(57)【要約】  本発明にかかる電気機械変換素子１としての圧電素子１および駆動装置Ｓは、複数の圧電層１０ａを含む積層体１０の外周面に形成された一対の外部電極１１，１１のそれぞれに形成される段差部２１であって、給電のための給電部材と接続するための接続用領域１１ａの境界から前記積層体１０の端部１０ｃまでの間に高低差のある段差部２１を有している。
2011077660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料から成る圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に複数積層して成る積層体と、
前記積層体の外周面に積層方向に沿って形成され、前記内部電極層と順次交互に導通される一対の外部電極とを備える電気機械変換素子であって、
前記積層体における前記積層方向の端部に、所定の部材を接着するための接着部をさらに備え、
前記一対の外部電極のそれぞれは、給電のための導電性の給電部材と接続するための接続用領域を有し、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の端部までの間に高低差のある段差部が形成されていること
を特徴とする電気機械変換素子。
【請求項２】
前記段差部は、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の一方端部までの間と、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の他方端部までの間との２個であり、
前記２個の段差部は、前記積層体の外周面の法線方向から前記外部電極を見た場合に、前記積層体の前記積層方向の端部に平行な所定の線に対し、線対称であること
を特徴とする請求項１に記載の電気機械変換素子。
【請求項３】
前記段差部は、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の一方端部までの間と、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の他方端部までの間との２個であり、
前記２個の段差部は、前記積層体の外周面の法線方向から前記外部電極を見た場合に、前記外部電極の重心点に対し、点対称であること
を特徴とする請求項１に記載の電気機械変換素子。
【請求項４】
前記段差部は、前記外部電極の切り欠き部であること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電気機械変換素子。
【請求項５】
所定の一方向における長さが１ｍｍ程度であること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電気機械変換素子。
【請求項６】
前記段差部の高低差は、約２００〜６００ｎｍであること
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電気機械変換素子。
【請求項７】
前記段差部の高低差は、約１〜５０μｍであること
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電気機械変換素子。
【請求項８】
導電性であって給電のための一対の給電部材をさらに備え、
前記一対の給電部材は、前記一対の外部電極における各接続用領域にハンダによって接続されていること
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電気機械変換素子。
【請求項９】
電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の一方端部に接着剤で固定され、前記電気機械変換素子の伸縮動作に連動して往復動する振動部材と、
前記振動部材に相対移動可能に摩擦係合する移動部材とを備える駆動装置であって、
前記電気機械変換素子は、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電気機械変換素子であること
を特徴とする駆動装置。
【請求項１０】
電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の一方端部に接着剤で固定され、前記電気機械変換素子の伸縮動作に連動して往復動する振動部材と、
前記電気機械変換素子の他方端部に接着剤で固定され、前記電気機械変換素子と前記振動部材を支持する支持部材と、
前記振動部材に相対移動可能に摩擦係合する移動部材とを備える駆動装置であって、
前記電気機械変換素子は、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電気機械変換素子であること
を特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子に関し、特に、その外部電極の構造に関する。そして、本発明は、この電気機械変換素子を用いた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可動部分を含む機械装置には、通常、前記可動部分を駆動するためにアクチュエータが組み込まれている。このアクチュエータは、入力エネルギーを機械的な運動量に変換する装置であり、その一つに、ＳＩＤＭ（Smooth Impact Drive Mechanism）と称される、例えば圧電素子等の電気機械変換素子を用いた駆動装置が知られている。【０００３】
図９は、ＳＩＤＭの構成を示す図であり、図９（Ａ）は、その斜視図であり、図９（Ｂ）は、その分解斜視図である。【０００４】
