれ接続されている。
【００１６】
基準線ＦＬの延在方向における圧電素子４の一端には、基準線ＦＬに沿って延在するように、駆動軸（駆動部材）６が接着剤により固定されている。駆動軸６は、例えばカーボングラファイト等、黒鉛結晶が強固に複合させられてなる黒鉛複合体により円柱状に形成されている。
【００１７】
駆動軸６の一端部は、ホルダ３が有する仕切部１１に形成された軸受溝１１ａ内に配置されている。一方、駆動軸６の他端部は、ホルダ３が有する仕切部１２に形成された軸受溝１２ａ内に配置されている。これにより、駆動軸６は、基準線ＦＬに沿って往復動可能となっている。
【００１８】
駆動軸６には、仕切部１１，１２によってそれらの間に移動領域が規制されたレンズ枠２の係合部２ａが摩擦係合されている。具体的には、係合部２ａに固定された断面Ｖ字状の板部材１３と、係合部２ａに係止された板バネ１４によって板部材１３側に付勢された断面Ｖ字状の板部材１５とが駆動軸６を挟持することで、係合部２ａは、その移動の際に一定の摩擦力が生ずるように、駆動軸６に取り付けられている。なお、ホルダ３には、レンズ枠２が有する断面Ｕ字状の溝内に配置される軸１６が基準線ＦＬの延在方向に沿って掛け渡されている。つまり、駆動軸６は、レンズ枠２のガイド軸としても機能し、軸１６は、レンズ枠２の回転止め軸として機能する。
【００１９】
図２及び図３に示されるように、基準線ＦＬの延在方向における圧電素子４の他端には、タングステン合金製の錘部材７が接着剤により固定されている。直方体形状の錘部材７と圧電素子４との間には、接着剤により形成された接着層８が形成されている。
【００２０】
また、錘部材７における圧電素子４と対向する面には、ＤＬＣ（Diamond  Like  Carbon）からなる絶縁膜９が形成されている。絶縁膜９は、真空蒸着により錘部材７における圧電素子４と対向する面全体に亘って成膜され、その表面硬度は、錘部材７の表面硬度と等しいか又はより高くなるように形成されている。
【００２１】
以上のように構成された駆動装置１は、次のように動作する。すなわち、入力端子４ａ，４ｂを通じて圧電素子４に駆動パルスが入力され、その駆動パルスの入力により圧電素子４の圧電体層４ｅが伸長及び収縮を繰り返す。このとき、圧電素子４の他端には錘部材７が固定されているため、圧電素子４は負荷のない一端側（駆動軸６側）に大きく変位する。これにより、圧電素子４の伸縮が効率よく駆動軸６に伝えられ、駆動軸６が基準線ＦＬに沿って往復動する。そして、圧電素子４の伸長速度と収縮速度とを異ならせて、駆動軸６が一方向へ移動する速度と他方向へ移動する速度とが異なることで、駆動軸６に摩擦係合された係合部２ａが所望の方向へ移動され、レンズ枠２を駆動させることができる。
【００２２】
この駆動装置１では、タングステン合金製の錘部材７と圧電素子４とが接着層８により離間されている。しかしながら、接着層８は、その材質上、伸縮する圧電素子４に対する形状の維持が容易ではないため、接着層８のみでは圧電素子４の外部電極４ｃ，４ｄと錘部材７とが接触し、短絡が生じるおそれがある（図４参照）。そこで、本実施形態に係る駆動装置１では、錘部材７の圧電素子４に対向する面にＤＬＣからなる絶縁膜９を形成している。これにより、圧電素子４と錘部材７とは絶縁膜９によって確実に絶縁されるため、圧電素子４を流れる電流が合金製の錘部材７を通じて短絡することを防止することができ、駆動装置１の信頼性の向上を図ることができる。そして、この駆動装置１をカメラのレンズ１０及びレンズ枠２を駆動するために用いることにより、錘部材７の小型化に伴ってカメラの小型化が図られると共に、駆動装置１の信頼性の向上に伴ってカメラの性能向上が図られる。
【００２３】
さらに、錘部材７における圧電素子４と対向する面に絶縁膜９を形成するだけで、圧電素子４と錘部材７との間に絶縁のための絶縁層を設けることができ、簡素な構成で圧電素子４と錘部材７との絶縁を実現することができる。
【００２４】
また、絶縁膜９の表面硬度は、錘部材７の表面硬度と等しいか又はより高くなるように形成されている。このため、他端に取り付けられた錘部材７の慣性によって圧電素子４の振動を駆動軸６に伝えるにあたり、絶縁層９の変形により圧電素子４の振動が吸収されることを抑制することができるので、圧電素子４の振動を効果的に駆動軸６に伝えることができる。
【００２５】
また、本実施形態の錘部材７に採用されるタングステン合金は、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅを含有している。この錘部材７の全体重量に対するＷ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅの含有割合は、Ｗ：８５重量％以上〜９８重量％以下、Ｎｉ：１重量％以上〜１２重量％以下、Ｍｏ：０．１重量％以上〜２．０重量％未満、Ｆｅ：１．０重量％以下である。
【００２６】
錘部材７に用いられるタングステン合金は、通常の粉末冶金技術により製造することが可能である。すなわち、各金属成分の粉末を混合し、金型により成形し、次いで実質的な真空雰囲気又は実質的な還元性ガス若しくは不活性ガス雰囲気下において、例えば１３５０〜１５５０℃の温度で焼成する。これにより、焼結タングステン合金を得ることができる。
【００２７】
以下、本実施形態の錘部材７に採用されるＷ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ合金について比較例を用いて説明する。表１は、比較例１〜１１を示す表である。表１において、比較例１〜８はＦｅ，Ｃｏ，Ｃｕのいずれも含まないＷ−Ｎｉ−Ｍｏ系合金を、比較例９〜１１はＦｅ，Ｃｏ，Ｃｕのうちのいずれか１つを含むがＭｏは含まないＷ−Ｎｉ系合金をそれぞれ示す。
【００２８】
