(57)【要約】【課題】適切に設計・制御可能であり、かつ、低温においても高い塵埃除去性能を有する塵埃除去装置およびそれを用いた撮像装置を提供する。【解決手段】本発明の塵埃除去装置は、振動部材と、圧電材料と一対の対向する電極を有する圧電素子と、高分子化合物成分を有する固定部材を備えた塵埃除去装置であって、前記振動部材に、前記圧電素子及び前記固定部材が設けられており、圧電材料の第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Ｔが−６０℃≦Ｔ≦−５℃であり、前記固定部材の２５℃における弾性率が−５℃における弾性率より小さいことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部材と、圧電材料と一対の対向する電極を有する圧電素子と、高分子化合物成分を有する固定部材を備えた塵埃除去装置であって、
前記振動部材に、前記圧電素子及び前記固定部材が設けられており、
前記圧電材料の第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Ｔが−６０℃≦Ｔ≦−５℃であり、
前記固定部材の２５℃における弾性率が−５℃における弾性率より小さい、
ことを特徴とする塵埃除去装置。
【請求項２】
前記固定部材がエラストマーであることを特徴とする請求項１に記載の塵埃除去装置。
【請求項３】
前記固定部材が発泡樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の塵埃除去装置。
【請求項４】
前記固定部材が熱可塑性であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項５】
前記圧電材料の第一の強誘電結晶相が正方晶相であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項６】
前記圧電材料の第二の強誘電結晶相が斜方晶相であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項７】
前記圧電材料の鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項８】
前記圧電材料がチタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項９】
前記圧電材料が、下記一般式（１）
一般式（１）  （Ｂａ１−ｘＣａｘ）（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３（０．０２≦ｘ≦０．３０、０．０２０≦ｙ≦０．０９５であり、かつｙ≦ｘ）
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項１０】
前記圧電材料が、前記一般式（１）で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、前記ペロブスカイト型金属酸化物にＭｎが含有されており、前記Ｍｎの含有量が前記ペロブスカイト型金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０２重量部以上０．４０重量部以下であることを特徴とする請求項９に記載の塵埃除去装置。
【請求項１１】
前記圧電素子及び前記振動部材が板状であり、前記圧電素子の一方の電極面が前記振動部材の板面に固着され、前記振動部材が前記固定部材を介して基体に固定されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項１２】
前記圧電素子を複数有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項１３】
前記振動部材が光学材料であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動部材と前記撮像素子ユニットの受光面を同一軸上に順に設けたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の撮像装置を備えた電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラやビデオカメラなどの撮像装置及び撮像装置に組み込まれる光学部品の表面に付着する塵埃の除去に関するもので、とくに、塵埃を振動により除去する塵埃除去装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像信号を電気信号に変換して撮像するデジタルカメラ等の撮像装置では、撮影光束をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子で受光する。そして、撮像素子から出力される光電変換信号を画像データに変換して、メモリカード等の記録媒体に記録する。このような撮像装置では、撮像素子の前方（被写体側）に、光学ローパスフィルタや赤外線カットフィルタが配置される。
【０００３】
この種の撮像装置において、撮像素子のカバーガラスやこれらのフィルタの表面に塵埃が付着すると、その塵埃が黒い点となって撮影画像に写り込むことがある。とくに、レンズ交換可能なデジタル一眼レフデジタルカメラでは、レンズ交換時に塵埃がレンズマウントの開口からデジタルカメラ本体内に入り込み撮像素子のカバーガラスやフィルタの表面に付着することがある。
【０００４】
そこで、圧電素子の振動を利用して、表面に付着した塵埃を除去する塵埃除去装置を備えたデジタルカメラ（例えば、特許文献１）が提案されている。
【０００５】
特許文献１のデジタルカメラに備えられた塵埃除去装置は、振動部材（特許文献１の防塵フィルタ）に固着した圧電素子に所定周波数の交番電圧を印加し、この圧電素子の駆動により振動部材を光軸方向つまり振動部材の厚さ方向に変位させる弾性振動（以下  面外振動：Ｆｌｅｘｕｒａｌ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎと定義する）を発生させる。特許文献１の塵埃除去装置は、この面外振動により振動部材の表面に付着した塵埃を除去するものである。
【０００６】
かかる構成において、特許文献１のデジタルカメラでは、振動部材は、振動部材の前面側を一端部がねじでカメラ本体（撮像装置）に固定された押圧部材と、振動部材の背面側をカメラ本体（撮像装置）に備え付けられたシール、とによって保持されている。振動部材の背面側は振動部材とシールとカメラ本体によって機密状態が確保されている（塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成されている）ため、振動部材の前面側の塵埃さえ除去できれば、撮像画像に塵埃が写りこむことはない。
【０００７】
ここで、振動部材は押圧部材からの押圧力でシールに向かって押圧されるが、バネ用りん青銅やバネ用ステンレスの板材で形成されている押圧部材は曲げの剛性が高く、ゴム材で形成されているシールは曲げの剛性が低いので、押圧や外力（慣性力等）によってはシールが変形することになる。
【０００８】
また、押圧部材と振動部材の間には押圧部材に接着された受け部材が介在し、光軸と垂直な面内における振動部材の位置決めは位置決め部材を介して受けることによって行う。この受け部材および位置決め部材はゴムや樹脂等の振動減衰性のある材料で形成されている。
【０００９】
さらに、振動部材の背面側には受け部が設置されているが、ゴムあるいは軟質の樹脂等の振動減衰性のある受け部の剛性はシールの剛性に比べ高いので、ある一定以上の振動部材の押し込みに対してシールの変形は抑えられる。
【００１０】
ところで、この受け部は振動部材の面外振動がほとんど発生しない節の部分を支持するように配置されており、振動部材の振動をあまり阻害しないような構成となっている。
【００１１】
なお、振動部材に固着された圧電素子には、圧電素子に所定周波数の交番電圧を印加するためのフレキシブルプリント基板が電気的に接続されているが、この接続は一般にＡＣＦ（異方性導電膜）や樹脂による接着によって行われている。
【００１２】
このように、塵埃除去装置には撮像装置もしくはカメラ本体等の基体に設置するために固定部材が必要である。固定部材は基体に過剰な振動を伝達しないように制振性能がその機能として必要である。一方で、特許文献１におけるこのような一連の構成に示される通り、固定部材は振動部材の振動を著しく阻害し、塵埃の除去効果を低下させてしまうという側面を持つ。このため、固定部材にはゴムや樹脂等の柔らかい高分子化合物材料が用いられている。
【００１３】
また、塵埃除去装置では、圧電素子と振動部材の固着や圧電素子とフレキシブルプリント基板との接着等にも樹脂等の柔らかい材料が用いられている。
【００１４】
特許文献１の圧電素子は、圧電材料と、圧電材料の板面に配置された下電極とも呼ばれる第１の電極と、上電極とも呼ばれる第２の電極とで一対をなした対向する電極、とにより構成されているリング状ないし矩形状の板状圧電素子である。ここで、特許文献１の圧電素子には、電極間に印加する電界により生じる圧電材料の伸縮歪みにより、振動部材の光軸と垂直方向、つまり圧電素子の厚さ方向と垂直方向（以下  長さ方向：Ｌｅｎｇｔｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎと定義する）に変位する弾性振動（以下  長さ方向の伸縮振動：Ｌｅｎｇｔｈ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎと定義する）が発生する。この圧電素子の長さ方向の伸縮振動により、圧電素子と圧電素子に固着された振動部材との間に応力が発生し、振動部材に面外振動を発生させることができる。
【００１５】
振動部材は圧電素子へ印加する電圧の周波数や位相を制御することにより、振動モードと呼ばれる複数の節部や腹部をもつ複次の定在波や、節部や腹部がある時間に対し振動部材の長さ方向に移動する進行波を振動部材の面外振動により作り出すことができる。例えば特許文献１のデジタルカメラに備えられた塵埃除去装置では、一対の圧電素子に印加する電圧の位相を制御することにより複数の振動モードを発生させ、複数の振動モードを効果的に使い分けることで振動部材の表面に付着した塵埃を効果的に除去できる。
【００１６】
ここで、特許文献１の塵埃除去装置の駆動周波数は振動部材の共振周波数近傍とすることで、圧電素子により小さな電圧を印加しても振動部材により大きな面外振動を発生させることができる。
【００１７】
また、特許文献１の塵埃除去装置は共振周波数近傍の周波数帯を掃引することにより、塵埃除去装置の個体ばらつきや温度に対する周波数の変動に対しても問題なく塵埃を除去できる構成となっている。特許文献１によれば、圧電素子を振動させる周波数は圧電素子と振動部材で構成された振動子の形状、寸法、材質や支持の状態によって決まり、通常、温度は振動子の弾性率に影響し、その共振周波数を変化させる要因の１つとなっている。このように、温度は振動子や塵埃除去装置の共振周波数を変動させる要因の１つである。
【００１８】
ところで、圧電素子の長さ方向の伸縮振動の大きさは、圧電セラミックスの圧電横効果に起因した圧電変位の大きさと密接に関係していため、圧電特性の優れた圧電素子が採用されている。
【００１９】
現在各種デバイスに用いられている圧電素子には鉛を含有するジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒ１−ｘＴｉｘＯ３）他、鉛を多量に含有する圧電材料が多く用いられている。例えば特許文献１の圧電素子はジルコン酸チタン酸鉛である。しかしながら、ジルコン酸チタン酸鉛のような鉛を多量に含有する圧電素子は一旦廃却され酸性雨を浴びたりする場合、圧電材料中の鉛成分が土壌に溶け出し生態系に害を成す可能性が指摘されている。そこで近年、環境に配慮する為、また、各種製品への鉛の使用を規制する法令に対応する為、鉛を使用しないもしくは鉛の使用を極力抑えた圧電材料（非鉛圧電材料）の研究や製品開発の検討が行われている。しかしながら、各種諸特性がジルコン酸チタン酸鉛に匹敵するような優れた非鉛圧電材料の実現には未だ至っておらず、ジルコン酸チタン酸鉛と同等の性能を有する非鉛圧電材料を用いたデバイスが製品化されている例はまだ少ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特許第０４７９００５６号公報
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】岩波理化学辞典  第５版（岩波書店  １９９８年２月２０日発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述のように、特許文献１のデジタルカメラに備えられた塵埃除去装置は圧電素子に長さ方向の伸縮振動を発生させることで振動部材に面外振動を発生させることができ、その面外振動により振動部材の表面に付着した塵埃を除去するものである。
【００２３】