図９において、ＳＩＤＭ１００は、電気機械変換素子１０１と、振動部材１０２と、支持部材１０３とを備えて構成される。電気機械変換素子１０１は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する素子であり、例えば、圧電材料から成る複数の圧電層１０１ａを、各圧電層１０１ａ間に内部電極１０１ｂを介して積層した圧電素子１０１である。この圧電素子１０１の積層方向に沿った互いに対向する側面には、一対の外部電極１０１ｃ、１０１ｃがそれぞれ形成されており、この一対の外部電極１０１ｃ、１０１ｃは、前記複数の内部電極１０１ｂと順次交互に接続されている。振動部材１０２は、圧電素子１０１の積層方向の一方端部に固定される柱状の部材である。支持部材１０３は、圧電素子１０１の積層方向の他方端部に固定され、圧電素子１０１と振動部材１０２とを支持する部材である。このような構成のＳＩＤＭ１００では、外部の回路から一対の外部電極１０１ｃ、１０１ｃを介してパルス状の駆動電圧が印加されると、圧電素子１０１が積層方向に伸縮する。このように圧電素子１０１は、入力の電気エネルギーを機械的な伸縮運動に変換するものである。そして、この圧電素子１０１の伸縮に従い振動部材１０２がその長手方向に往復動する。ここで、振動部材１０２と摩擦係合する図略の移動部材を振動部材１０２に取り付け、振動部材１０２を往路と復路とでその移動速度が非対称となるように電気機械変換素子１０１を繰り返し伸縮させると、この振動部材１０２の非対称な往復運動により、移動部材が前記長手方向に沿って移動し、電気エネルギーが移動部材の運動に変換される。【０００５】
このような電気機械変換素子１０１は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１には、複数の圧電性セラミックスの各々を正負相対向する内部電極により挟んで分極し該分極方向が互いに対向するように積層した圧電性セラミックス部と、該圧電性セラミックス部の前記積層方向に沿った互いに対向する側面に設けられ、前記正の内部電極とのみ接続された正電極と前記負の内部電極とのみ接続された負電極とから成る正負一対の外部電極とを有する圧電セラミックスアクチュエータが開示されており、一対の外部リード線は、前記正負一対の外部電極にそれぞれ接続されており、該圧電性セラミックス部の前記積層方向の両端部は、機械加工装置等の被駆動部分における支持部と被駆動部とにそれぞれエポキシ樹脂等により接着して固定される。【０００６】
ところで、図９（Ａ）に示すＳＩＤＭ１００は、例えば、図９（Ｂ）に示すように、振動部材１０２の一方端部の面または圧電素子１０１の一方端部の面に例えばエポキシ系等の熱硬化性の接着剤１０４が塗布された後に振動部材１０２の一方端部と圧電素子１０１の一方端部とが接着され、支持部材１０３の一方端部の面または圧電素子１０１の他方端部の面に前記接着剤１０４が塗布された後に支持部材１０３の一方端部と圧電素子１０１の他方端部とが接着され、そして、加熱処理される。この加熱処理によって前記接着剤１０４が熱硬化することで、振動部材１０２と支持部材１０３とが圧電素子１０１に前記接着剤１０４で互いに固定され、ＳＩＤＭ１００が製作される。この加熱処理による接着剤１０４の熱硬化では、接着剤１０４の未硬化の部分（未硬化接着剤１０４ａ）が流動するブリードアウト（エポキシブリードアウト）と呼ばれる現象が生じる。このブリードアウトが生じると、接着剤１０４の塗布量や圧電素子１０１、振動部材１０２および支持部材１０３の大きさ等の関係で、圧電素子１０１の側面に設けられた外部電極１０１ｃ上に、この未硬化接着剤１０４ａが流れ出してしまい、さらに、図９（Ａ）に示すように、外部電極１０１ｃの露出面を覆ってしまう場合がある。【０００７】
この一対の外部電極１０１ｃ、１０１ｃには、圧電素子１０１に電気エネルギーを供給するために、前記特許文献１に開示の圧電セラミックスアクチュエータのように、一対のリード線をそれぞれ接続する必要があるが、このようなブリードアウトによって外部電極１０１ｃの露出面が未硬化接着剤１０４ａによって覆われてしまうと、リード線と外部電極１０１ｃとを電気的に接続することが困難になってしまう。リード線と外部電極１０１とは、一般に、ハンダによって電気的に接続されるが、外部電極１０１ｃの露出面全面が未硬化接着剤１０４ａによって完全に覆われないまでも部分的に覆われてしまうと、外部電極１０１ｃにおけるハンダ付け用の露出面積が小さくなって、接続不良が生じるおそれがある。【０００８】
前記特許文献１に開示の圧電セラミックスアクチュエータでは、上述したように、前記一対の外部リード線を前記正負一対の外部電極にそれぞれ接続した後に、前記圧電性セラミックス部の前記積層方向の両端部を、機械加工装置等の被駆動部分における支持部と被駆動部とにそれぞれエポキシ樹脂等により接着して固定するので、上述のような不都合は生じない。また、前記特許文献１に開示の圧電セラミックスアクチュエータは、断面寸法５ｍｍ×５ｍｍであって長さ７０ｍｍの圧電性セラミックス部を想定しており、充分なハンダ付けの面積が確保されている。【０００９】
一方、ＳＩＤＭ１００は、これを組み込む装置の小型化、軽量化および省電力化等に伴って小型化が要請されており、小型化されると、ブリードアウトを考慮した充分なハンダ付けの面積を確保することが難しくなる。特に、携帯電話機に搭載される撮像装置（カメラ）に例えばフォーカスレンズの駆動やズームレンズの駆動のためにＳＩＤＭ１００が組み込まれる場合では、ＳＩＤＭ１００における圧電素子１０１の長さは、数ミリ、あるいは１ｍｍ程度であり、ハンダ付けの面積は、もともと小さい。このため、このブリードアウトによる外部電極１０１ｃの露出面の面積減少は、重大な問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】登録実用新案第２５８７４０６号公報
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、接着剤の流れ出しによる外部電極のハンダ付け用露出面積の減少を抑制することができ、外部電極における給電部材の接続面積をより確実に確保することができる電気機械変換素子およびこの電気機械変換素子を用いた駆動装置を提供することである。
【００１２】
本発明にかかる電気機械変換素子および駆動装置は、複数の圧電層を含む積層体の外周面に形成された一対の外部電極のそれぞれに形成される段差部であって、給電のための給電部材と接続するための接続用領域の境界から前記積層体の端部までの間に高低差のある段差部を有している。したがって、このような構成の電気機械変換素子および駆動装置は、接着剤が前記外部電極上に流れ出した場合でも、前記段差部によって堰き止めて前記接続用領域への前記接着剤の流れ込みを抑制するので、接着剤の流れ出しによる外部電極のハンダ付け用露出面積の減少を抑制することができ、外部電極における給電部材の接続面積をより確実に確保することができる。
