(57)【要約】【課題】耐衝撃性の更なる向上を図ることが可能な圧電駆動装置を提供する。【解決手段】圧電駆動装置１は、積層型圧電素子１０と、錘２０と、駆動部材２２と、緩衝部材２４とを備える。錘２０は、積層型圧電素子１０の伸縮方向の一端側に接続されている。駆動部材２２は、有底筒状を呈すると共に、積層型圧電素子１０の伸縮方向の他端側を内部に収容している。駆動部材２２の底部の内面には、積層型圧電素子１０の伸縮方向の他端側が接続されている。緩衝部材２４は、積層型圧電素子１０の側面と駆動部材２２の内壁面との間に配置されている。【選択図】図４
2014204462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、
前記圧電素子の伸縮方向の一端側に接続された錘と、
有底筒状を呈すると共に、前記圧電素子の伸縮方向の他端側を内部に収容しつつ前記他端側が底部に接続された駆動部材と、
前記圧電素子の側面と前記駆動部材の内壁面との間に配置された緩衝部材とを備える圧電駆動装置。
【請求項２】
前記緩衝部材は、前記圧電素子の側面と前記駆動部材の内壁面との間で且つ前記駆動部材の開放端寄りに配置されている、請求項１に記載の圧電駆動装置。
【請求項３】
前記駆動部材の前記底部には貫通孔が形成されている、請求項１又は２に記載の圧電駆動装置。
【請求項４】
前記緩衝部材は樹脂で構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電駆動装置。
【請求項５】
前記駆動部材の開放端寄りの内径は、前記駆動部材の底部寄りの内径よりも大きい、請求項４に記載の圧電駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載された圧電駆動装置と、
前記駆動部材の外周面と係合するレンズホルダとを備えるレンズ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置、及び当該圧電駆動装置を用いて携帯電話等に搭載されるカメラのカメラ用レンズを駆動するレンズ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、レンズ駆動装置を開示している。レンズ駆動装置は、圧電駆動装置と、レンズホルダとを備える。圧電駆動装置は、圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一端側に固定された錘と、圧電素子の伸縮方向の他端側に接着剤により固定された駆動部材とを有する。レンズホルダは、駆動部材の外周面と係合する。圧電素子が伸縮を繰り返すと、レンズホルダは、駆動部材の外周面との間により生ずる摩擦力により、圧電素子の伸縮方向の一方又は他方に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８９８２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電素子の伸縮方向の他端側には、駆動部材を介してレンズホルダが取り付けられているため、圧電素子の当該他端側には大きなモーメントが作用している。そのため、外部から衝撃が作用した場合、圧電素子の当該他端側には大きな剪断力が特に作用しやすい。その結果、圧電素子の破壊をもたらしたり、圧電素子と駆動部材との接着が剥離したりといった不具合が発生する虞がある。
【０００５】
特許文献１では、駆動部材の重心位置を、圧電素子と駆動部材とが当接する当接面を含む平面付近に設定することで、当該不具合を抑制しようとしている。しかしながら、レンズ駆動装置が携帯電話等の携帯機器に用いられるような場合には、外部からの衝撃力を受けやすい環境にさらされることが多いため、外部からの衝撃力に対してより一層の対策が望まれていた。
【０００６】
そのため、本発明の目的は、耐衝撃性の更なる向上を図ることが可能な圧電駆動装置及びレンズ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの観点に係る圧電駆動装置は、圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一端側に接続された錘と、有底筒状を呈すると共に、圧電素子の伸縮方向の他端側を内部に収容しつつ他端側が底部に接続された駆動部材と、圧電素子の側面と駆動部材の内壁面との間に配置された緩衝部材とを備える。