しかしながら、圧電素子に発生させる振動が長さ方向の伸縮振動であるため、振動部材や圧電素子全体がある振動モードで面外振動する。このため、塵埃除去装置を撮像装置もしくはカメラ本体等の基体に設置するために固定部材が必要である。固定部材は基体に過剰な振動を伝達しないように制振性能がその機能として必要である。一方で、固定部材は振動部材の振動を著しく阻害し、塵埃の除去効果を低下させてしまうという側面を持つ。このため、固定部材には振動部材の振動を著しく阻害しないようにゴムや樹脂等の高分子化合物材料が用いられている。
【００２４】
また、塵埃除去装置では、圧電素子と振動部材の固着や圧電素子とフレキシブルプリント基板との接着等にも樹脂等の柔らかい高分子化合物材料が用いられている。
【００２５】
一般に、振動部材の振動を妨げることなく、かつ、撮像装置もしくはカメラ本体等の基体に過剰な振動を伝達しないような部材、つまり制振性能が最も優れる部材は低温域にガラス転移温度をもつゴム状樹脂である。しかし、このような材料は一般に室温付近にガラス転移温度をもつため、低温になるにつれ材料が顕著に硬化し、材料の弾性率が増大する。このため、特許文献１に開示されているような従来の塵埃除去装置では、低温になるに伴い塵埃除去装置の駆動周波数が高くなってしまい、使用想定温度で問題なく塵埃除去できるように、塵埃除去装置の掃引周波数帯をあらかじめ広げておく必要が生じる。また、このように掃引周波数帯をあらかじめ広げておかなければならない問題を回避するため、低温域では別の弾性振動を用いて塵埃を除去しなければならない、等、塵埃除去装置を適切に設計したり制御することが困難であった。
【００２６】
さらに、特許文献１に開示されているような従来の塵埃除去装置では、低温になるにつれ材料が顕著に硬化し、振動部材の振動を妨げるようになるため、低温になるに伴い振動部材の振幅が小さくなり、塵埃除去性能が低下してしまう課題があった。
【００２７】
特に、矩形形状の塵埃除去装置では、たとえ一つの振動モードで塵埃を除去するにしても、固定部材は必ず振動部材の節以外の部位に接することは避けられない。このため、塵埃除去装置を適切に設計したり制御することも、低温で高い塵埃除去性能を維持することも、円形形状の塵埃除去装置に比べさらに困難であった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、塵埃除去装置を適切に設計したり制御することが可能で、低温においても高い塵埃除去性能を有する塵埃除去装置およびそれを用いた撮像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】
【００２８】
本発明の塵埃除去装置は、振動部材と、圧電材料と一対の対向する電極を有する圧電素子と、高分子化合物成分を有する固定部材を備えた塵埃除去装置であって、前記振動部材に、前記圧電素子及び前記固定部材が設けられており、前記圧電材料の第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Ｔが−６０℃≦Ｔ≦−５℃であり、前記固定部材の２５℃における弾性率が−５℃における弾性率より小さいことを特徴とする。
本発明の撮像装置は、前記塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動部材と前記撮像素子ユニットの受光面を同一軸上に順に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、塵埃除去装置を適切に設計したり制御することが可能な塵埃除去装置およびそれを用いた撮像装置を提供することができる。さらに、低温においても高い塵埃除去性能を有する塵埃除去装置およびそれを用いた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の圧電素子の一例を示す図である。
【図２】本発明の圧電素子の振動原理の一例を示す図である。
【図３】本発明の塵埃除去装置の一例を示す図である。
【図４】本発明の塵埃除去装置の一例を示す図である。
【図５】本発明の塵埃除去装置の振動原理を示す模式図である。
【図６】従来の圧電材料の比誘電率と、共振周波数の一例を示す図である。
【図７】本発明の圧電材料の比誘電率と、共振周波数の一例を示す図である。
【図８】本発明の撮像装置の一例を示す図である。
【図９】本発明の撮像装置の一例を示す図である。
【図１０】本発明の撮像装置の撮像ユニットの構成の一例を示す分解斜視図である。
【図１１】図９のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１２】本発明の塵埃除去装置の電気的構成の一例を示すブロック図である
【図１３】本発明の撮像装置の塵埃除去装置の構成の一例を示す分解斜視図である。
【図１４】本発明の撮像装置の塵埃除去装置の一例を示す図である。
【図１５】実施例１、比較例１、比較例２の圧電素子の圧電定数ｄ３１の温度依存性を示す図である。
【図１６】実施例１、比較例１、比較例２の圧電素子の弾性定数Ｙ１１の温度依存性を示す図である。
【図１７】実施例１、比較例１、比較例２の圧電素子の共振周波数の温度依存性を示す図である。
【図１８】実施例３１、比較例３、比較例４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの共振周波数の温度依存性を示す図である。
【図１９】実施例３１、比較例３、比較例４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの機械アドミタンスの温度依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００３２】
本発明に係る塵埃除去装置は、圧電材料と一対の対向する電極により構成される圧電素子と、振動部材と、高分子化合物成分を少なくとも有する固定部材とからなる、基体に設置する塵埃除去装置であって、前記圧電材料の第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Ｔが−６０℃≦Ｔ≦−５℃であることを特徴とする。
【００３３】
本発明に係る撮像装置は、圧電材料と一対の対向する電極により構成される圧電素子と、振動部材と、高分子化合物成分を少なくとも有する固定部材とからなる、基体に設置する塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記圧電材料の第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Ｔが−６０℃≦Ｔ≦−５℃であり、前記塵埃除去装置の振動部材と前記撮像ユニットの受光面を同一軸上に順に設けた事を特徴とする。
【００３４】
まず、本発明の塵埃除去装置の好適な実施形態の一例について説明する。
【００３５】
図１は本発明の塵埃除去装置が備える圧電素子４３０の一例を示す図である。圧電素子４３０は圧電材料４３１と第１の電極４３２と第２の電極４３３より構成され、第１の電極４３２と第２の電極４３３は圧電材料４３１の板面に対向して配置されている。図中右側（ｃ）の圧電素子４３０の手前に出ている第１の電極４３２が設置された面を第１の電極面４３６、図中左側（ａ）の圧電素子４３０の手前に出ている第２の電極４３２が設置された面が第２の電極面４３７である。ここで、本発明における電極面とは電極が設置されている圧電素子の面を指しており、例えば図１に示すように第１の電極４３２が第２の電極面４３７に回りこんでいても良い。さらに第２の電極面にセンシング用等に利用される第３の電極等があっても良い。なお、以降の図面において、図中の符号と同じ符号は同じ構成要素を表す。
【００３６】
図２は本発明の塵埃除去装置が備える圧電素子４３０の動作原理の一例を示す図である。圧電素子４３０は圧電材料４３１があらかじめ第１の電極面４３６の垂直方向に分極されており、電源から第１の電極４３２と第２の電極４３３とに高周波数の電圧が印加できるようになっている。圧電素子４３０は、電界方向４３５の矢印が示す方向に発生する交番電界により生じる圧電材料４３１の伸縮歪みにより、圧電素子４３０の長さ方向に伸縮振動が発生する。圧電素子の長さ方向の伸縮振動の大きさは、圧電セラミックスの圧電横効果に起因した圧電変位の大きさと密接に関係している。なお、符号４３４は分極方向を表す。
【００３７】
第１の電極４３２と第２の電極４３３は、厚み５ｎｍから５０００ｎｍ程度の導電層よりなる。その材料は特に限定されず、圧電素子に通常用いられているものであればよい。例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属およびこれらの化合物を挙げることができる。
【００３８】
第１の電極４３２と第２の電極４３３は、これらのうちの１種からなるものであっても、あるいはこれらの２種以上を積層してなるものであってもよい。また、第１の電極４３２と第２の電極４３３は、それぞれ異なる材料であっても良い。
【００３９】
図３および図４（ａ）、（ｂ）は本発明の塵埃除去装置４７０の一例を示す概略図である。
【００４０】
塵埃除去装置４７０は、振動部材４１０、圧電素子に接続されるフレキシブルプリント基板４２０、圧電素子４３０、密閉部材４５０と呼ばれる固定部材とにより構成されていて、基体５０１に設置される。
【００４１】
圧電素子４３０と振動部材４１０は、図３に示すように圧電素子４３０の第１の電極面４３６で振動部材４１０の板面に固着される。また、圧電素子４３０の第２の電極面４３７の一部にはフレキシブルプリント基板４２０が電気的に接続され、圧電素子４３０に電源から交番電圧を印加できるようになっている。
【００４２】
図５は本発明の塵埃除去装置４７０の振動原理の一例を示す模式図である。便宜上、図には圧電素子４３０と振動部材４１０のみ図示している。上図（ａ）は左右一対の圧電素子４３０に同位相の交番電圧を印加して、振動部材４１０に定在波の面外振動を発生させた状態を表している。左右一対の圧電素子４３０は圧電材料４３１の分極が圧電素子４３０の厚さ方向に向きを同じくしており、塵埃除去装置４７０は７次の振動モードで駆動している。ここで、本発明の振動モードとは、振動部材の面外振動により作り出すことができる複数の節部や腹部をもつ複次の定在波や、節部や腹部がある時間に対し振動部材４１０の長さ方向に移動する進行波を指す。
【００４３】
下図（ｂ）は左右一対の圧電素子４３０に位相が１８０°反対である逆位相の交番電圧をフレキシブルプリント基板４２０を介して印加して、振動部材４１０に定在波の面外振動を発生させた状態を表している。左右一対の圧電素子４３０は圧電材料４３１の分極が圧電素子４３０の厚さ方向に向きを同じくしており、塵埃除去装置４７０は６次の振動モードで駆動している。このように、本実施形態の塵埃除去装置４７０は、少なくとも２つの振動モードを効果的に使い分けることで振動部材４１０の表面に付着した塵埃をより効率的に除去できる。
【００４４】
しかし、本発明の塵埃除去装置は必ずしもこのような振動モードのみで駆動するものではない。本発明の塵埃除去装置は、圧電材料と一対の対向する電極により構成される圧電素子と、振動部材と高分子化合物成分を少なくとも有する固定部材とを備えていればよい。例えば、一個の圧電素子４３０が振動部材４１０に備えられていればよく、また、左右一対の圧電素子４３０は圧電材料４３１の分極が圧電素子４３０の厚さ方向に向きを同じくしている必要はない。さらに、前述した６次や７次の振動モードではなく、例えば１８次や１９次の振動モード等別の振動モードを利用してもよいし、３種類以上の振動モードを利用してもよい。なお、図５では、定在波の振動モードを用いて振動原理を示したが、任意の周波数と任意の位相を制御し、定在波ではなく進行波を用いた振動モードを用いてもよい。ただし、塵埃除去装置４７０が不快な音を発生しないように、振動部材４１０に発生させる面外振動の共振周波数は可聴域外となるような固有モードを選ぶことが好ましい。
【００４５】
また、本発明の圧電素子４３０や振動部材４１０は塵埃除去装置４７０の機械的品質係数Ｑｍを損なわないものを選択することが好ましい。ここで、機械的品質係数Ｑｍとは、圧電素子や塵埃除去装置を振動子として評価した際に振動による弾性損失を表す係数であり、機械的品質係数の大きさは、インピーダンス測定における共振曲線の鋭さとして観察される。つまり圧電素子の共振の鋭さを表す定数である。機械的品質係数Ｑｍが大きいと、共振周波数付近で振動部材４１０の面外振動がより大きくなり、効果的に塵埃を除去することができる塵埃除去装置４７０が得られる。
【００４６】
よって、本発明の振動部材４１０は表面に付着した塵埃をできる機能を有する限りにおいて、どのようなものでも構わないが、可能な限り機械品質係数が高い部材を選択することが好ましい。同様に、本発明の圧電素子４３０も、可能な限り機械品質係数が高い部材を選択することが好ましい。また、難塵埃付着性物質が表面にコーティングされていてもよいし、表面を導電性に処理し、静電気が原因で塵埃が付着することを防止してもよい。ただし、そのような処理を施していなくても構わない。
【００４７】