【００１３】
上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態にかかる駆動装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す駆動装置における電気機械変換素子部分を拡大した図である。
【図３】接着剤のブリードアウトの様子を説明するための図である。
【図４】段差部の第１変形形態を説明するための図である。
【図５】段差部の第２変形形態を説明するための図である。
【図６】段差部の第３変形形態を説明するための図である。
【図７】段差部の第４変形形態を説明するための図である。
【図８】光学系に組み込まれた駆動装置の構成を示す図である。
【図９】ＳＩＤＭの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００１６】
図１は、実施形態にかかる駆動装置の構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す駆動装置における電気機械変換素子部分を拡大した図である。図２（Ａ）は、電気機械変換素子の外部電極を示し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡＡ線における断面図である。図３は、接着剤のブリードアウトの様子を説明するための図である。図３（Ａ）は、電気機械変換素子の外部電極を示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡＡ線における断面図である。
【００１７】
図１において、実施形態の駆動装置Ｓは、電気機械変換素子１と、振動部材２と、支持部材３とを備えて構成される。
【００１８】
電気機械変換素子１は、入力の電気エネルギーを機械的な運動に変換する素子であり、例えば、入力の電気エネルギーを圧電効果によって機械的な伸縮運動に変換する圧電素子１である。この電気機械変換素子１としての圧電素子１は、例えば、図２に示すように、圧電材料から成る圧電層１０ａと導電性を有する内部電極層１０ｂとを交互に複数積層して成る積層体１０と、積層体１０の外周面に積層方向に沿って形成され、内部電極層１０ａと順次交互に導通される一対の外部電極１１、１１とを備えて構成される。
【００１９】
圧電材料は、例えば、いわゆるＰＺＴ、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）等の無機圧電材料である。
【００２０】
積層体１０は、より具体的には、複数の圧電層１０ａを、各圧電層１０ａ間に内部電極層１０ｂを介して積層した柱状体であり、各内部電極層１０ｂは、その各縁部が、積層方向に沿って交互に、互いに対向する一対の外周面で外部に臨むように形成されている。
【００２１】
外部電極１１は、例えば金や銀や銅等の導電性を有する金属材料の例えばスパッタや蒸着等によって、あるいは、例えば金属フィラー等を分散した導電性を有する導電性樹脂のスクリーン印刷によって、積層体１０における互いに対向する一対の外周面上に積層方向に沿って層（薄膜）状に形成されている。
【００２２】
このような構成の圧電素子１では、一対の外部電極１１、１１に外部より所定の電圧を印加することによってこの一対の外部電極１１、１１へ電気エネルギーを給電すると、各圧電層１０ａの圧電効果によって、積層体１０は、積層方向に伸び、あるいは、縮む。
【００２３】
そして、振動部材２は、この圧電素子１における積層体１０の一方端部に固定された柱状（軸状）の部材である。振動部材２の材料は、例えば、金属、樹脂およびカーボン等の任意の材料を用いることができる。振動部材２の長手方向に直交する断面は、例えば、矩形、多角形、楕円および円形等の任意の形状でよいが、振動部材２に摩擦係合によって移動部材を取り付けた場合に、前記移動部材が振動部材２の長手方向に沿って容易に相対移動可能となるように、この断面は、円形であることが好ましい。
【００２４】
また、支持部材３は、この圧電素子１における積層体１０の他方端部に固定され、圧電素子１と振動部材２を保持することによって支持する部材である。支持部材３も、例えば、金属や樹脂等の任意の材料を用いることができる。支持部材３は、駆動装置Ｓが組み込まれる装置の筐体等に固定されることによってその位置を保持してもよいが、その慣性質量によってその位置を略保持する場合では、駆動装置Ｓの錘として機能する。このように駆動装置Ｓの錘として機能する場合では、支持部材３は、小型化の観点から、高密度の材料で形成することが好ましい。
【００２５】
そして、このように支持部材３がその位置を略保持するので、上述のように圧電素子１の積層体１０が伸縮すると、支持部材３に固定される他方端部を略固定端として圧電素子１の積層体１０が伸縮し、この伸縮が振動部材２に伝わって、振動部材２は、この圧電素子１における積層体１０の伸縮動作に連動して往復動することになる。
【００２６】
ここで、本実施形態では、この圧電素子１における一対の外部電極１１、１１のそれぞれは、図２に示すように、給電のための導電性の給電部材と接続するための領域として想定されている接続用領域１１ａを有し、この接続用領域１１ａの境界１１ｂから積層体１０の積層方向の端部１０ｃまでの間に高低差のある段差部２１が形成されている。前記段差部２１の高さは、予め設定した所定の高さでよく、例えば、外部電極１１をスパッタで成膜した場合では、その成膜方法において比較的容易に形成することができる約２００〜６００ｎｍのいずれかの値であり、また例えば、スクリーン印刷で成膜した場合では、その成膜方法において比較的容易に形成することができる約１〜５０μｍのいずれかの値である。
【００２７】