【０００８】
本発明の一つの観点に係る圧電駆動装置では、圧電素子の側面と駆動部材の内壁面との間に緩衝部材が配置されている。そのため、外部から駆動部材に衝撃力が作用しても、緩衝部材により当該衝撃力が吸収される。従って、圧電素子にかかる衝撃力を緩和することができるので、耐衝撃性の更なる向上を図ることが可能となる。
【０００９】
緩衝部材は、圧電素子の側面と駆動部材の内壁面との間で且つ駆動部材の開放端寄りに配置されていてもよい。緩衝部材が存在しない場合に衝撃力が作用すると、駆動部材の開放端が大きく動いて、圧電素子に大きな剪断力が作用しうる。しかしながら、緩衝部材が駆動部材の開放端寄りに配置されていると、そのような駆動部材の開放端における動きが制限される。従って、耐衝撃性のより一層の向上を図ることが可能となる。
【００１０】
駆動部材の底部には貫通孔が形成されていてもよい。一般的には、駆動部材の底部と圧電素子の伸縮方向の他端側とは、流動性を有する接着剤により接着される。この場合、駆動部材の底部と圧電素子の他端側とを接着剤により接続する際に、余剰分の接着剤が、貫通孔に向かい、圧電素子の側面に回り込み難くなる。そのため、余剰分の接着剤が圧電素子の側面に回り込むことにより圧電素子の伸縮が阻害されてしまうことを抑制できる。
【００１１】
緩衝部材は樹脂で構成されていてもよい。
【００１２】
駆動部材の開放端寄りの内径は、駆動部材の底部寄りの内径よりも大きくてもよい。この場合、駆動部材と圧電素子との間に樹脂を注入することにより緩衝部材を形成する際に、当該樹脂が駆動部材の開放端寄りに留まりやすくなる。
【００１３】
本発明の他の観点に係るレンズ駆動装置は、上記いずれかの圧電駆動装置と、駆動部材の外周面と係合するレンズホルダとを備える。
【００１４】
本発明の他の観点に係るレンズ駆動装置は、上記の圧電駆動装置と同様の効果をそうする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、耐衝撃性の更なる向上を図ることが可能な圧電駆動装置及びレンズ駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態に係るレンズ駆動装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るレンズ駆動装置を示す上面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るレンズ駆動装置を示す側面図である。
【図４】図４は、圧電駆動装置を示す断面図である。
【図５】図５は、積層型圧電素子を示す斜視図である。
【図６】図６は、積層型圧電素子を示す断面図である。
【図７】図７は、積層型圧電素子に印加される電圧を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１８】
レンズ駆動装置１００は、図１〜図４に示されるように、レンズホルダ１０２と、付勢部材１０４と、圧電駆動装置１とを備える。レンズ駆動装置１００は、例えば携帯電話などに搭載されるカメラ用レンズを駆動する装置である。上方（Ｚ方向）から見たときのレンズ駆動装置１００は図示しない筐体内に配置されており、当該筐体の大きさは、例えば８．５ｍｍ×８．５ｍｍ程度に設定できる。
【００１９】
レンズホルダ１０２は、円筒状の筒部１０６と、突出部１０８とを有する。レンズホルダ１０２は、例えば、カーボンファイバを含んだ液晶ポリマー又はナイロンによって形成してもよい。
【００２０】
筒部１０６の内周面は、真円形状を呈している。筒部１０６の内側には、レンズが収納されたレンズバレル（図示せず）が取り付けられる。筒部１０６にレンズバレルが取り付けられることにより、レンズホルダ１０２はレンズを保持する。レンズバレルに保持されたレンズは、筐体（図示せず）に形成された開口を通じて露出する。
【００２１】