本発明の塵埃除去装置は、圧電素子４３０に発生させる振動が長さ方向の伸縮振動であるため、図５に示すように振動部材４１０や圧電素子４３０全体が、ある振動モードで面外振動する。このため、撮像装置もしくはカメラ本体等の基体５０１に設置するために固定部材が必要である。固定部材は基体５０１に過剰な振動を伝達しないように、制振性能がその機能として必要である。一方で、固定部材は振動部材４１０の振動を阻害し、塵埃の除去効果を低下させてしまうという側面を持つ。このため、固定部材には振動部材４１０の振動を阻害しないように高分子化合物成分を少なくとも有する材料を用いる。
【００４８】
ここで、本発明の高分子化合物は、分子量が１万程度以上の単量体の繰り返し構造をもつ固形の重合体であり、例えば、天然ゴム、合成ゴム、合成樹脂、合成繊維などを指す。これらの材料は金属やセラミックスに比べ弾性率が小さいため制振性能に優れ、振動部材４１０の振動を著しく阻害することはない。
【００４９】
固定部材は密閉部材４５０のみである必要はないが、本発明の塵埃除去装置は、振動部材４１０と基体５０１との間に塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間を形成していることが好ましい。これは、振動部材４１０が例えば透明な光学材料であった場合、本発明の塵埃除去装置４７０の振動部材４１０の前面側の塵埃を除去すれば、振動部材４１０には塵埃が付着しない為である。よって、密閉部材４５０のような密閉空間が形成できる部材を備えていることが好ましが、密閉部材４５０はかならずしも１個の部材のみで形成される必要はない。
【００５０】
圧電素子４３０と振動部材４１０は、樹脂による接着、例えばエポキシ樹脂系接着剤などの高分子化合物成分を少なくとも有する材料によって固着することができる。接着剤は塵埃除去装置４７０の使用温度域での接着性を損なわないものを選択することが好ましい。また、振動部材４１０に発生する面外振動を損なわないものを選択することが好ましい。よって、塵埃除去装置４７０の機械的品質係数Ｑｍを損なわないものを選択することが好ましい。さらに、圧電素子４３０は既に分極処理がなされた後であるため、接着温度は圧電材料４３１のキュリー温度もしくは脱分極温度未満であることが好ましい。
【００５１】
圧電素子４３０とフレキシブルプリント基板４２０は、ＡＣＦ（異方性導電膜）や樹脂による接着、例えば導電性接着剤などの高分子化合物成分を少なくとも有する材料によって固着することができる。接着剤は塵埃除去装置４７０の使用温度域での接着性を損なわないものを選択することが好ましい。また、振動部材４１０に発生する面外振動を損なわないものを選択することが好ましい。よって、塵埃除去装置４７０の機械的品質係数Ｑｍを損なわないものを選択することが好ましい。さらに、圧電素子３０は既に分極処理がなされた後であるため、接着温度は圧電材料４３１のキュリー温度もしくは脱分極温度未満であることが好ましい。
【００５２】
本発明の塵埃除去装置は、圧電材料４３１と一対の対向する電極により構成される圧電素子と、振動部材と、高分子化合物成分を少なくとも有する固定部材とからなる。よって、圧電素子４３０は、必ずしもフレキシブルプリント基板４２０で電気的に接続される必要はなく、例えば、リード線の銀ペースト接続等の他の方法で電気的に接続されてもよい。
【００５３】
本発明の圧電材料４３１は強誘電体であり、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Ｔが−６０℃≦Ｔ≦−５℃であることを特徴とする。強誘電体とは外部に電場がなくても電気双極子が自発的に整列しており、かつ、双極子の方向が電場によって変化できる誘電体物質を指す。また、強誘電体は電界を印加すると自体が変形する逆圧電効果も示す。
【００５４】
代表的な強誘電体としては、水晶（ＳｉＯ２）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮａＮｂＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰｂＺｒＴｉＯ３）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ２Ｏ６）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を主成分とする物質が代表的である。例えば（ＬａＰｂＺｒＴｉＯ３）、（ＬｉＫＮａＮｂＯ３）、（ＢａＣａＴｉＺｒＯ３）なども代表的である。
【００５５】
本発明の強誘電体はこれらの物質に特定されるわけではなく、外部に電場がなくても電気双極子が自発的に整列しており、かつ双極子の方向が電場によって変化できる誘電体物質であればよい。このような材料は、ソーヤー・タワー回路による自発分極と抗電界のＰ−Ｅヒステリシス評価により簡単に評価することができる。
【００５６】
本発明の強誘電結晶相とは、強誘電材料で、かつ、結晶格子と呼ばれる７種類の晶系のうち、三斜晶（ｔｒｉｃｌｉｎｉｃ）、単斜晶（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）、斜方晶（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）、六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）、三方晶（ｔｒｉｇｏｎａｌ）もしくは菱面体晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）、正方晶（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ）の６つの晶系のいずれかに属する材料のことを指す。
【００５７】
本発明の圧電材料４３１は、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Ｔが−６０℃≦Ｔ≦−５℃であることを特徴とする。つまり、強誘電―強誘電相転移への相転移温度Ｔが、少なくとも−６０℃≦Ｔ≦−５℃の範囲に存在する材料である。ここで、第一の強誘電結晶相と第二の強誘電結晶相は７種類の晶系のうち、それぞれ異なる２つの晶系を指し、第一の強誘電結晶相と第二の強誘電結晶相は、第一の強誘電結晶相が第二の強誘電結晶相に比してより高い温度で出現する結晶相と定義する。
【００５８】
相転移温度Ｔは、例えば微小交流電界を用いて測定温度を変えながら圧電素子４３０の誘電率を測定し、誘電率が極大を示す温度から求めることができる。また、Ｘ線回折やラマン分光を用いて測定温度を変えながら、圧電素子４３０もしくは圧電材料４３１の結晶相が変化する温度から求めることもできる。前記いずれの方法を用いても、圧電素子４３０もしくは圧電材料４３１の温度が測定環境温度と同等になる充分な時間の間、保持されていれば、観測される相転移温度Tは同等となる。ただし、測定の簡便さと再現性の観点において、微小交流電界を用いて測定温度を変えながら圧電素子４３０の誘電率を測定する手法が好ましい。一般に、強誘電体は、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度（降温時の相転移温度）と第二の強誘電結晶相から第一の強誘電結晶相への相転移温度（昇温時の相転移温度）に若干の温度差が生じるが、本発明の相転移温度Ｔは第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度、つまり降温時の相転移温度である。
【００５９】
相転移温度Ｔは、圧電素子４３０の分極前後どちらで評価しても構わないが、本発明の塵埃除去装置４７０は分極した圧電素子４３０を備えた装置であるため、圧電素子４３０を分極した後に評価することが好ましい。圧電素子４３０の分極は、例えば後述する共振−反共振法により、圧電素子４３０の長さ方向の伸縮振動が発生するか否かを評価することにより、分極の有無を確認することができる。
【００６０】
図６は従来の圧電材料の一例として、代表的な強誘電体であるチタン酸バリウム圧電素子の１ｋＨｚにおける比誘電率（ａ）と、長さ方向に伸縮振動が発生する共振周波数（ｂ）を示す。同様に、図７は本発明の圧電材料４３１の１ｋＨｚにおける比誘電率（ａ）と、長さ方向に伸縮振動が発生する共振周波数（ｂ）を示す。圧電素子の寸法は１０×２．５×０．５ｍｍである。図６、図７の（ａ）、（ｂ）とも、測定は３０℃をスタートとし、昇温、降温、３０℃まで昇温、という順序で温度を変化させながら測定した結果である。測定は恒温槽内で行い、それぞれの温度で一定時間保持し、温度が安定した後に各温度での誘電率、共振周波数を評価している。図６および図７の（ａ）、（ｂ）では、温度に対する誘電率、共振周波数の変化が昇温時と降温時で異なっている。この原因は強誘電体が、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度（降温時の相転移温度）と第二の強誘電結晶相から第一の強誘電結晶相への相転移温度（昇温時の相転移温度）とで若干の温度差が生じるためである。ここで、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度（降温時の相転移温度）と第二の強誘電結晶相から第一の強誘電結晶相への相転移温度（昇温時の相転移温度）とでは、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度（降温時の相転移温度）の方が低い。
【００６１】
図６、図７より、チタン酸バリウムは５℃付近に相転移温度Ｔを持ち、本発明の圧電材料４３１は−２５℃付近に相転移温度Ｔをもつことがわかる。また、圧電素子の共振周波数はそれぞれ相転移温度Ｔ付近で極小となっていることが分かる。同様に、従来の圧電素子の一例として、ジルコン酸チタン酸鉛を評価したが、少なくとも−６０℃から５０℃の範囲には相転移温度Ｔはなく、同様に共振周波数が極小になる温度は存在しなかった。
【００６２】
鋭意検討の結果、これら従来の圧電材料を備えた塵埃除去装置では、低温になるに伴い、後述するように塵埃除去装置の駆動周波数が高くなってしまい、特に、−５℃から−３０℃の温度では特に顕著であることがわかった。一般に塵埃除去装置は、共振周波数近傍の周波数帯を掃引することにより、塵埃除去装置の個体ばらつきや温度に対する周波数の変動に対しても問題なく塵埃を除去できる構成となっている。しかし、従来の塵埃除去装置では、低温になるに伴い塵埃除去装置の駆動周波数が高くなってしまうため、塵埃除去装置の掃引周波数帯をあらかじめ広げておく必要が生じる。また、このような掃引周波数帯をあらかじめ広げておかなければならない問題を回避するため、低温域では別の弾性振動を用いて塵埃を除去しなければならなかった。
【００６３】
一方、本発明の塵埃除去装置４７０は、図７に示すような圧電材料４３１を備えるため、低温で塵埃除去装置４７０の駆動周波数が高くなることはない。このため、塵埃除去装置４７０の掃引周波数帯を従来の塵埃除去装置より狭くできる。本発明の圧電材料４３１が図７に示すような長さ方向の伸縮振動の共振周波数を示すのは、本発明の圧電材料４３１の相転移温度Ｔが−６０℃≦Ｔ≦−５℃となり、相転移温度Ｔ近傍で材料の弾性率が小さくなることに起因していると考えられる。
【００６４】
圧電材料の、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度ＴがＴ＞−５℃であると、−５℃より低温側で弾性率が顕著に大きくなっていく。よって、−５℃より低温側で、低温になるに伴い塵埃除去装置の駆動周波数が高くなってしまうため、結果的に塵埃除去装置の掃引周波数帯をあらかじめ広げておく必要が生じる。
【００６５】
圧電材料の、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度ＴがＴ＜−６０℃であると、一般に圧電材料と一対の対向する電極により構成される圧電素子と、振動部材と、高分子化合物成分を少なくとも有する固定部材とからなる塵埃除去装置においては、低温になるに伴い塵埃除去装置の駆動周波数が高くなってしまう課題を大きくは改善できず、塵埃除去装置の掃引周波数帯をあらかじめ広げておく必要が生じる。
【００６６】
さらに、鋭意検討の結果、圧電材料の、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度ＴがＴ＜−６０℃であるような圧電素子は、圧電定数等の圧電諸特性がジルコン酸チタン酸鉛のような、少なくとも−６０℃から−５℃の範囲には相転移温度Ｔがないが、圧電定数等の圧電諸特性が大きい圧電材料からなる圧電素子と比較して、振動部材４１０に従来と同等の面外振動を発生させることができないことがわかった。
【００６７】
ところで、従来の圧電材料を備えた塵埃除去装置では、低温になるに伴い塵埃除去装置の駆動周波数が高くなってしまう理由は必ずしも明確ではないが、振動部材、圧電素子と振動部材の接着、圧電素子とフレキシブルプリント基板の接着、固定部材などが影響していると考えられる。
【００６８】
本発明の固定部材は、２５℃における弾性率が−５℃における弾性率より小さいことが好ましい。一般に、振動部材４１０に付着した塵埃は高湿度の環境下では除去しにくい傾向がある。これは、水分を含んだ塵埃の方が、乾燥した塵埃より除去しにくいことに起因するが、高湿度の環境は低温時より高温時に起こりやすい。