各比較例は、所定の組成になるように各金属成分の粉末及び潤滑剤を配合し、Ｖブレンダーにて混合している。そして、このようにして得られた混合粉末を、４〜７ｔ／cm2 のプレス圧で金型成形することで板状の成形体を得る。この成形体を９００℃で脱脂後、水素雰囲気中、１４００〜１５２０℃で焼成することで表１に示す組成を有する焼結タングステン合金試料を得る。
【００２９】
【表１】
2010088212.tif 000003
【００３０】
これら比較例１〜１１の合金試料の密度及び硬さについてそれぞれ測定が行われた。また、オストワルド成長の有無を確認するため組織観察及び耐食性試験が行われた。耐食性試験としては、ＭＩＬ規格（MIL−STD−883C）に準拠した耐湿性試験及びＪＩＳ規格（JIS−Z−2371）に準拠した塩水噴霧試験が採用された。
【００３１】
表１から明らかなように、比較例１〜８は、いずれも１６．７〜１８．３ｇ／ｃｍ3と十分高い密度を示し、また耐食性試験後も錆が発生せず、十分な耐食性を有していることが確認された。また、組織観察により、比較例１〜５でオストワルド成長が生じていることが確認された。これに対して比較例９〜１１にはＭｏが含まれていないために、比較例１〜８に比べて耐食性が劣っていた。
【００３２】
次に、本実施形態の錘部材７に採用されるＷ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ合金について示す。表２は、錘部材７に採用されるＷ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ合金の実施例１２，１３及びその比較例１４〜２２を示す表である。
【００３３】
【表２】
2010088212.tif 000004
【００３４】
これら実施例１２，１３および比較例１４〜２２の合金試料の密度及び硬さについて測定が行われた。また、各合金試料は棒状試験片に加工され引張試験機によって機械的性質が試験された。耐食性試験は上記の比較例１〜１１と同様の条件で行われた。
【００３５】
表２から明らかなように、実施例１２，１３は、いずれも１７．４〜１８．３ｇ／ｃｍ3と高い密度を示し、また耐食性試験後も錆の発生及び重量変化がほとんどなく、比較例１４，１５，１７〜２２と比べて優れた耐食性を有していることが確認された。また、伸び及び強度も高く、良好な機械的性質を有することが判明した。
【００３６】
これに対して、比較例１８は、Ｍｏは添加されているものの、Ｆｅ及びＣｏがいずれも添加されていないため伸びが低かった。また、比較例１９はＣｕが添加されているため耐食性が劣っていた。一方、Ｍｏを含まない比較例２０および比較例２２〜２４は、伸び及び強度が高く、良好な機械的性質を有するが、耐食性に劣っていた。また、比較例１６，１７及び比較例２１は、Ｃｏ又はＦｅが多すぎるため、耐食性に劣っていた。
【００３７】
上記Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ合金製の錘部材７によれば、比重が重いＷを多く含むため、小さい体積で十分な重さを得ることが可能となり、錘部材７の小型化を図ることができる。さらに、Ｎｉを含むＷ−Ｎｉ合金とすることで、Ｗよりイオン化傾向の大きいＮｉが優先酸化されて安定した酸化膜を形成するため、高い耐食性を得ることができる。また、標準電位がＷとＮｉとの中間に位置するＭｏが添加されることで、耐食性を低下させることなく、Ｗのオストワルド成長を助けることができ、密度の高い錘部材を得ることができる。そして、少量のＦｅが添加されることでＷのオストワルド成長が進行されると共に、合金の延性及び機械的性質の向上を図ることができる。
【００３８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３９】
圧電素子４と錘部材７との間に設けられる絶縁層は、絶縁膜９に限られない。例えば、厚さや強度を十分に確保した接着層８のみで、絶縁層が形成されても良く、また圧電素子４と錘部材７との間に絶縁性の素材からなる部材を挟むことで、絶縁層が形成されても良い。
【００４０】
また、絶縁膜９の成膜材料は、ＤＬＣではなくセラミックなどでも良く、その成膜方法は真空蒸着に限られない。絶縁膜９は、錘部材７の一面だけではなく、複数の面にわたって形成されても良く、全ての面に形成されていても良い。
【００４１】
また、絶縁膜９が形成される錘部材７の組成は、Ｗ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ合金に限られず、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ合金等でも良い。錘部材７がＷ−Ｎｉ−Ｃｕ合金の場合には、耐食性を高めるためにニッケルメッキ加工が施される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る駆動装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示されたＩＩ−ＩＩ線に沿っての部分断面図である。
【図３】図１の圧電素子を示す拡大断面図である。
【図４】図１の圧電素子を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…駆動装置、２…レンズ枠（被駆動体）、３…ホルダ、４…圧電素子（電気機械変換素子）、６…駆動軸（駆動部材）、７…錘部材、８…接着層、９…絶縁膜（絶縁層）、１０…レンズ、ＦＬ…基準線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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