突出部１０８は、レンズの光軸方向ＯＡ（Ｚ方向）と直行するＸ方向であって、筒部１０６の外周面から外方に向けて、突出している。本実施形態において、突出部１０８が突出するＸ方向は、筒部１０６の径方向に一致する。突出部１０８は、レンズの光軸方向ＯＡ（Ｚ方向）及びＸ方向に共に直交するＹ方向（レンズの光軸方向ＯＡから見たときの筒部１０６の接線方向）に沿って延びている。Ｙ方向における突出部１０８の幅は、例えば、筒部１０６の外径（直径）と同程度か、それ以下に設定することができる。
【００２２】
突出部１０８は、Ｘ方向に交差し且つＹ方向に沿って延びる側壁面１０８ａを有する。側壁面１０８ａには、レンズの光軸方向ＯＡに沿って延びる溝部１０８ｂが形成されている。溝部１０８ｂは、レンズの光軸方向ＯＡから見て、奥側（筒部１０６側）に向かうにつれて幅狭となるＶ字形状を呈する。
【００２３】
付勢部材１０４は、例えば金属製の板部材である。付勢部材１０４は、側壁面１０８ａに沿ってＹ方向に延びている。付勢部材１０４のうち溝部１０８ｂと対向する側の一端は遊端とされており、付勢部材１０４の他端は、突出部１０８に固定されている。そのため、付勢部材１０４の一端は、溝部１０８ｂに近接又は離間する方向（Ｘ方向）に移動可能である。
【００２４】
付勢部材１０４の一端と溝部１０８ｂとの間の空間に、当該空間よりも大きな外形を有する圧電駆動装置１が配置されると、付勢部材１０４は溝部１０８ｂから離間する方向に押し出される。しかしながら、付勢部材１０４には、元の形状に戻ろうとする復元力が生ずるため、付勢部材１０４から圧電駆動装置１に付勢力が作用する。その結果、圧電駆動装置１は、付勢部材１０４により溝部１０８ｂ（突出部１０８）に押しつけられる。
【００２５】
圧電駆動装置１は、電圧の印加によってレンズホルダ１０２をナノメートルのオーダーで往復移動させることが可能な、いわゆるＳＩＤＭ（Smooth Impact Drive Mechanism）式の圧電アクチュエータである。圧電駆動装置１は、図４に示されるように、積層型圧電素子１０と、錘２０と、駆動部材２２と、緩衝部材２４と、一対の配線２６とを有する。
【００２６】
積層型圧電素子１０について、図５，図６を参照して説明する。積層型圧電素子１０は、多角柱形状（本実施形態においては四角柱形状）の積層体１２を有する。積層体１２は、複数の圧電体１３と複数の内部電極１４Ａ，１４Ｂとが所定の順序で積層されて構成されている。積層体１２は、その積層方向に平行で且つ互いに対向する側面１２ａ，１２ｂを有している。積層体１２は、例えば、その幅を１０ｍｍ程度、その奥行きを１０ｍｍ程度、その高さ３５ｍｍ程度に設定することができる。
【００２７】
圧電体１３は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とする圧電セラミック材料で形成されている。圧電体１３の厚さは、例えば１層あたり８０μｍ〜１００μｍ程度に設定することができる。ＰＺＴの組成としては、例えば下記のものを挙げることができる。
Pb0.999[(Zn1/3Nb2/3)0.11Ti0.425Zr0.465]O3+0.2wt%Fe2O3+0.2wt%Sb2O3
【００２８】
また、ＰＺＴの粉体特性としては、例えばＢＥＴ比表面積が約２．５ｍ２／ｇ、平均粒子径が約０．６μｍのものが用いられる。ＰＺＴの焼結温度は、９５０℃程度である。ＰＺＴ系材料の融点は、１３００℃程度である。
【００２９】
内部電極１４Ａ，１４Ｂは、例えばＡｇ、Ｐｄを主成分とする導電材料により形成されている。内部電極１４Ａ，１４Ｂの厚さは、例えば２μｍ程度に設定することができる。内部電極１４Ａ，１４Ｂは、圧電体１３を挟んで交互に積層されている。内部電極１４Ａの一端は、積層体１２の側面１２ａに露出している。内部電極１４Ａの他端は、積層体１２の側面１２ｂよりも内側に位置している。内部電極１４Ｂの一端は、積層体１２の側面１２ｂに露出している。内部電極１４Ｂの他端は、積層体１２の側面１２ａよりも内側に位置している。これにより、内部電極１４Ａ，１４Ｂの一部は、積層体１２の積層方向において重なり合うこととなる。
【００３０】