【００６９】
固定部材の弾性率は塵埃除去装置の振動性能に影響し、弾性率が大きいほど塵埃除去装置の振動性能を阻害する。本発明の固定部材は、２５℃における弾性率が−５℃における弾性率より小さいので、より高湿度の環境が起こりやすい高温度で塵埃除去装置の振動性能が優れるという特徴をもつ。よって、高温度で圧電素子４３０に印加する電圧を従来の塵埃除去装置より低くできる。
【００７０】
一方、２５℃における弾性率が−５℃における弾性率より大きくなる固定部材の一例として、カーボンナノチューブを高分子化合物中に分散させて成形した樹脂が挙げられる。この場合であっても、低温度と高温度で塵埃除去装置の振動性能に大きな差は無いが、高温度での塵埃除去性能が低下してしまうので、圧電素子４３０に印加する電圧を高くする必要がある。
【００７１】
なお、本発明の固定部材の２５℃における弾性率と−５℃における弾性率の差は０．１ＭＰａ以上または１０倍以上あることが好ましい。０．１ＭＰａ以上または１０倍以上の差があれば、より高湿度の環境が起こりやすい高温度で塵埃除去装置の振動性能が優れるという効果が大きくなる。
【００７２】
なお、固定部材の温度における弾性率の違いは、例えば動的粘弾性分析（ＤＭＡ）等によって貯蔵弾性率Ｇ’を比較することにより評価することができる。
【００７３】
本発明の固定部材はエラストマーであることが好ましい。本発明のエラストマーとはゴム状の弾性体であり、１から１０ＭＰａと低い弾性率を示す。一般に、エラストマーとは分子構造的には分子内に架橋点を持ち、３次元の網目構造になっているゴム、分子内に架橋（結合している部分）はなく分子内の硬質層の分子グループにより分子を拘束状態にして流動することを防止している熱可塑性エラストマーのことを指す。固定部材にエラストマーを用いると、塵埃除去装置の振動性能が全体として更に優れるという特徴をもつ。代表的なエラストマーとしては、アクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム等が挙げられる。
【００７４】
本発明の固定部材は発泡樹脂であることが好ましい。本発明の発泡樹脂とは
発泡状または多孔質形状の高分子化合物である。固定部材に発泡樹脂を用いると、塵埃除去装置としての制振性能が更に優れるという特徴を持つ。代表的な発泡樹脂としてはスポンジ、フォームと呼ばれるもので、合成樹脂や合成ゴムから作られ、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン（主にポリエチレンやポリプロピレン）、シリコン、ポリイミドなどが使用される。
【００７５】
本発明の固定部材は、上記高分子化合物成分のうち熱可塑性を有する高分子であることが好ましい。本発明の熱可塑性樹脂とは加熱すると柔らかくなり、冷却すれば硬くなる性質を持った樹脂のことであり、高温になるにつれ弾性率は小さくなる。一般に熱可塑性樹脂は分子内に架橋（結合している部分）はなく分子内の硬質層の分子グループにより分子を拘束状態にして流動することを防止している樹脂である。前述のように固定部材の弾性率は塵埃除去装置の振動性能に影響し、弾性率が大きいほど塵埃除去装置の振動性能を阻害する。しかし、固定部材の分子化合物成分が熱可塑性であると、高温になるにつれ、弾性率は小さくなるため、より高湿度の環境が起こりやすい高温度で塵埃除去装置の振動性能がさらに優れるという特徴をもつ。
【００７６】
以上の理由から、本発明の最も好ましい固定部材とは熱可塑性の発泡性エラストマーであり、例えばゴム弾性を有するポリウレタンフォームなどが最も好ましい固定部材の一つである。このような高分子化合物成分は一般に室温から室温温度以下の温度域にガラス転移温度（Ｔｇ）を有する物が多い。ガラス転移温度付近では塵埃除去装置の振動性能のみならず、制振性能も最も優れるため、好ましくは室温温度以下程度の温度にガラス転移温度を持つ熱可塑性の発泡性エラストマーを固定部材として選択できれば、最も塵埃除去性能が優れることが好ましい室温域から、より高湿度の環境が起こりやすい高温度域にかけて、特に優れた塵埃除去性能を有する塵埃除去装置が実現できる。
【００７７】
一方、このような高分子化合物成分を固定部材として備えた塵埃除去装置では、低温になるに伴い塵埃除去装置の駆動周波数がより顕著に高くなってしまうという特徴を有する。しかし、本発明の塵埃除去装置４７０は、図７に示すような圧電材料４３１を備えるため、低温で塵埃除去装置４７０の駆動周波数が高くなることはない。このため、塵埃除去装置４７０の掃引周波数帯を従来の塵埃除去装置より狭くできる。
【００７８】
ここで、本発明のガラス転移温度とは、非晶質固体材料にガラス転移が起きる温度であり、通常Ｔｇと記される。ガラス転移温度より低温の非晶質状態ではガラス状態となり、ガラス転移温度より高温では物質はゴム状態となる。ガラス転移温度は示差走査熱量分析（ＤＳＣ）、示差熱分析（ＤＴＡ）、機械的熱分析（ＴＭＡ）、動的粘弾性分析（ＤＭＡ）等によって評価することができる。
【００７９】
本発明の圧電材料４３１は第一の強誘電結晶相が正方晶相であることが好ましい。本発明の強誘電結晶相は、三斜晶、単斜晶、斜方晶、六方晶、三方晶もしくは菱面体晶、正方晶の６つの晶系のいずれかに属するが、この中で対称性の最も高い晶系は正方晶である。強誘電体とは外部に電場がなくても電気双極子が自発的に整列しており、かつ、双極子の方向が電場によって変化できる誘電体物質を指すが、実際の結晶では双極子の方向が異なる複数の領域が存在している。このような領域のことを強誘電分域（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｏｍａｉｎ）と呼ぶが、この分域は前述の対称性が低い物質ほど複雑である。
【００８０】
ところで、本発明の圧電素子４３０は機械的品質係数Ｑｍが大きいことが好ましいが、分域が複雑であるほど機械的品質係数は低下する。これは分域と分域の境界部において、より機械的変位で得られるエネルギーを熱的に消費してしまうためである。このため、第一の強誘電結晶相が正方晶相であると、相転移温度Ｔ以上において、より塵埃除去性能に優れる塵埃除去装置が実現することが容易となる。
【００８１】
また、他の態様として、本発明の圧電材料４３１は第二の強誘電結晶相が斜方晶相であることが好ましい。斜方晶は、三方晶もしくは菱面体晶、六方晶と比較して、対称性が低いものの正方晶からの小さな結晶格子の変化で相変態することができる。よって、相転移温度Ｔをまたいだ際に、より小さな応力で結晶相が変態できる。このため、電極の剥がれの発生する恐れが少なくなり、相転移温度Ｔを繰り返しまたぐ温度信頼性評価の際に、材料特性の劣化が少ない圧電体素子４３０が実現できる。
【００８２】
なお、本発明の第一の強誘電結晶相や第二の強誘電結晶相は、例えば、Ｘ線回折や電子線回折による構造解析から判断することができる。
【００８３】
本発明の圧電材料４３１は鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であることが好ましい。従来の塵埃除去装置において、圧電材料はそのほとんどがジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックスである。このため、例えば塵埃除去装置が廃却され酸性雨を浴びたり、過酷な環境に放置されたりした際、圧電材料中の鉛成分が土壌に溶け出し生態系に害を成す可能性が指摘されている。しかし、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であれば、例えば塵埃除去装置４７０が廃却され酸性雨を浴びたり、過酷な環境に放置されたりしても、圧電材料４３１中の鉛成分が環境に悪影響を及ぼす可能性は低い。
【００８４】
圧電材料４３１の鉛の含有量は、例えば蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析により定量された圧電材料４３１の総重量に対する鉛の含有量によって評価することができる。
【００８５】
本発明の圧電材料４３１はチタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスであることが好ましい。このような非鉛圧電セラミックスでは、現状、各種諸特性がジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックスに匹敵するような優れた材料の実現には未だ至っていない。しかし、例えば圧電材料４３１がチタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスである場合は、弾性率がジルコン酸チタン酸鉛より大きくなる。本発明の塵埃除去装置４７０は、圧電素子４３０の長さ方向に伸縮振動により、振動部材４１０に面外振動を発生させるが、圧電素子４３０の弾性率が大きければ、圧電定数等の圧電諸特性がジルコン酸チタン酸鉛に多少及ばなくても、振動部材４１０に従来と同等の面外振動を発生させることができることがわかった。このため、本発明の圧電材料４３１は、環境面も考慮し、チタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスであることが好ましい。
【００８６】
なお、本明細書中においてセラミックスとは、基本成分が金属酸化物であり、熱処理によって焼き固められた結晶粒子の凝集体（バルク体とも言う）、いわゆる多結晶を表す。焼結後に加工されたものも含まれる。
【００８７】
本発明の圧電材料４３１は下記一般式（１）
一般式（１）  （Ｂａ１−ｘＣａｘ）（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３（０．０２≦ｘ≦０．３０、０．０２０≦ｙ≦０．０９５であり、かつｙ≦ｘ）
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とすることが好ましい。
【００８８】
鋭意検討の結果、例えばジルコン酸チタン酸鉛のような圧電特性が温度に対して変化の小さい従来の圧電材料を備えた塵埃除去装置では、低温になるに伴い振動部材の振幅が小さくなり、塵埃除去性能が低下してしまうことがわかった。一方、このような圧電材料４３１を本発明の塵埃除去装置４７０として用いると、材料設計の点で相転移温度Ｔを−６０℃≦Ｔ≦−５℃とすることが非常に容易となると共に、相転移温度Ｔを極大に圧電特性が非常に大きくなるという特徴を合わせ持つ。よって、低温においても高い塵埃除去性能を有する塵埃除去装置およびそれを用いた撮像装置を提供することができる。
【００８９】
本発明において、ペロブスカイト型金属酸化物とは、非特許文献１に記載されているような、理想的には立方晶構造であるペロブスカイト構造（ペロブスカイト構造とも言う）を持つ金属酸化物を指す。ペロブスカイト構造を持つ金属酸化物は一般にＡＢＯ３の化学式で表現される。ペロブスカイト型金属酸化物において、元素Ａ、Ｂは各々イオンの形でＡサイト、Ｂサイトと呼ばれる単位格子の特定の位置を占める。例えば、立方晶系の単位格子であれば、Ａ元素は立方体の頂点、Ｂ元素は体心に位置する。Ｏ元素は酸素の陰イオンとして立方体の面心位置を占める。
【００９０】
前記一般式（１）で表わされる金属酸化物は、Ａサイトに位置する金属元素がＢａとＣａ、Ｂサイトに位置する金属元素がＴｉとＺｒであることを意味する。ただし、一部のＢａとＣａがＢサイトに位置してもよい。同様に、一部のＴｉとＺｒがＡサイトに位置してもよい。
【００９１】
一般式（１）における、Ｂサイトの元素とＯ元素のモル比は１対３であるが、モル比が若干ずれた場合（例えば、１．００対２．９４〜１．００対３．０６）でも、金属酸化物がペロブスカイト構造を主相としていれば、本発明の範囲に含まれる。
【００９２】
金属酸化物がペロブスカイト構造であることは、例えば、Ｘ線回折や電子線回折による構造解析から判断することができる。
【００９３】
一般式（１）において、ＡサイトにおけるＣａのモル比を示すｘは、０．０２≦ｘ≦０．３０の範囲である。ｘが０．０２より小さいと誘電損失（ｔａｎδ）が増加する。誘電損失が増えると、圧電素子４３０に電圧を印加して駆動させた際に発生する発熱が増え、駆動効率が低下する恐れがある。一方で、ｘが０．３０より大きいと圧電特性が充分でなくなる恐れがある。
【００９４】
一般式（１）において、ＢサイトにおけるＺｒのモル比を示すｙは、０．０２０≦ｙ≦０．０９５の範囲である。ｙが０．０２０より小さいと、圧電特性が充分でなくなる。一方で、ｙが０．０９５より大きいとキュリー温度（Ｔｃ）が８５℃未満と低くなり、高温において圧電特性が消失する恐れがある。
【００９５】
本明細書において、キュリー温度とは、強誘電性が消失する温度をいう。その特定方法は、測定温度を変えながら強誘電性が消失する温度を直接測定する方法に加えて、微小交流電界を用いて測定温度を変えながら誘電率を測定し誘電率が極大を示す温度から求める方法がある。
【００９６】