接続用領域１１ａとして、給電部材を接続しようとする位置を含む所定の面積でおおよその領域が予め想定されて設定され、この接続用領域１１ａの境界１１ｂは、前記給電部材を接続しようとする位置と段差部２１との間に在り、前記給電部材を当該接続用領域１１ａに接続する前において予め明示されていなくてもよく、また、例えば印刷等によって明示されていてもよく、あるいは、給電部材が当該接続用領域１１ａに接続されることで明示されるようになってもよい。要は、後述するように、外部電極１１に向けて接着剤４が流れ出した場合にこの接着剤４を段差部２１で略堰き止めるが、この場合に、この接着剤４によって被覆されていない充分な面積（給電部材を取り付けることができる面積）が接続用領域１１ａとして外部電極１１に確保されていればよい。
【００２８】
このような段差部２１は、例えば、図２（Ａ）に示すように、積層体１０における外部電極１１が形成されている外周面の法線方向（積層方向に直交する方向）からこの外部電極１１を見た場合（外部電極１１を平面視した場合）に、外部電極１１の幅方向の両端を所定の幅で残すように、積層体１０の積層方向における外部電極１１の端部を、矩形形状に切り欠くことによって設けられている。このように矩形形状で外部電極１１の一部を切り欠く図２（Ａ）に示す例では、積層体１０の外周面が露出しており、この積層体１０の外周面から外部電極１１の表面（接続用領域１１ａの面）までの高低差（前記法線方向における外部電極１１の厚さ）で段差部２１が形成される。段差部２１では、外部電極１１の接続用領域１１ａは、段差部２１の高低差だけ、積層体１０の外周面より高くなっている。
【００２９】
そして、この図２に示す例では、段差部２１、２１は、接続用領域１１ａの境界１１ｂから積層体１０の積層方向の一方端部１０ｃ−１までの間と、接続用領域１１ａの境界１１ｂから積層体１０の積層方向の他方端部１０ｃ−２までの間との２個である。
【００３０】
さらに、これら２個の段差部２１、２１は、図２に示す例では、積層体１０の外周面の法線方向から外部電極１１を見た場合に、積層体１０の積層方向の端部１０ｃ（１０ｃ−１、１０ｃ−２）に平行な所定の線ＰＬに対し、線対称であるとともに、積層体１０の外周面の法線方向から外部電極１１を見た場合に、外部電極１１の重心点ＧＰに対し、点対称である。前記所定の線ＰＬは、図２に示す例では、積層体１０の積層方向の両端部１０ｃ−１、１０ｃ−２から等距離にある線であり、外部電極１１の重心点ＧＰを通る。
【００３１】
このような切り欠き部を持った外部電極１１は、例えば、Ｈ字状のマスクを用いてスパッタや蒸着等を行うことによって形成され得る。また例えば、このような切り欠き部を持った外部電極１１は、Ｈ字状でスクリーン印刷等を行うことによって形成され得る。
【００３２】
なお、図２に示す例では、この切り欠き部では、積層体１０の外周面が露出されているが、段差部２１は、外部電極１１における、接続用領域１１ａの面とこの切り欠き部の面との間で高低差があればよいので、この切り欠き部に接続用領域１１ａの厚さより薄い厚さの被覆があってもよい。前記被覆は、外部電極１１と同じ材料で形成されてよく、また異なった材料であってよい。すなわち、段差部２１は、例えば、積層体１０における外部電極１１が形成されている外周面の法線方向からこの外部電極１１を見た場合に、外部電極１１の幅方向の両端を所定の幅で残すように、積層体１０の積層方向における外部電極１１の端部に矩形形状の凹部が形成されることによって設けられる。
【００３３】
このような段差部２１、２１をそれぞれ有した一対の外部電極１１、１１を備える圧電素子１の積層方向の両端面に、接着剤４を用いることによって、振動部材２および支持部材３をそれぞれ固定する場合では、例えば、まず、振動部材２の一方端部の面または圧電素子１の一方端部の面に接着剤４が塗布された後に振動部材２の一方端部と圧電素子１の一方端部とが接着され、支持部材３の一方端部の面または圧電素子１の他方端部の面に接着剤４が塗布された後に支持部材３の一方端部と圧電素子１の他方端部とが接着される（接着工程）。
【００３４】
そして、この接着剤４が例えばエポキシ系等の熱硬化性の樹脂から成る場合では、熱硬化のために、前記接着工程に続いて加熱処理が施される。この加熱処理によって通常ブリードアウトが生じ、未硬化接着剤４ａが、例えば図３に示すように圧電素子１の積層体１０の外周面上や外部電極１１上に未硬化接着剤４ａが流れ出した場合でも、段差部２１によって未硬化接着剤４ａの流れを堰き止めて接着用領域１１ａへの未硬化接着剤４ａの流れ込みを抑制するので、未硬化接着剤４ａの流れ出しによる外部電極１１の面積の減少を抑制することができ、外部電極１１における給電部材の接続面積をより確実に確保することができる。特に、接着剤４の量と圧電素子１の大きさとの関係から、圧電素子１における積層方向の長さが数ミリ程度である場合に、本実施形態で説明した構成は、より効果的であり、さらに、圧電素子１における積層方向の長さが１ｍｍ程度である場合に、本実施形態で説明した構成は、さらにより効果的である。
【００３５】
なお、上述では、ブリードアウトによる未硬化接着剤４ａの流れ出しの場合について説明したが、接着剤４の量が過剰であるために、図３に示すように圧電素子１の積層体１０の外周面上や外部電極１１上に接着剤４ａが流れ出した場合でも、同様に、段差部２１によって過剰な接着剤４ａの流れを堰き止めて接着用領域１１ａへの接着剤４ａの流れ込みを抑制するので、接着剤４ａの流れ出しによる外部電極１１の面積の減少を抑制することができ、外部電極１１における給電部材の接続面積をより確実に確保することができる。
【００３６】
このため、例えばリード線や金線等の導電性であって給電のための一対の給電部材（不図示）を一対の外部電極１１、１１における各接続用領域１１ａにハンダ３１によって接続する場合に、外部電極１１、１１における給電部材の接続面積を確保しているので、従来よりも確実に、一対の給電部材（不図示）を一対の外部電極１１、１１における各接続用領域１１ａに接続することができ、接続不良を従来よりも低減することができる。
【００３７】
また、上述の圧電素子１では、段差部２１、２１は、前記所定の線ＰＬに対し互いに線対称である２個であるので、圧電素子１に例えば振動部材２や支持部材３等の他の部材を接着剤４によって接着する場合に、圧電素子１の積層方向における上下方向を無視して前記接着工程を行うことができる。このように圧電素子１の積層方向における上下方向を管理することなく前記接着工程を行うことができるので、製造上都合がよい。