積層体１２において、内部電極１４Ａ，１４Ｂが積層方向に重なり合っている部分は、内部電極１４Ａ，１４Ｂに電圧を印加したときに圧電体１３が変位する活性部Ｐとなっている。活性部Ｐ（積層型圧電素子１０）は、積層体１２の積層方向に伸縮する。積層体１２において、内部電極１４Ａ，１４Ｂが積層方向に重なり合っていない部分（積層体１２の両側端部）は、内部電極１４Ａ，１４Ｂに電圧を印加したときに圧電体１３が変位しない不活性部Ｑとなっている。
【００３１】
積層体１２の側面１２ａには、外部電極１６Ａが設けられている。外部電極１６Ａは、側面１２ａの全体を覆うように側面１２ａと付着している。そのため、外部電極１６Ａは、側面１２ａにおいて、側面１２ａに露出する各内部電極１４Ａとそれぞれ電気的に接続される。外部電極１６Ａは、例えばＡｇ、Ａｕ及びＣｕのいずれかを主成分とする導電材料で形成されている。外部電極１６Ａの厚みは、例えば例えば１μｍ〜２０μｍ程度に設定することができる。
【００３２】
積層体１２の側面１２ｂには、外部電極１６Ｂが設けられている。外部電極１６Ｂは、略矩形の帯状体であり、側面１２ｂの全体を覆うするように側面１２ｂと付着している。そのため、外部電極１６Ｂは、側面１２ｂにおいて、側面１２ｂに露出する各内部電極１４Ｂとそれぞれ電気的に接続される。外部電極１６Ｂは、例えばＡｇ、Ａｕ及びＣｕのいずれかを主成分とする導電材料で形成されている。外部電極１６Ｂの厚みは、例えば例えば１μｍ〜２０μｍ程度に設定することができる。
【００３３】
図４に戻って、錘２０は、積層型圧電素子１０の伸縮方向の一端側に、接着剤２０ａを介して固定されている。当該接着剤２０ａは、接着前は流動性を示すが、接着後は固化する。錘２０は、Ｚ方向から見て略十字形状を呈している。そのため、後述するように、緩衝部材２４を駆動部材１４内にノズルを用いて注入する際に、ノズルの先端が駆動部材２２内に向かうことが錘２０によって妨げられないようになっている。
【００３４】
駆動部材２２は、円板状の底部と、当該底部の周縁に一体的に設けられた円筒状の側壁とを有する有底筒状体である。駆動部材２２の側壁の外周面は、付勢部材１０４により溝部１０８ｂに付勢され、溝部１０８ｂとの係合状態が維持されている。すなわち、レンズホルダ１０２は、駆動部材２２の側壁の外周面と係合している。
【００３５】
駆動部材２２の底部には、貫通孔２２ａが形成されている。駆動部材２２の底部の内面と、積層型圧電素子１０の伸縮方向の他端側の端面とは、接着剤２２ｂを介して固定されている。当該接着剤２２ａは、接着前は流動性を示すが、接着後は固化する。駆動部材２２は、積層型圧電素子１０の伸縮方向の他端側を内部に収容している。駆動部材２２の側壁の内周面と積層型圧電素子１０の側面とは、離間している。本実施形態において、駆動部材２２の開放端寄りの内径は、駆動部材２２の底部寄りの内径よりも大きくなるように設定されている。
【００３６】
緩衝部材２４は、積層型圧電素子１０の側面と駆動部材２２の側壁の内周面との間に配置されている。本実施形態では、緩衝部材２４は、駆動部材２２の開放端寄りに配置されている。緩衝部材２４は、例えば、樹脂で形成することができる。樹脂としては、シリコン系紫外線硬化剤を用いることができる。緩衝部材２４の硬度は、例えば、ショアＡ硬度で３０程度であってもよい。
【００３７】
一対の配線２６の各一端は、外部電極１６Ａ，１６Ｂにそれぞれ電気的に接続されている。一対の配線２６の各他端は、電源（図示せず）に電気的に接続されている。そのため、積層型圧電素子１０には、配線２６を介して所定の電圧が印加される。
【００３８】
次に、レンズ駆動装置１００の動作について説明する。積層型圧電素子１０には、図７に示されるような鋸歯状の駆動電圧が配線２６を介して電源から印加される。
【００３９】
まず、図７（ａ）に示されるように、徐々に電圧が大きくなった後に急激に電圧が降下する場合について説明する。この場合、徐々に電圧が大きくなることに伴い、積層型圧電素子１０は徐々にその積層方向に伸びていく。この際、駆動部材２２の側壁の外周面と、溝部１０８ｂ及び付勢部材１０４との間に生じる摩擦力につられて、レンズホルダ１０２も図３の上方向に移動する。その後、急激に電圧が降下すると、積層型圧電素子１０も急激に縮まる。この際、レンズホルダ１０２は、慣性の法則により、駆動部材２２との間に生ずる摩擦に打ち勝ってその場に留まる。これが繰り返されることにより、レンズホルダ１０２が徐々に図３の上方向に移動する。