一般式（１）において、Ｃａのモル比ｘとＺｒのモル比ｙはｙ≦ｘの範囲である。ｙ＞ｘであると、誘電損失が増加したり、絶縁性が充分でなくなったりする。また、これまで示したｘとｙの範囲を同時に満たすと、相転移温度Ｔを室温付近から実用温度以下に移動させることが可能となり、広い温度領域において安定に圧電素子４３０を駆動させることが可能となる。
【００９７】
また、一般式（１）において、ＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量とＢサイトにおけるＴｉとＺｒのモル量との比を示すＡ／Ｂは、１．００≦Ａ／Ｂ≦１．０１の範囲でることが好ましい。Ａ／Ｂが１．００より小さいと異常粒成長が生じ易くなり、圧電材料４３１の機械的強度が低下してしまう。一方で、Ａ／Ｂが１．０１より大きくなると粒成長に必要な温度が高くなり過ぎ、一般的な焼成炉では密度が充分に大きくならなかったり、圧電材料４３１内にポアや欠陥が多数存在してしまったりする。
【００９８】
本発明の圧電材料４３１の組成を測定する手段は特に限定されない。手段としては、Ｘ線蛍光分析、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などが挙げられる。
いずれの手段においても、圧電材料４３１に含まれる各元素の重量比および組成比を算出できる。
【００９９】
本発明の圧電材料４３１は、前記一般式（１）で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、前記金属酸化物にＭｎが含有されており、前記Ｍｎの含有量が前記金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０２重量部以上０．４０重量部以下であることが好ましい。
【０１００】
前記範囲のＭｎを含有すると、絶縁性や機械的品質係数Ｑｍが向上する。絶縁性と機械的品質係数の向上は、ＴｉやＺｒと価数が異なるＭｎによって欠陥双極子が導入されて内部電界が発生することに由来すると考えられる。内部電界が存在すると、圧電素子４３０に電圧を印加し駆動させた際に、圧電素子４３０の信頼性が確保できる。
【０１０１】
ここで、Ｍｎの含有量を示す金属換算とは、圧電材料４３１から蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などにより測定されたＢａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎの各金属の含有量から、一般式（１）で表わされる金属酸化物を構成する元素を酸化物換算し、その総重量を１００としたときに対するＭｎ重量との比によって求められた値を表す。
【０１０２】
Ｍｎの含有量が０．０２重量部未満であると、圧電素子４３０の駆動に必要な分極処理の効果が充分でなくなる。一方、Ｍｎの含有量が０．４０重量部より大きくなると、圧電特性が充分でなくなることや、圧電特性に寄与しない六方晶構造の結晶が発現するので好ましくない。
【０１０３】
Ｍｎは金属Ｍｎに限らず、Ｍｎ成分として圧電材料に含まれていれば良く、その含有の形態は問わない。例えば、Ｂサイトに固溶していても良いし、粒界に含まれていてもかまわない。または、金属、イオン、酸化物、金属塩、錯体などの形態でＭｎ成分が圧電材料４３１に含まれていても良い。より好ましい含有の形態は、絶縁性や焼結容易性という観点からＢサイトに固溶することである。Ｂサイトに固溶された場合、ＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量とＢサイトにおけるＴｉ、ＺｒおよびＭｎのモル量の比をＡ／Ｂとすると、好ましいＡ／Ｂの範囲は０．９９３≦Ａ／Ｂ≦０．９９８である。Ａ／Ｂがこれらの範囲にある圧電素子４３０は、圧電素子４３０の長さ方向に伸縮振動が大きく、また、機械的品質係数が高いため、塵埃除去性能に優れ、かつ、耐久性に優れた塵埃除去装置４７０を得ることができる。
【０１０４】
本発明の圧電材料４３１は、前記一般式（１）およびＭｎ以外の成分（以下、副成分）を特性が変動しない範囲で含んでいてもよい。副成分は、一般式（１）で表現される金属酸化物１００重量部に対してその合計が１．２重量部より少ないことが好ましい。副成分が１．２重量部を超えると、圧電材料４３１の圧電特性や絶縁特性が低下する恐れがある。また、副成分のうち前記Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ以外の金属元素の含有量は、圧電材料４３１に対して酸化物換算で１．０重量部以下、または金属換算で０．９重量部以下であることが好ましい。本発明の金属元素とはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｂのような半金属元素も含む。副成分のうち前記Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ以外の金属元素の含有量が、圧電材料４３１に対して酸化物換算で１．０重量部、または金属換算で０．９重量部を超えると、圧電材料４３１の圧電特性や絶縁特性が著しく低下する恐れがある。副成分のうち、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ元素の合計は、圧電材料４３１に対して金属換算で０．５重量部以下であることが好ましい。副成分のうち、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ元素の合計が、圧電材料４３１に対して金属換算で０．５重量部を超えると、焼結が不十分となる恐れがある。副成分のうち、Ｙ、Ｖ元素の合計は、圧電材料４３１に対して金属換算で０．２重量部以下であることが好ましい。副成分のうち、Ｙ、Ｖ元素の合計が圧電材料４３１に対して金属換算で０．２重量部を超えると、分極処理が困難になる恐れがある。
【０１０５】
副成分の例として、ＳｉやＣｕといった焼結助剤が挙げられる。また、ＢａおよびＣａの市販原料に不可避成分として含まれる程度のＳｒやＭｇは、本発明の圧電材料に含んでいてもよい。同じく、Ｔｉの市販原料に不可避成分として含まれる程度のＮｂと、Ｚｒの市販原料に不可避成分として含まれる程度のＨｆは、本発明の圧電材料４３１に含んでいてもよい。
【０１０６】
副成分の重量部を測定する手段は特に限定されない。手段としては、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などが挙げられる。
【０１０７】
本発明の圧電素子４３０及び振動部材４１０は板状であり、圧電素子４３０の一方の電極面が振動部材４１０の板面に固着され、振動部材４１０が固定部材を介して基体に固定されていることが好ましい。さらに、本発明の圧電素子４３０を複数有することが好ましい。
【０１０８】
本発明の圧電素子４３０の厚さは、通常、０．１ｍｍから１０ｍｍである。圧電素子４３０は、圧電材料４３１があらかじめ第１の電極面４３６と垂直な方向４３４に分極されており、電源から第１の電極４３２と第２の電極４３３とに高周波数の電圧が印加できるようになっている。そして、圧電素子４３０は、電界方向４３５の矢印が示す方向に発生する交番電界により生じる圧電材料４３１の伸縮歪みにより、圧電素子４３０の長さ方向に伸縮振動が発生する。このため、圧電素子が板状であれば、より低い電圧でより高い電界を圧電素子４３０に印加することができる。
【０１０９】
また、圧電素子４３０の長さ方向に伸縮振動により、振動部材４１０に面外振動を発生させるが、振動部材４１０が板状であれば、振動部材４１０により大きな面外振動を発生させることができる。さらに、圧電素子４３０の一方の電極面が振動部材４１０の板面に固着されていれば、圧電素子４３０の長さ方向の伸縮振動から、より効率よく振動部材４１０に面外振動を引き出すことができる。
【０１１０】
さらに、振動部材４１０が固定部材を介して基体に固定されていれば、圧電素子４３０が固定部材を介して基体に固定されている場合よりも、塵埃除去装置４７０の振動性能を阻害することはない。特に、矩形形状の塵埃除去装置では、たとえ一つの振動モードで塵埃を除去するにしても、固定部材は必ず振動部材の節以外の部位に接することは避けられない。このため、本発明の塵埃除去装置４７０は矩形形状の塵埃除去装置として特に好ましい。
【０１１１】
本発明の振動部材４１０は光学材料であることが好ましい。本発明の光学材料とは、入射光に対し光学的な機能を有する材料である。光学的な機能の例としては、透過、屈折、干渉、反射、散乱などが挙げられる。振動部材４１０は、振動部材としての機能のみでなく、例えば赤外線カットフィルタ、紫外線カットフィルタ、光学ローパスフィルタなどの光学的な機能を有していてもよい。ここで、赤外線カットフィルタとは可視光を透過して近赤外光（ＩＲ）をカットするための光学部材であり、例えばガラスからなる。紫外線カットフィルタは同様に紫外光（ＵＶ）をカットするための光学部材である。また、光学ローパスフィルタとは透過光の高い空間周波数成分を取り除く為に、光を常光線と異常光線に分離する、ための光学部材であり、例えば水晶からなる複屈折板および位相板が複数枚積層されたものである。ただし、光学的な特別の機能が備わっていないガラス等の部材であっても構わない。
【０１１２】
さらに、振動部材４１０に電気的に塵埃が付着するのを防止する為に、導電性物質等で表面がコーティングされていても良い。また、振動部材４１０はそれぞれ上述のような別の機能を有する複数の部材で形成されていても良い。この際、振動部材４１０は必要な機能を有する限りにおいて、可能な限り機械的品質係数が高い部材を選択することが好ましい。
【０１１３】
本発明の撮像装置は、塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、塵埃除去装置の振動部材４１０と撮像ユニットの受光面を同一軸上に順に設けた事を特徴とする。このような、本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例について以下に説明する。
【０１１４】
図８および図９は本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例であるデジタル一眼レフカメラを示す図である。
【０１１５】
図８は、カメラ本体１を被写体側より見た正面側斜視図であって、撮影レンズユニットを外した状態を示す。図９は、本発明の塵埃除去装置と撮像ユニット４００の周辺構造について説明するためのカメラ内部の概略構成を示す分解斜視図である。
【０１１６】
カメラ本体１内には、撮影レンズを通過した撮影光束が導かれるミラーボックス５が設けられており、ミラーボックス５内にメインミラー（クイックリターンミラー）６が配設されている。メインミラー６は、撮影光束をペンタダハミラー２２（不図示）の方向へ導くために撮影光軸に対して４５°の角度に保持される状態と、撮像素子５７０（図１０を参照）の方向へ導くために撮影光束から退避した位置に保持される状態とを取り得る。
【０１１７】
カメラ本体の骨格となる本体シャーシ３００の被写体側には、被写体側から順にミラーボックス５、シャッタユニット２００が配設される。また、本体シャーシ３００の撮影者側には、撮像ユニット４００が配設される。撮像ユニット４００は、撮影レンズユニットが取り付けられる基準となるマウント部２の取付面に撮像素子５７０の撮像面が所定の距離を空けて、且つ平行になるように調整されて設置される。
【０１１８】
ここで、本発明の撮像装置として、デジタル一眼レフカメラについて説明したが、例えばミラーボックス５を備えていないミラーレス型のデジタル一眼カメラのような撮影レンズユニット交換式カメラであってもよい。また、撮影レンズユニット交換式のビデオカメラや、複写機、ファクシミリ、スキャナ等の各種の撮像装置もしくは撮像装置を備える電子電気機器のうち、特に光学部品の表面に付着する塵埃の除去が必要な機器にも適用することができる。
【０１１９】
図１０は、本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例であるデジタル一眼レフカメラの撮像ユニット４００の構成を示す分解斜視図である。図１１は、図９のＡ−Ａ線に沿う断面図である（ただし、回路基板５２０とシールドケース５３０は不図示）。
【０１２０】
撮像ユニット４００は、大きく分けて、塵埃除去装置４７０と、撮像素子５７０を含む撮像素子ユニット５００とを備える。撮像素子ユニット５００は、撮像素子５７０、撮像素子５７０を保持する撮像素子保持部材５１０、回路基板５２０、シールドケース５３０、遮光部材５４０、光学ローパスフィルタ５６０、光学ローパスフィルタ保持部材５５０により構成される。
【０１２１】
撮像素子保持部材５１０は、金属等によって形成され、塵埃除去装置４７０の押圧部材４６０と位置決めするための左右の位置決めピン５１０ａと、回路基板５２０及びシールドケース５３０をビスで固定するためのビス穴５１０ｂと、塵埃除去装置４７０の押圧部材４６０をビスで固定するための左右のビス穴５１０ｃとが設けられる。
【０１２２】