【００３８】
また、上述の圧電素子１では、段差部２１、２１は、外部電極１１の重心点ＧＰに対し互いに点対称である２個であるので、圧電素子１に例えば振動部材２や支持部材３等の他の部材を接着剤４によって接着する場合に、圧電素子１の積層方向における上下方向を無視して前記接着工程を行うことができる。このように圧電素子１の積層方向における上下方向を管理することなく前記接着工程を行うことができるので、製造上都合がよい。
【００３９】
また、上述の圧電素子１では、この段差部２１を形成する際に、外部電極１１の幅方向の両端を所定の幅で残すので、切り欠き部が形成されている圧電層１０ａにも、この残された外部電極１１の部分によって給電され、圧電効果を奏することができる。
【００４０】
なお、接着用領域１１ａへの接着剤４の流れ込みを抑制するために、接続用領域１１ａの境界１１ｂから積層体１０の積層方向の端部１０ｃまでの間に、外部電極１１の幅方向に沿った長尺な凸部（堤部）を外部電極１１上に形成することも考えられる。しかしながら、本実施形態では、外部電極１１の一部として段差部２１が設けられているので、外部電極１１の形成と段差部２１の形成とを１つの工程で実現することができるが、この凸部を設ける手法では、外部電極１１の形成工程だけでなく、凸部の形成工程も必要となって工数が増えてしまう。そして、この手法では、前記凸部の厚さによって圧電素子の外形精度に影響を与えてしまう。さらに、前記凸部を樹脂のスクリーン印刷によって形成する場合では、接着剤４の加熱処理によって、この凸部の樹脂自体からもブリードアウトが発生してしまう。
【００４１】
ここで、図１および図２に示す例では、段差部２１は、外部電極１１を平面視した場合に外部電極１１をＨ字形状で形成することによって設けられたが、これに限定されるものではない。例えば、図４ないし図７に示す種々の形状で外部電極１１を形成することによって設けられてもよい。
【００４２】
図４は、段差部の第１変形形態を説明するための図である。図４（Ａ）は、外部電極１１の第１構成を示し、図４（Ｂ）は、外部電極１１の第２構成を示す。図５は、段差部の第２変形形態を説明するための図である。図５（Ａ）は、外部電極１１の第３構成を示し、図５（Ｂ）は、外部電極１１の第４構成を示し、図５（Ｃ）は、外部電極１１の第５構成を示す。図６は、段差部の第３変形形態を説明するための図である。図６（Ａ）は、外部電極１１の第６構成を示し、図６（Ｂ）は、外部電極１１の第７構成を示す。図７は、段差部の第４変形形態を説明するための図であり、外部電極１１の第８構成を示す。
【００４３】
例えば、段差部２１は、略一様な厚さで形成された外部電極１１をスリット状に切り欠くことによって設けられてもよい。より具体的には、例えば、図４（Ａ）に示すように、段差部２１Ａは、外部電極１１Ａを平面視した場合に、積層体１０の積層方向の端部１０ｃから所定の距離だけ内側の位置で、外部電極１１Ａの幅方向の一方端から幅方向に延びる幅方向に長尺な矩形形状で外部電極１１Ａを切り欠くことによって設けられる。あるいは、例えば、図４（Ｂ）に示すように、段差部２１Ｂは、外部電極１１Ｂを平面視した場合に、積層体１０の積層方向の端部１０ｃから所定の距離だけ内側の位置で、外部電極１１Ｂを幅方向に長尺な矩形形状の開口で切り欠くことによって（外部電極１１Ｂに幅方向に長尺な矩形形状の開口を形成することによって）設けられる。そして、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す例では、段差部２１Ａ、２１Ａ；２１Ｂ，２１Ｂは、接続用領域１１ａの境界１１ｂから積層体１０の積層方向の一方端部１０ｃ−１までの間と、接続用領域１１ａの境界１１ｂから積層体１０の積層方向の他方端部１０ｃ−２までの間との２個であり、さらに、これら２個の段差部２１Ａ、２１Ａ；２１Ｂ，２１Ｂは、外部電極１１Ａ、１１Ｂを平面視した場合に、積層体１０の積層方向の端部１０ｃに平行な所定の線ＰＬに対し、線対称である。
【００４４】
また例えば、段差部２１Ｃ、２１Ｄは、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、外部電極１１Ｃ、１１Ｄを平面視した場合に、外部電極１１Ｃ、１１Ｄの幅方向における１つの端を所定の幅で残すように、積層体１０の積層方向における外部電極１１Ｃ、１１Ｄの端部を、矩形形状に切り欠くことによって設けられている。そして、この図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す例では、段差部２１Ｃ、２１Ｃ；２１Ｄ、２１Ｄは、接続用領域１１ａの境界１１ｂから積層体１０の積層方向の一方端部１０ｃ−１までの間と、接続用領域１１ａの境界１１ｂから積層体１０の積層方向の他方端部１０ｃ−２までの間との２個である。
【００４５】
そして、図５（Ａ）に示す例では、これら２個の段差部２１Ｃ、２１Ｃは、外部電極１１Ｃを平面視した場合に、積層体１０の積層方向の端部１０ｃ（１０ｃ−１、１０ｃ−２）に平行な前記所定の線ＰＬに対し、線対称である。すなわち、前記矩形形状を外部電極１１Ｃから切り欠く場合において残される所定の幅の部分は、外部電極１１Ｃの幅方向における一方端にある。また、図５（Ｂ）に示す例では、これら２個の段差部２１Ｄ、２１Ｄは、外部電極１１Ｄを平面視した場合に、外部電極１１Ｄの重心点ＧＰに対し、点対称である。すなわち、前記矩形形状を外部電極１１Ｄから切り欠く場合において残される所定の幅の部分は、積層体１０の積層方向の一方端部１０ｃ−１では外部電極１１Ｄの幅方向における一方端にあり、積層体１０の積層方向の他方端部１０ｃ−２では外部電極１１Ｄの幅方向における他方端にある。
【００４６】
また例えば、段差部２１Ｅは、図５（Ｃ）に示すように、２個であって、外部電極１１Ｅを平面視した場合に、積層体１０の積層方向の一方端部１０ｃ−１から所定の距離だけ内側の位置で、外部電極１１Ｅの幅方向の他方端から幅方向に延びる幅方向に長尺な矩形形状で外部電極１１Ｅを切り欠くことによって設けられるとともに、外部電極１１Ｅを平面視した場合に、積層体１０の積層方向の他方端部１０ｃ−２から所定の距離だけ内側の位置で、外部電極１１Ｅの幅方向の一方方端から幅方向に延びる幅方向に長尺な矩形形状で外部電極１１Ｅを切り欠くことによって設けられる。これら２個の段差部２１Ｅ、２１Ｅは、外部電極１１Ｅを平面視した場合に、外部電極１１Ｅの重心点ＧＰに対し、点対称である。