【００４０】
一方、図７（ｂ）に示されるように、徐々に電圧が小さくなった後に急激に電圧が上昇する場合について説明する。この場合、徐々に電圧が小さくなることに伴い、積層型圧電素子１０は徐々にその積層方向に縮まっていく。この際、駆動部材２２の側壁の外周面と、溝部１０８ｂ及び付勢部材１０４との間に生じる摩擦力につられて、レンズホルダ１０２も図３の下方向に移動する。その後、急激に電圧が上昇すると、積層型圧電素子１０も急激に伸びる。この際、レンズホルダ１０２は、慣性の法則により、駆動部材２２との間に生ずる摩擦に打ち勝ってその場に留まる。これが繰り返されることにより、レンズホルダ１０２が徐々に図３の下方向に移動する。
【００４１】
以上のような本実施形態では、積層型圧電素子１０の側面と駆動部材２２の側壁の内周面との間に緩衝部材２４が配置されている。そのため、外部から駆動部材２２に衝撃力が作用しても、緩衝部材１４により当該衝撃力が吸収される。従って、積層型圧電素子１０にかかる衝撃力を緩和することができるので、耐衝撃性の更なる向上を図ることが可能となる。
【００４２】
本実施形態では、緩衝部材２４は、積層型圧電素子１０の側面と駆動部材２２の側壁の内周面との間で且つ駆動部材２２の開放端寄りに配置されている。緩衝部材２４がない場合に衝撃力が作用すると、駆動部材２４の開放端が大きく動いて、積層型圧電素子１０に大きな剪断力が作用しうる。しかしながら、緩衝部材２４が駆動部材２２の開放端寄りに配置されていると、そのような駆動部材２４の開放端における動きが制限される。従って、耐衝撃性のより一層の向上を図ることが可能となる。
【００４３】
本実施形態では、駆動部材２２の底部には貫通孔２２ａが形成されている。そのため、駆動部材２２の底部と積層型圧電素子１０の他端側とを接着剤により接続する際に、余剰分の接着剤が、貫通孔２２ａに向かい、積層型圧電素子１０の側面に回り込み難くなる。従って、余剰分の接着剤が積層型圧電素子１０の側面に回り込むことにより積層型圧電素子１０の伸縮が阻害されてしまうことを抑制できる。
【００４４】
本実施形態では、駆動部２２材の開放端寄りの内径は、駆動部材２２の底部寄りの内径よりも大きい。そのため、駆動部材２２と積層型圧電素子１０との間に樹脂を注入することにより緩衝部材２４を形成する際に、当該樹脂が駆動部材２２の開放端寄りに留まりやすくなる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、緩衝部材２４としては、衝撃力を緩和することが可能な種々の材料や部材を用いることができる。具体的には、Ｏリングを緩衝部材２４として用いてもよい。
【００４６】
緩衝部材２４は、積層型圧電素子１０の側面と駆動部材２２の側壁の内周面との間であれば、駆動部材２２の開放端寄りに配置されていなくてもよい。
【００４７】
緩衝部材２４により駆動部材２２内が完全に充填されていてもよい。しかしながら、この場合、積層型圧電素子１０の伸縮が阻害されうるので、積層型圧電素子１０の側面と駆動部材２２の側壁の内周面との間のうち部分的に緩衝部材２４が配置されているとより好ましい。
【００４８】
駆動部材２２の内径は、開放端側から底部側にかけて徐々に小さくなっていてもよい。駆動部材２２の内径は、開放端側から底部側にかけて略同一であってもよい。駆動部材２２の内径は、開放端側よりも底部側が小さくてもよい。
【００４９】
貫通孔２２ａは、少なくとも一つあればよく、複数あってもよい。駆動部材２２の底部には貫通孔２２ａが形成されていなくてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…圧電駆動装置、１０…積層型圧電素子、２０…錘、２２…駆動部材、２２ａ…貫通孔、２４…緩衝部材、１００…レンズ駆動装置、１０２…レンズホルダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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