回路基板５２０には撮像系の電気回路が実装され、ビス用の逃げ穴５２０ａが設けられる。シールドケース５３０は、金属等によって形成され、ビス穴５３０ａが設けられる。回路基板５２０とシールドケース５３０は、ビス用の逃げ穴５２０ａとビス穴５３０ａ、ビス穴５１０ｂを用いて、撮像素子保持部材５１０にビスで係止される。シールドケース５３０は電気回路を静電気等から保護するため回路上の接地電位に接続される。
【０１２３】
遮光部材５４０は、撮像素子５７０の光電変換面の有効領域に対応した開口を有し、被写体側及び撮影者側に両面テープが備えられている。光学ローパスフィルタ保持部材５５０は、遮光部材５４０の被写体側の両面テープにより撮像素子５７０のカバーガラス５７０ａに固定、保持される。光学ローパスフィルタ５６０は、光学ローパスフィルタ保持部材５５０の開口箇所にて位置決めされ、遮光部材５４０の被写体側の両面テープにより固定、保持される。
【０１２４】
一方、遮光部材５４０の撮影者側の面は、遮光部材５４０の撮影者側の両面テープにより撮像素子５７０のカバーガラス５７０ａに固定、保持される。これにより、光学ローパスフィルタ５６０と撮像素子５７０のカバーガラス５７０ａとの間は遮光部材５４０によって封止され、塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成される。
【０１２５】
本実施形態においては、光学ローパスフィルタ５６０と撮像素子５７０のカバーガラス５７０ａとの間は遮光部材５４０によって封止され、塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成される。しかし、本発明においては光学ローパスフィルタ５６０や遮光部材５４０は必ずしも必要なく、塵埃除去装置４７０が、撮像素子５７０のカバーガラス５７０ａを介して後述する振動板４１０および密閉部材４５０を挟み込むかたちで撮像素子ユニット５００に設置される構成であっても構わない。この場合、カバーガラス５７０ａと塵埃除去装置４７０の間は密閉部材４５０によって封止され、塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成される。
【０１２６】
図１２は本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例であるデジタル一眼レフカメラの塵埃除去装置４７０の電気的構成を示すブロック図であり、点線で囲まれた制御回路と電源と駆動する圧電素子とで、本発明の塵埃除去装置を構成している。制御回路は、圧電効果によって圧電素子４３０のセンシング用電極に発生する電圧を読み取り、振動の振幅および位相を検知し、電源が発生する交番電圧の振幅、周波数および時間的位相を制御する。本実施形態において、振動装置の制御回路には、姿勢センサと、後述する撮像素子ユニット５００に接続された画像処理部とが接続されている。姿勢センサは、塵埃除去装置４７０の姿勢を検知する。画像処理部は、振動部材４１０のどの位置に塵埃が付着しているかを、撮像素子ユニット５００によって撮像された画像を用いて演算する。なお、電源は圧電素子４３０に所定の周波数範囲の交番電圧を印加する。
【０１２７】
圧電素子４３０は、図１２に示すように制御回路の指示を受けた電源からの電力供給によって駆動する。そして圧電素子４３０の駆動により圧電素子４３０と振動部材４１０との間に応力が発生し、振動部材に面外振動を発生させる。本実施形態の塵埃除去装置４７０は、この振動部材４１０の面外振動により振動部材４１０の表面に付着した塵埃を除去する装置である。面外振動とは、振動部材を光軸方向つまり振動部材の厚さ方向に変位させる弾性振動を意味する。
【０１２８】
図１３は本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例であるデジタル一眼レフカメラの塵埃除去装置４７０の構成を示す分解斜視図である（ただし、圧電素子に接続されるフレキシブルプリント基板４２０、圧電素子４３０と固定部材は不図示）。図１４は図１３の塵埃除去装置４７０を図５とは反対の視野から見た図である（ただし、圧電素子に接続されるフレキシブルプリント基板４２０、接着部材４４０と固定部材は不図示）。
【０１２９】
塵埃除去装置４７０は、振動部材４１０、圧電素子に接続されるフレキシブルプリント基板４２０、圧電素子４３０、それぞれ接着部材４４０、密閉部材４５０、押圧部材４６０と呼ばれる複数の固定部材とにより構成されている。
【０１３０】
振動部材４１０は、赤外線カットフィルタと呼ばれる高い空間周波数を取り除く光学部材であり、かつ、圧電素子４３０の駆動により振動部材４１０に面外振動を発生させることのできる振動部材である。振動部材４１０の表面は、異物の付着を防止する目的で導電性物質でコーティングされている。本実施形態では、この振動部材４１０と、撮像素子ユニット５００の撮像素子５７０の受光面が同一軸上に順に配置されている。
【０１３１】
しかし、本発明の撮像装置に備えられる塵埃除去装置の振動部材４１０は必ずしもこのような部材に限定されるものではない。本発明の振動部材は、振動部材に発生する面外振動により表面に付着した塵埃を除去できるものであればよく、例えば、紫外線カットフィルタ、赤外線／紫外線カットフィルタ、本実施形態の光学ローパスフィルタ５６０（水晶やニオブ酸リチウム単結晶等の複屈折板及び位相板を複数枚貼り合わせて積層されている部材）であってもよいし、光学的な別の機能が備わっていないガラス等の部材であってもよい。また、振動部材４１０には導電性物質以外に難塵埃付着性物質が表面にコーティングされていてもよいし、そのような処理を施していなくても構わない。
【０１３２】
図１４に示すように、圧電素子４３０は矩形の振動部材４１０の端部に固着される。本実施形態においては、振動部材４１０の両端に合計２枚の板状の圧電素子４３０を固着している。しかし、必ずしもこのような構成である必要はなく、例えば、一個の圧電素子４３０が振動部材４１０に備えられていればよい。
【０１３３】
押圧部材４６０は、振動部材４１０を固定、保持して付勢力を与える機能を有する枠状の固定部材である。塵埃除去装置４７０は押圧部材４６０の位置決め穴４６０ａと撮像素子保持部材５１０の位置決めピン５１０ａとを用いて、撮像素子ユニット５００に対して位置決めされる。その状態で、塵埃除去装置４７０は、押圧部材４６０のビス穴４６０ｂとビス穴５１０ｃとを用いて、振動部材４１０および密閉部材４５０を挟み込むかたちで撮像素子ユニット５００にビスで係止される。
【０１３４】
図１３に示すように、本実施形態においては、振動部材４１０は、振動部材４１０の四隅付近で接着部材４４０を介して押圧部材４６０と固定・保持される。振動部材４１０のうち塵埃を除去できる範囲は、撮像素子５７０の光学有効範囲内に入射される光束が通過する範囲であればよい。よって、振動部材４１０の四隅付近で押圧部材４６０と固定・保持することで、デジタルカメラの光学有効範囲内の振動を阻害することなく、効率的に塵埃を除去することができる。また、押圧部材４６０は、振動時に押圧部材４６０と振動部材４１０が直接振れて音を発生させないように、接着部材４４０以外とは接することがないように加工が施されている。
【０１３５】
接着部材４４０は導電性の接着剤を用いることが好ましい。これにより、導電性物質でコーティングされた振動部材４１０の表面に帯電した電気を、押圧部材４１０から撮像素子保持部材５１０、シールドケース５３０を介して回路基板５２０へ逃がすことができ、振動部材４１０への塵埃の付着を効果的に予防することができる。さらに、接着部材４４０は導電性両面テープを用いることが好ましい。導電性両面テープは振動吸収としての機能を有し、押圧部材４６０に振動を伝達しない効果がある。すなわち、振動部材４１０の面外振動をより効率的に発生することができる。
【０１３６】
本実施形態においては、振動部材４１０は、振動部材４１０の四隅付近で接着部材４４０を介して押圧部材４６０と固定・保持される。しかし、接着部材４４０は必ずしも四隅付近である必要はなく、光学有効範囲内の振動を阻害することなく、効果的に塵埃を除去することができれば、どの位置に備えられても、いくつ備えられても構わない。好ましくは、振動部材４１０の面外振動の節部に接着部材４４０のより多くの部分が当接することが望ましい。また、本実施形態においては、振動部材４１０は、４つの接着部材４４０を介して押圧部材４６０と固定・保持されるが、接着部材４４０が４つとも導電性物質である必要はなく、すべてが非導電性物質であっても構わない。好ましくは、少なくとも１つが導電性物質であれば、前述の理由で、振動部材４１０への塵埃の付着を効果的に予防することができる。
【０１３７】
本実施形態においては、押圧部材４６０は金属等のバネ性（弾性）を有する材料（導電性部材）によって単一部品として形成されている。しかし、必ずしもこのような構成である必要はなく、例えば、複数の部材によって形成されていてもよい。また、金属等ではなく、有機高分子化合物成分を少なくとも有する部材によって付勢力を与えてもよい。この場合、接着部材４４０を備えない塵埃除去装置４７０の構成であっても構わない。
【０１３８】
密閉部材４５０は、樹脂やエラストマーで形成され、振動部材４１０の振動吸収材としての役割を有するとともに、振動部材４１０と光学ローパスフィルタ５６０との間に塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間を形成する。なお、密閉部材４５０は、振動部材４１０の振動吸収性を高めるために、厚い部材もしくは弾性率が小さい部材で構成すること、及び振動部材４１０の面外振動の節部に密閉部材４５０のより多くの部分が当接することが好ましい。
【０１３９】
密閉部材４５０の被写体側の面は振動部材４１０と当接し、撮影者側の面は光学ローパスフィルタ５６０と当接する。振動部材４１０は、押圧部材４６０のバネ性によって撮像素子ユニット５００側へと付勢されるので、密閉部材４５０と隙間無く密着し、また、密閉部材４５０と光学ローパスフィルタ５６０も同様に隙間無く密着する。これにより、振動部材４１０と光学ローパスフィルタ５６０との間は密閉部材４５０によって封止され、塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成される。
【０１４０】
密閉部材４５０は、押圧部材４６０のバネ性によって撮像素子ユニット５００側へと付勢されるので、密閉部材４５０を接着剤や両面テープ等を用いて、振動部材４１０や光学ローパスフィルタ５６０と固定・保持する必要はない。しかし、実際に組み立てを行う際に、簡易的に固定・保持することが好ましければ、接着剤や両面テープ等を用いて、振動部材４１０や光学ローパスフィルタ５６０と固定・保持しても構わない。逆に、本発明の塵埃除去装置は、押圧部材４６０を備えず、密閉部材４５０を接着剤や両面テープ等を用いて、振動部材４１０や光学ローパスフィルタ５６０と固定・保持する構成であっても構わない。
【０１４１】
本発明の塵埃除去装置は基体に設置するが、本実施形態における基体とは撮像素子ユニット５００である。塵埃除去装置４７０は、押圧部材４６０のビス穴４６０ｂとビス穴５１０ｃとを用いて、振動部材４１０および密閉部材４５０を挟み込むかたちで基体である撮像素子ユニット５００にビスで係止されている。
【０１４２】
このように本実施形態の撮像装置は、塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、塵埃除去装置の振動部材４１０と撮像ユニットの受光面を同一軸上に順に設けている。この結果、塵埃除去装置の片側面のゴミさえ除去できれば撮像素子に塵埃が写りこむことが無い。また、一般にカメラの撮影時は塵埃除去装置が重力と並行に備えられているため、一度除去した塵埃が塵埃除去装置に再付着する頻度は非常に少ないものとなる。
【０１４３】
しかし、本発明の基体は必ずしも撮像素子ユニット５００である必要はなく、他の部材や部品であっても構わない。例えば、デジタルカメラ本体、デジタルビデオカメラ、複写機、ファクシミリ、スキャナの各種の撮像装置や画像読取装置、およびその内部の部材や部品であればよい。
【０１４４】
また、本実施形態における高分子化合物成分を少なくとも有する固定部材とは、接着部材４４０であり、密閉部材４５０である。しかし、本発明の固定部材は必ずしも接着部材４４０や、密閉部材４５０である必要はなく、他の部材であっても構わない。例えば、高分子化合物成分を少なくとも有するのであれば、押圧部材４６０であってもよいし、特許文献１にあるようなシールと呼ばれる部材であってもよい。また、例えば、圧電素子４３０の弾性振動や振動部材４１０の面外振動を妨げないスポンジ状の部材を介して、圧電素子４３０と基体とを直接固定・保持し、塵埃除去装置４７０を設置している場合、その部材や圧電素子４３０と振動部材４１０を固着している接着剤等が固定部材である。さらに、例えばフレキシブルプリント基板４２０を用いて基体側へと付勢されている場合には、フレキシブルプリント基板４２０や、圧電素子４３０とフレキシブルプリント基板４２０とを接着する部材が固定部材である。
【０１４５】
次に、本発明の塵埃除去装置４７０のうち、特に圧電素子４３０の作製方法を中心に、図１で示されるような直方体の板状圧電素子を用いて詳細に説明する。
【０１４６】