【００４７】
これら上述の例では、圧電素子１の前記上下方向を管理することなく前記接着工程を行う観点から、対称な２個の段差部２１、２１が設けられたが、例えば図６および図７に示すように１個の段差部２１であってもよい。
【００４８】
この図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示す例では、段差部２１Ｆ、２１Ｇは、外部電極１１Ｅを平面視した場合に、積層体１０の積層方向の両端部１０ｃ−１、１０ｃ−２の略中央位置で、外部電極１１をスリット状の切り欠くことによって設けられる。図６（Ａ）に示す場合では、段差部２１Ｆは、外部電極１１Ｅの幅方向の一方端から幅方向に延びる幅方向に長尺な矩形形状で外部電極１１Ｆを切り欠くことによって設けられ、図６（Ｂ）に示す場合では、外部電極１１Ｇを幅方向に長尺な矩形形状の開口で切り欠くことによって（外部電極１１Ｇに幅方向に長尺な矩形形状の開口を形成することによって）設けられる。
【００４９】
また、図７に示す例では、段差部２１Ｈは、外部電極１１Ｈを平面視した場合に、外部電極１１Ｈの幅方向における１つの端を所定の幅で残すように、積層体１０の積層方向における外部電極１１Ｈの端部を、積層体１０の積層方向の一方端部１０ｃ−１から両端部１０ｃ−１、１０ｃ−２の略中央位置まで矩形形状に切り欠くことによって設けられる。
【００５０】
このような接着剤（未硬化接着剤を含む）４の流れる方向に沿って低い面から高い面に移行する段差部２１、２１Ａ〜２１Ｈを設けることによって、前記段差部２１、２１Ａ〜２１Ｈによって堰き止めて接着用領域１１ａへの接着剤４の流れ込みを抑制するので、接着剤４の流れ出しによる外部電極の面積の減少を抑制することができ、外部電極１１、１１Ａ〜１１Ｈにおける給電部材の接続面積をより確実に確保することができる。
【００５１】
なお、上述の圧電素子１は、その断面形状が矩形である角柱状であったが、圧電素子１は、その断面形状は、任意であり、例えば、断面形状が多角形である多角柱状や、断面形状が円形である円柱状や、断面形状が楕円である楕円柱状等であってよい。
【００５２】
そして、このような駆動装置Ｓは、振動部材２に相対移動可能に摩擦係合する移動部材をさらに備えることによって、圧電素子１の伸縮動作を振動部材２の往復動を介して移動部材の移動動作に変換することができ、様々な機械装置に組み込むことが可能である。特に、圧電素子１は、その体積に比し大きな機械出力を得ることができることから、小型な機械装置に好適に組み込むことができる。一例として、例えばフォーカスレンズの駆動やズームレンズの駆動のために駆動装置Ｓを光学系に組み込んだ場合について説明する。
【００５３】
図８は、光学系に組み込まれた駆動装置の構成を示す図である。図８において、駆動装置ＳＡは、電気機械変換素子１として圧電素子１と、圧電素子１の一方端部に固定され、圧電素子１の伸縮動作に連動して往復動する振動部材２と、圧電素子１の他方端部に固定され、圧電素子１と振動部材２を支持する支持部材３と、振動部材２に相対移動可能に摩擦係合する移動部材５１とを備えて構成される。
【００５４】
圧電素子１は、上述した外部電極１１、１１Ａ〜１１Ｈのいずれかが形成され段差部２１、２１Ａ〜２１Ｈのいずれかを備える素子である。図８には、外部電極１１Ｂが形成され２個の段差部２１Ｂ、２１Ｂを備える圧電素子１が示されている。圧電素子１の一対の外部電極１１、１１には、例えばリード線や金線等の導電性であって給電のための一対の給電部材４１、４１がその各接続用領域１１ａ、１１ａにハンダ３１、３１によって接続されている。そして、移動部材５１は、光学系の例えばフォーカスレンズやズームレンズ等のレンズ（レンズ群を含む）６１を保持する玉枠である。
【００５５】
このような駆動装置ＳＡでは、一対の給電部材４１、４１を介して一対の外部電極１１、１１に外部から所定の電圧が印加されると、圧電素子１が伸縮し、この伸縮動作に連動して振動部材２が往復動する。そして、この振動部材２の往復動によって移動部材５１が振動部材２の長手方向に沿って移動する。より具体的には、圧電素子１が相対的に緩慢に伸縮すると振動部材２も緩慢に移動し、移動部材５１は、振動部材２に摩擦係合したまま振動部材２とともに移動する。一方、圧電素子１が相対的に急峻に伸縮すると振動部材２も急峻に移動し、移動部材５１は、自身の慣性質量によってその場に留まろうとして、振動部材２に対してすべり変位する。このような動作は、例えば、圧電素子１に鋸歯状の波形の電圧を入力して振動部材に非対称な振動を生じさせることによって、あるいは、圧電素子１に矩形状の波形のパルス電圧を入力して圧電素子１の周波数特性で振動部材に非対称な振動を生じさせることによって、行われる。
【００５６】
このような動作による移動部材５１の移動によって、レンズ６１が例えばフォーカスレンズである場合ではフォーカッシングが行われ、また例えばズームレンズである場合ではズーミングが行われる。そして、前記光学系の像側に、光学像を電気的な信号に変換する例えばＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等の撮像素子が配置されている場合では、前記光学系によって前記撮像素子の受光面上に物体の光学像が形成され、撮影が行われる。
【００５７】
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
【００５８】
一態様にかかる電気機械変換素子は、圧電材料から成る圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に複数積層して成る積層体と、前記積層体の外周面に積層方向に沿って形成され、前記内部電極層と順次交互に導通される一対の外部電極とを備える電気機械変換素子であって、前記積層体における前記積層方向の端部に、所定の部材を接着するための接着部をさらに備え、前記一対の外部電極のそれぞれは、給電のための導電性の給電部材と接続するための接続用領域を有し、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の端部までの間に高低差のある段差部が形成されている。