本発明の圧電素子４３０における圧電材料４３１の製造方法は特に限定されないが、構成元素を含んだ酸化物、炭酸塩、硝酸塩、蓚酸塩などの固体粉末を常圧化で焼結する圧電セラミックスの一般的な手法を採用することができる。
【０１４７】
また、例えば本発明の圧電材料４３１として、下記一般式（１）
一般式（１）  （Ｂａ１−ｘＣａｘ）（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３（０．０２≦ｘ≦０．３０、０．０２０≦ｙ≦０．０９５であり、かつ、ｙ≦ｘ）
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、前記金属酸化物にＭｎが含有されており、前記Ｍｎの含有量が前記金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０２重量部以上０．４０重量部以下である場合、原料としては、Ｂａ化合物、Ｃａ化合物、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物およびＭｎ化合物といった金属化合物から構成される。
【０１４８】
使用可能なＢａ化合物としては、酸化バリウム、炭酸バリウム、蓚酸バリウム、酢酸バリウム、硝酸バリウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウムなどが挙げられる。
【０１４９】
使用可能なＣａ化合物としては、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、蓚酸カルシウム、酢酸カルシウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウムなどが挙げられる。
【０１５０】
使用可能なＴｉ化合物としては、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸カルシウムなどが挙げられる。
【０１５１】
使用可能なＺｒ化合物としては、酸化ジルコニウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウムなどが挙げられる。
【０１５２】
使用可能なＭｎ化合物としては、炭酸マンガン、酸化マンガン、二酸化マンガン、酢酸マンガンなどが挙げられる。
【０１５３】
また、本発明の圧電材料４３１のＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量とＢサイトにおけるＴｉとＺｒのモル量との比を示すａを調整するための原料は特に限定されない。Ｂａ化合物、Ｃａ化合物、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物のいずれでも効果は同じである。
【０１５４】
なお、本発明の圧電材料４３１は必ずしもチタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスである必要はない。よって、構成元素に合わせて最も好ましい原料や作製方法を選択すればよい。
【０１５５】
本発明の圧電材料４３１の原料粉を造粒する方法は特に限定されない。Ｂａ化合物、Ｃａ化合物、Ｔｉ化合物、Ｚｒ化合物およびＭｎ化合物を機械的に混合した混合粉を造粒してもよいし、これらの化合物を８００〜１３００℃程度で仮焼した後に造粒してもよいし、Ｂａ化合物、Ｃａ化合物、Ｔｉ化合物およびＺｒ化合物を仮焼したのちにマンガン化合物をバインダーと同時に添加させてもよい。造粒粉の粒径をより均一にできるという観点において、最も好ましい造粒方法はスプレードライ法である。
【０１５６】
造粒する際に使用可能なバインダーの例としては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、アクリル系樹脂が挙げられる。添加するバインダーの量は１質量％から１０質量％が好ましく、成形体の密度が上がるという観点において２質量％から５質量％がより好ましい。
【０１５７】
本発明の圧電材料４３１の焼結方法は特に限定されない。焼結方法の例としては、電気炉による焼結、ガス炉による焼結、通電加熱法、マイクロ波焼結法、ミリ波焼結法、ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）などが挙げられる。電気炉およびガスによる焼結は、連続炉であってもバッチ炉であっても構わない。
【０１５８】
圧電材料４３１の焼結温度は特に限定されないが、各化合物が反応し、充分に結晶成長する温度であることが好ましい。好ましい焼結温度としては、セラミックスの粒径を１μｍから１０μｍの範囲にするという観点で、１２００℃以上１５５０℃以下であり、より好ましくは１３００℃以上１４８０℃以下である。上記温度範囲において焼結した圧電材料４３１は良好な圧電性能を示す。
【０１５９】
焼結処理により得られる圧電材料４３１の特性を再現よく安定させるためには、焼結温度を上記範囲内で一定にして２時間以上２４時間以下の焼結処理を行うとよい。また、二段階焼結法などの焼結方法を用いてもよいが、生産性を考慮すると急激な温度変化はない方法が好ましい。
【０１６０】
圧電材料４３１は研磨加工した後に、１０００℃以上の温度で熱処理することが好ましい。機械的に研磨加工されると、圧電材料４３１の内部には残留応力が発生するが、１０００℃以上で熱処理することにより、残留応力が緩和し、圧電材料４３１の圧電特性がさらに良好になる。また、粒界部分に析出した炭酸バリウムなどの原料粉を排除する効果もある。熱処理の時間は特に限定されないが、１時間以上が好ましい。
【０１６１】
本発明の圧電素子４３０の分極方法は特に限定されない。分極処理は大気中で行ってもよいし、シリコンオイル中で行ってもよい。分極をする際の温度は６０℃から１００℃の温度が好ましいが、圧電素子４３０を構成する圧電材料４３１の組成によって最適な条件は多少異なる。分極処理をするために印加する電界は８００Ｖ／ｍｍから２．０ｋＶ／ｍｍが好ましい。
【０１６２】
圧電素子４３０の圧電定数、機械的品質係数Ｑｍ、弾性率は、市販のインピーダンスアナライザーを用いて得られる共振周波数及び反共振周波数の測定結果から、日本電子材料工業会標準規格（ＥＭＡＳ−６１００）に基づいて、計算により求めることができる。なお、この方法は一般に共振−反共振法と呼ばれている。
【実施例】
【０１６３】
以下に実施例を挙げて本発明の塵埃除去装置を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。
【０１６４】
本発明の圧電素子に用いる圧電材料を作製した。
（製造例１）
平均粒径１００ｎｍのチタン酸バリウム（堺化学工業製：ＢＴ−０１）、平均粒径３００ｎｍのチタン酸カルシウム（堺化学工業製：ＣＴ−０３）、平均粒径３００ｎｍのジルコン酸カルシウム（堺化学工業製：ＣＺ−０３）をモル比で８３．０対１０．５対６．５になるように秤量した。
【０１６５】
次に、これらの秤量粉を、ボールミルを用いて２４時間の乾式混合によって混合した。得られた混合粉を造粒するために、混合粉に対してＭｎ重量が金属換算で０．１８重量部となる酢酸マンガン（ＩＩ）と混合粉に対して３重量部となるＰＶＡバインダーを、それぞれスプレードライヤー装置を用いて、混合粉表面に付着させた。
【０１６６】
次に、得られた造粒粉を金型に充填し、プレス成型機を用いて２００ＭＰａの成形圧をかけて円盤状の成形体を作製した。この成形体は冷間等方加圧成型機を用いて、更に加圧しても構わない。
【０１６７】
得られた成形体を電気炉に入れ、１３４０℃の最高温度で５時間保持し、合計２４時間かけて大気雰囲気で焼結した。
【０１６８】
次に、蛍光Ｘ線分析により組成を評価した。その結果、（Ｂａ０．８３０Ｃａ０．１７０）（Ｔｉ０．９３５Ｚｒ０．０６５）Ｏ３の化学式で表わすことができる組成にＭｎが０．１８重量部含有されていることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。
【０１６９】
さらに、２５℃および、−７０℃でＸ線回折により、結晶構造を解析した。その結果、ペロブスカイト構造に相当するピークのみが観察された。またＸ線回折の結果をリートベルト解析した結果、２５℃においては正方晶、−７０℃においては斜方晶の結晶相であることがわかった。
【０１７０】
（比較用の製造例１）
平均粒径１００ｎｍのチタン酸バリウム（堺化学工業製：ＢＴ−０１）を造粒するために、混合粉に対してＭｎ重量が金属換算で０．１２重量部となる酢酸マンガン（ＩＩ）と混合粉に対して３重量部となるＰＶＡバインダーを、それぞれスプレードライヤー装置を用いて、混合粉表面に付着させた。
【０１７１】
次に、得られた造粒粉を金型に充填し、プレス成型機を用いて２００ＭＰａの成形圧をかけて円盤状の成形体を作製した。得られた成形体を電気炉に入れ、１３８０℃の最高温度で５時間保持し、合計２４時間かけて大気雰囲気で焼結した。
【０１７２】
次に、蛍光Ｘ線分析により組成を評価した。その結果、ＢａＴｉＯ３の化学式で表わすことができる組成にＭｎが０．１２重量部含有されていることが分かった。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。
【０１７３】
さらに、２５℃および、−７０℃でＸ線回折により、結晶構造を解析した。その結果、ペロブスカイト構造に相当するピークのみが観察された。またＸ線回折の結果をリートベルト解析した結果、２５℃においては正方晶、−７０℃においては斜方晶の結晶相であることがわかった。
【０１７４】
（比較用の製造例２）
ジルコン酸チタン酸鉛の焼結体を用意した。さらに、２５℃および、−７０℃でＸ線回折により、結晶構造を解析した。その結果、ペロブスカイト構造に相当するピークのみが観察された。またＸ線回折の結果をリートベルト解析した結果、２５℃においては正方晶、−７０℃においても正方晶の結晶相であることがわかった。
【０１７５】
（実施例１および比較例１）
製造例１および比較用の製造例１の圧電材料を用いて実施例１および比較例１の圧電素子を作製した。
【０１７６】
圧電材料を厚さ０．５ｍｍに研磨加工し、２つの面にＤＣマグネトロンスパッタリングでＴｉ⇒Ａｕの順でそれぞれ３０ｎｍ、３８０ｎｍ厚さで形成し、第１の電極および第２の電極を備えた圧電素子とした。
【０１７７】
次に、これらの圧電素子を１０．０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍに切断加工した後、これらの圧電素子に直流電源を用いて圧電素子に分極処理を行った。温度は１００℃、印加電界は１ｋＶ／ｍｍ、電圧印加時間は３０分とした。ここで、これらの圧電素子の分極軸方向は膜厚方向と平行である。
【０１７８】
さらに、実施例１、比較例１の圧電素子に測定温度を変えながら微小交流電界印加して誘電率を測定し、相転移温度Ｔを評価した。その結果、相転移温度Ｔは実施例１、比較例１でそれぞれ−３２℃、６℃であった。
【０１７９】
（比較例２）
比較用の製造例２の圧電材料を用いて比較例２の圧電素子を作製した。
【０１８０】
圧電材料を厚さ０．２５ｍｍに研磨加工し、２つの面にＤＣマグネトロンスパッタリングでＴｉ⇒Ａｕの順でそれぞれ３０ｎｍ、３８０ｎｍ厚さで形成し、第１の電極および第２の電極を備えた圧電素子とした。
【０１８１】
次に、この圧電素子を１０．０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍに切断加工した後、直流電源を用いて圧電素子に分極処理を行った。温度は２００℃、印加電界は１．７ｋＶ／ｍｍ、電圧印加時間は３０分とした。ここで、圧電素子の分極軸方向は膜厚方向と平行である。
【０１８２】
さらに、比較例２の圧電素子に測定温度を変えながら微小交流電界印加して誘電率を測定し、相転移温度Ｔを評価した。その結果、少なくとも−６０℃から５０℃の範囲には相転移温度Ｔは存在しなかった。
【０１８３】
（実施例１および比較例１および比較例２の圧電素子の評価）
次に、共振−反共振法により、実施例１、比較例１、比較例２の圧電素子の圧電定数ｄ３１、弾性定数Ｙ１１、共振周波数を求めた。結果をそれぞれ図１５、図１６、図１７に示す。ここで、実線は実施例１の圧電素子、点線は比較例１の圧電素子、１点鎖線は比較例２の圧電素子の結果である。図１５、図１６、図１７とも、測定は３０℃をスタートとし、昇温、降温、３０℃まで昇温、という順序で温度を変化させながら測定した結果である。測定は恒温槽内で行い、それぞれの温度で一定時間保持し、温度が安定した後に各温度での圧電定数ｄ３１、弾性定数Ｙ１１、共振周波数を評価している。図１５、図１６、図１７では、実施例１、比較例１の圧電素子で、温度に対する圧電定数ｄ３１、弾性定数Ｙ１１、共振周波数の変化が昇温時と降温時で異なっている。この原因は強誘電体が、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度（降温時の相転移温度）と第二の強誘電結晶相から第一の強誘電結晶相への相転移温度（昇温時の相転移温度）とで若干の温度差が生じためである。ここで、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度（降温時の相転移温度）と第二の強誘電結晶相から第一の強誘電結晶相への相転移温度（昇温時の相転移温度）とでは、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度（降温時の相転移温度）の方が低い。一方、比較例２の圧電素子は、少なくとも−６０℃から５０℃の範囲には相転移温度Ｔは存在しないため、温度に対する圧電定数ｄ３１、弾性定数Ｙ１１、共振周波数の変化が昇温時と降温時で極端にことなることはなく、ほとんどの温度で昇温時と降温時の圧電定数ｄ３１、弾性定数Ｙ１１、共振周波数はほぼ同じ値を示す。