【００５９】
このような電気機械変換素子では、電気機械変換素子の積層方向の端部に接着剤によって他の部材を接着する際に、前記接着剤が前記外部電極上に流れ出した場合でも、前記段差部によって堰き止めて前記接続用領域への前記接着剤の流れ込みを抑制するので、前記接着剤の流れ出しによる外部電極における給電部材の例えばハンダ付け用露出面積等の接続用露出面積の減少を抑制することができ、外部電極における給電部材の接続面積をより確実に確保することができる。前記接着剤の流れ出しは、例えば、前記接着剤が熱硬化によって固着する場合では上述したようにブリードアウトによって生じるものであり、また例えば、電気機械変換素子の前記端部や前記他の部材に付与される接着剤の量が過剰である場合に生じるものである。
【００６０】
また、他の一態様では、上述の電気機械変換素子において、好ましくは、前記段差部は、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の一方端部までの間と、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の他方端部までの間との２個であり、前記２個の段差部は、前記積層体の外周面の法線方向から前記外部電極を見た場合に、前記積層体の前記積層方向の端部に平行な所定の線に対し、線対称である。
【００６１】
この構成によれば、前記段差部は、前記所定の線に対し互いに線対称である２個であるので、電気機械変換素子に他の部材を接着剤によって接着する場合に、電気機械変換素子の積層方向における上下方向を無視してこの接着工程を行うことができる。このように電気機械変換素子の積層方向における上下方向を管理することなくこの接着工程を行うことができるので、製造上都合がよい。
【００６２】
また、他の一態様では、上述の電気機械変換素子において、好ましくは、前記段差部は、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の一方端部までの間と、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の他方端部までの間との２個であり、前記２個の段差部は、前記積層体の外周面の法線方向から前記外部電極を見た場合に、前記外部電極の重心点に対し、点対称である。
【００６３】
この構成によれば、前記段差部は、前記外部電極の重心点に対し互いに点対称である２個であるので、電気機械変換素子に他の部材を接着剤によって接着する場合に、電気機械変換素子の積層方向における上下方向を無視してこの接着工程を行うことができる。このように電気機械変換素子の積層方向における上下方向を管理することなくこの接着工程を行うことができるので、製造上都合がよい。
【００６４】
また、他の一態様では、これら上述の電気機械変換素子において、好ましくは、前記段差部は、前記外部電極の切り欠き部である。
【００６５】
この構成によれば、前記外部電極を切り欠くことで、前記段差部を設けることができる。
【００６６】
また、他の一態様では、これら上述の電気機械変換素子において、好ましくは、所定の一方向における長さが１ｍｍ程度である。
【００６７】
このような所定の一方向における長さが１ｍｍ程度である電気機械変換素子では、前記接続用領域の面積が比較的小さくしか取れないので、接着剤の量との関係で、このような構成は、効果的に上述の効果を発揮することができる。
【００６８】
また、他の一態様では、これら上述の電気機械変換素子において、好ましくは、前記段差部の高低差は、約２００〜６００ｎｍである。
【００６９】
この構成によれば、前記外部電極を比較的容易にスパッタ法で成膜することができる。
【００７０】
また、他の一態様では、これら上述の電気機械変換素子において、好ましくは、前記段差部の高低差は、約１〜５０μｍである。
【００７１】
この構成によれば、前記外部電極を比較的容易にスクリーン印刷法で成膜することができる。
【００７２】
また、他の一態様では、これら上述の電気機械変換素子において、好ましくは、導電性であって給電のための一対の給電部材をさらに備え、前記一対の給電部材は、前記一対の外部電極における各接続用領域にハンダによって接続されている。
【００７３】
この構成によれば、前記一対の給電部材をハンダ付けによって前記一対の外部電極に接続した電気機械変換素子が提供される。
【００７４】
そして、他の態様にかかる駆動装置は、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一方端部に接着剤で固定され、前記電気機械変換素子の伸縮動作に連動して往復動する振動部材と、前記振動部材に相対移動可能に摩擦係合する移動部材とを備える駆動装置であって、前記電気機械変換素子は、これら上述のいずれかの電気機械変換素子である。
【００７５】
このような構成の駆動装置では、これら上述のいずれかの電気機械変換素子を用いるので、給電部材の外部電極への接続不良が減少し、駆動装置の歩留まりが改善される。
【００７６】
そして、他の態様にかかる駆動装置は、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一方端部に接着剤で固定され、前記電気機械変換素子の伸縮動作に連動して往復動する振動部材と、前記電気機械変換素子の他方端部に接着剤で固定され、前記電気機械変換素子と前記振動部材を支持する支持部材と、前記振動部材に相対移動可能に摩擦係合する移動部材とを備える駆動装置であって、前記電気機械変換素子は、これら上述のいずれかの電気機械変換素子である。
【００７７】
このような構成の駆動装置では、これら上述のいずれかの電気機械変換素子を用いるので、給電部材の外部電極への接続不良が減少し、駆動装置の歩留まりが改善される。
【００７８】
この出願は、２００９年１２月２１日に出願された日本国特許出願特願２００９−２８９１８４を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
【００７９】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によれば、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気機械変換素子およびこの電気機械変換素子を用いた駆動装置を提供することができる。
【図１】
2011077660.tif 000003
【図２】
2011077660.tif 000004
【図３】
2011077660.tif 000005
【図４】
2011077660.tif 000006
【図５】
2011077660.tif 000007
【図６】
2011077660.tif 000008
【図７】
2011077660.tif 000009
【図８】
2011077660.tif 000010
【図９】
2011077660.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月20日(2012.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料から成る圧電層と導電性を有する内部電極層とを交互に複数積層して成る積層体と、
前記積層体の外周面に積層方向に沿って形成され、前記内部電極層と順次交互に導通される一対の外部電極とを備える電気機械変換素子であって、
前記積層体における前記積層方向の端部に、所定の部材を接着するための接着部をさらに備え、
前記一対の外部電極のそれぞれは、給電のための導電性の給電部材と接続するための接続用領域を有し、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の端部までの間に高低差のある段差部が形成されていること
を特徴とする電気機械変換素子。
【請求項２】
前記外部電極が形成された面内の前記積層方向に直交する方向における前記段差部の幅の長さは、前記外部電極が形成された面内の前記積層方向に直交する方向における前記接続領域の幅の長さ以上であり、
前記段差部は、前記外部電極が形成された面内の前記積層方向に直交する方向において、少なくとも前記接続領域が存在する領域に亘って形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の電気機械変換素子。
【請求項３】
前記段差部は、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の一方端部までの間と、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の他方端部までの間との２個であり、
前記２個の段差部は、前記積層体の外周面の法線方向から前記外部電極を見た場合に、前記積層体の前記積層方向の端部に平行な所定の線に対し、線対称であること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気機械変換素子。
【請求項４】
前記段差部は、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の一方端部までの間と、前記接続用領域の境界から前記積層体の前記積層方向の他方端部までの間との２個であり、
前記２個の段差部は、前記積層体の外周面の法線方向から前記外部電極を見た場合に、前記外部電極の重心点に対し、点対称であること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気機械変換素子。
【請求項５】
前記段差部は、前記外部電極の切り欠き部であること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電気機械変換素子。
【請求項６】
所定の一方向における長さが１ｍｍ程度であること
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電気機械変換素子。
【請求項７】
前記段差部の高低差は、約２００〜６００ｎｍであること
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電気機械変換素子。
【請求項８】
前記段差部の高低差は、約１〜５０μｍであること
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電気機械変換素子。
【請求項９】
導電性であって給電のための一対の給電部材をさらに備え、
前記一対の給電部材は、前記一対の外部電極における各接続用領域にハンダによって接続されていること
を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電気機械変換素子。
【請求項１０】
電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の一方端部に接着剤で固定され、前記電気機械変換素子の伸縮動作に連動して往復動する振動部材と、
前記振動部材に相対移動可能に摩擦係合する移動部材とを備える駆動装置であって、
前記電気機械変換素子は、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の電気機械変換素子であること
を特徴とする駆動装置。
【請求項１１】
電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の一方端部に接着剤で固定され、前記電気機械変換素子の伸縮動作に連動して往復動する振動部材と、
前記電気機械変換素子の他方端部に接着剤で固定され、前記電気機械変換素子と前記振動部材を支持する支持部材と、
前記振動部材に相対移動可能に摩擦係合する移動部材とを備える駆動装置であって、
前記電気機械変換素子は、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の電気機械変換素子であること
を特徴とする駆動装置。
【国際調査報告】
2011077660.tif 000012
2011077660.tif 000013