【０１８４】
ここで、実施例１の圧電素子は低温になるにつれ、圧電定数が大きくなり、弾性定数が小さくなり、共振周波数が低くなった。一方、比較例１の圧電素子は、５℃近辺に特性の変極点が存在し、５℃近辺で圧電定数は最も大きくなり、弾性定数は最も小さくなり、共振周波数は最も低くなった。また、比較例２の圧電素子は、各物性とも温度に依存せずほぼ一定となった。
【０１８５】
（製造例２から２７）
平均粒径１００ｎｍのチタン酸バリウム（堺化学工業製：ＢＴ−０１）、平均粒径３００ｎｍのチタン酸カルシウム（堺化学工業製：ＣＴ−０３）、平均粒径３００ｎｍのジルコン酸カルシウム（堺化学工業製：ＣＺ−０３）を表１に示すモル比になるように秤量した。
【０１８６】
次に、これらの秤量粉を、ボールミルを用いて２４時間の乾式混合によって混合した。得られた混合粉を造粒するために、混合粉に対してＭｎ重量が金属換算で表１の重量部となる酢酸マンガン（ＩＩ）と混合粉に対して３重量部となるＰＶＡバインダーを、それぞれスプレードライヤー装置を用いて、混合粉表面に付着させた。
【０１８７】
次に、得られた造粒粉を金型に充填し、プレス成型機を用いて２００ＭＰａの成形圧をかけて円盤状の成形体を作製した。この成形体は冷間等方加圧成型機を用いて、更に加圧しても構わない。
【０１８８】
得られた成形体を電気炉に入れ、１３３０℃から１４８０℃の最高温度で５時間保持し、合計２４時間かけて大気雰囲気で焼結した。尚、製造例１０の最高温度は１３３０℃、製造例１１の最高温度は１４４０℃、製造例１２の最高温度は１４００℃とした。
【０１８９】
次に、蛍光Ｘ線分析により組成を評価した。その結果、（Ｂａ１−ｘＣａｘ）（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３の化学式で表わすことができる組成（ｘ，ｙは表２に記載）にＭｎが表１の重量部含有されていることが分かった。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。
【０１９０】
さらに、２５℃および、−７０℃でＸ線回折により、結晶構造を解析した。その結果、すべての実施例においてペロブスカイト構造に相当するピークのみが観察された。またＸ線回折の結果をリートベルト解析した結果、すべての実施例において２５℃においては正方晶、−７０℃においては斜方晶の結晶相であることがわかった。
【０１９１】
（実施例２から２７）
製造例２から２７の圧電材料を用いて実施例２から２７の圧電素子を作製した。
【０１９２】
圧電材料を厚さ０．５ｍｍに研磨加工し、２つの面にＤＣマグネトロンスパッタリングでＴｉ⇒Ａｕの順でそれぞれ３０ｎｍ、３８０ｎｍ厚さで形成し、第１の電極および第２の電極を備えた圧電素子とした。
【０１９３】
次に、これらの圧電素子を１０．０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍに切断加工した後、これらの圧電素子に直流電源を用いて圧電素子に分極処理を行った。温度は１００℃、印加電界は１ｋＶ／ｍｍ、電圧印加時間は３０分とした。ここで、これらの圧電素子の分極軸方向は膜厚方向と平行である。
【０１９４】
さらに、実施例２から２７の圧電素子に測定温度を変えながら微小交流電界印加して誘電率を測定し、相転移温度Ｔを評価した。その結果、相転移温度Ｔは表２で示される温度であった。表２には実施例１および比較例１の圧電素子の相転移温度Tの結果も記載しているが、相転移温度Tの評価は実施例２から２７と同様に、圧電素子に測定温度を変えながら微小交流電界印加して誘電率を測定し、相転移温度Ｔを評価したものである。
【０１９５】
【表１】
2019176514.tif 000003
【０１９６】
【表２】
2019176514.tif 000004
【０１９７】
（製造例２８）
純度９９．９％の炭酸カリウム（キシダ化学社製）、炭酸ナトリウム（キシダ化学社製）、炭酸リチウム（キシダ化学社製）および酸化ニオブ（高純度化学社製）を化学式（Ｋ０．４６Ｎａ０．４６Ｌｉ０．０８）ＮｂＯ３で表わされる組成となるように秤量した。
【０１９８】
次に、これらの秤量粉を、ボールミルを用いて２４時間アルコール中で湿式混合によって混合した。得られた混合粉を乾燥した後、８００℃で４時間仮焼した。得られた仮焼粉は、瑪瑙乳鉢を用いて粉砕した後、３重量部となるＰＶＢバインダーを混合し、２４時間ボールミルを用いて湿式粉砕を行った。得られた粉砕粉を８０℃で１２時間乾燥させたのちに、４０メッシュの篩を通し、造粒粉を得た。
【０１９９】
次に、得られた造粒粉を金型に充填し、プレス成型機を用いて２００ＭＰａの成形圧をかけて円盤状の成形体を作製した。
【０２００】
得られた成形体を電気炉に入れ、１１２０℃の最高温度で５時間保持し、合計２４時間かけて大気雰囲気で焼結した。
【０２０１】
次に、ＩＣＰ発光分光分析により組成を評価した。組成の評価は組成評価用の焼結体を用いて行った。その結果、（Ｋ０．４６Ｎａ０．４６Ｌｉ０．０８）ＮｂＯ３で表わされる組成であることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。
【０２０２】
さらに、焼結体を２５℃および、−７０℃でＸ線回折により、結晶構造を解析した。その結果、ペロブスカイト構造に相当するピークのみが観察された。またＸ線回折の結果をリートベルト解析した結果、２５℃においては斜方晶、−７０℃においては菱面体晶の結晶相であることがわかった。
【０２０３】
（実施例２８）
製造例２８の圧電材料を用いて実施例２８の圧電素子を作製した。
実施例１と同じ手順で１０．０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍの切断加工まで行い、実施例２８の圧電素子とした。
【０２０４】
次に、この圧電素子に直流電源を用いて圧電素子に分極処理を行った。圧電素子はシリコンオイル中に設置し、温度は１２０℃、印加電界は４ｋＶ／ｍｍ、電圧印加時間は３０分とした。ここで、これらの圧電素子の分極軸方向は膜厚方向と平行である。
【０２０５】
さらに、実施例２８の圧電素子に測定温度を変えながら微小交流電界印加して誘電率を測定し、相転移温度Ｔを評価した。その結果、相転移温度Ｔは実施例−３５℃であった。
【０２０６】
（製造例２９）
純度９９．９％の炭酸カリウム（キシダ化学社製）、炭酸ナトリウム（キシダ化学社製）、炭酸リチウム（キシダ化学社製）および酸化ニオブ（高純度化学社製）を化学式（Ｋ０．４５５Ｎａ０．４５５Ｌｉ０．０９）ＮｂＯ３で表わされる組成となるように秤量した。
以下、製造例２８と同様の手順で焼結までおこない、焼結体を得た。
【０２０７】
次に、ＩＣＰ発光分光分析により組成を評価した。組成の評価は組成評価用の焼結体を用いて行った。その結果、（Ｋ０．４５５Ｎａ０．４５５Ｌｉ０．０９）ＮｂＯ３で表わされる組成であることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。
【０２０８】
さらに、焼結体を２５℃および、−７０℃でＸ線回折により、結晶構造を解析した。その結果、ペロブスカイト構造に相当するピークのみが観察された。またＸ線回折の結果をリートベルト解析した結果、２５℃においては斜方晶、−７０℃においては菱面体晶の結晶相であることがわかった。
【０２０９】
（実施例２９）
製造例２９の圧電材料を用いて実施例２９の圧電素子を作製した。
【０２１０】
実施例１と同じ手順で１０．０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍの切断加工まで行い、実施例２９の圧電素子とした。
次に、この圧電素子に実施例２８と同じ手順で分極処理を行った。
【０２１１】
さらに、実施例２９の圧電素子に測定温度を変えながら微小交流電界印加して誘電率を測定し、相転移温度Ｔを評価した。その結果、相転移温度Ｔは実施例−６５℃であった。
【０２１２】
（製造例３０）
平均粒径１００ｎｍのチタン酸バリウム（堺化学工業製：ＢＴ−０１）、平均粒径３００ｎｍのジルコン酸バリウム（日本化学工業製）をモル比で９７．０対３．０対になるように秤量した。
【０２１３】
次に、これらの秤量粉を、ボールミルを用いて２４時間の乾式混合によって混合した。得られた混合粉を造粒するために、混合粉に対してＭｎ重量が金属換算で０．１２重量部となる酢酸マンガン（ＩＩ）と混合粉に対して３重量部となるＰＶＡバインダーを、それぞれスプレードライヤー装置を用いて、混合粉表面に付着させた。
【０２１４】
次に、実施例１と同様の手順で成形体を作製したのちに、大気雰囲気で焼結した。
【０２１５】
次に、蛍光Ｘ線分析により組成を評価した。その結果、Ｂａ（Ｔｉ０．９７０Ｚｒ０．０３０）Ｏ３の化学式で表わすことができる組成にＭｎが０．１２重量部含有されていることが分かった。これは秤量した組成と焼結後の組成が一致していることを意味する。また、Ｂａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。
【０２１６】
さらに、２５℃および、−７０℃でＸ線回折により、結晶構造を解析した。その結果、ペロブスカイト構造に相当するピークのみが観察された。またＸ線回折の結果をリートベルト解析した結果、２５℃においては斜方晶、−７０℃においては菱面体晶の結晶相であることがわかった。
【０２１７】
（実施例３０）
製造例３０の圧電材料を用いて実施例３０の圧電素子を作製した。
【０２１８】
実施例１と同じ手順で１０．０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．５ｍｍの切断加工まで行い、実施例３０の圧電素子とした。
【０２１９】
次に、この圧電素子に直流電源を用いて圧電素子に分極処理を行った。温度は１００℃、印加電界は１ｋＶ／ｍｍ、電圧印加時間は３０分とした。ここで、これらの圧電素子の分極軸方向は膜厚方向と平行である。
【０２２０】
さらに、実施例３０の圧電素子に測定温度を変えながら微小交流電界印加して誘電率を測定し、相転移温度Ｔを評価した。その結果、相転移温度Ｔは−５５℃であった。
【０２２１】
（実施例３１および比較例３）
製造例１および比較用の製造例１の圧電材料を用いて図１０に示すような実施例３１および比較例３の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
【０２２２】
圧電材料を厚さ０．２５ｍｍに研磨加工し、２つの面にＤＣマグネトロンスパッタリングでＴｉ⇒Ａｕの順でそれぞれ３０ｎｍ、３８０ｎｍ厚さでパターン形成し、第１の電極および第２の電極を備えた圧電素子とした。さらに、この圧電素子を３３．３×４．０×０．２５ｍｍに切断加工した後、前述のＤＣマグネトロンスパッタリングでＴｉ⇒Ａｕの順で回り込み電極をパターン形成することで、第１の電極面の第１の電極と第２の電極面の第１の電極とを圧電材料の４．０×０．２５ｍｍの片方の面を介して短絡させた。このとき第１の電極と第２の電極は短絡していないことを確認することで、図１に示すような圧電素子を作製した。
【０２２３】
次に、これらの圧電素子に直流電源を用いて圧電素子に分極処理を行った。温度は１００℃、印加電界は１ｋＶ／ｍｍ、電圧印加時間は３０分とした。
【０２２４】
次に、製造例１および比較用の製造例１から作製したこれらの圧電素子それぞれ２個を、赤外線カットフィルタとしての機能を有する５０．８×３３．７×０．３ｍｍのガラス板の３３．７ｍｍの辺に沿ってエポキシ樹脂系接着剤を用いて接着した。圧電素子の接着面は第１の電極面である。
【０２２５】
次に、フレキシブルプリント基板をそれぞれの圧電素子の第２の電極面の第１の電極と第２の電極がある部分に導電性接着剤を用いて接着した。それぞれの圧電素子の第１の電極および第２の電極は、フレキシブルプリント基板を介してカメラ本体と電気的に接続され、圧電素子に電源から交番電圧を印加できるようになっている
次にＣＭＯＳセンサを備え、被写体側の前面が光学ローパスフィルタである図１０に示す撮像素子ユニットに、前期圧電素子を備えた赤外線カットフィルタを、ポリウレタンフォームからなる密閉部材、ステンレスからなる押圧部材、１つが導電性両面テープ、３つが両面テープである接着部材を用いて、図１０に示すようにねじ止めし、実施例３１および比較例３の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
【０２２６】
ここで、動的粘弾性分析（ＤＭＡ）によって評価したポリウレタンフォームの貯蔵弾性率Ｇ’は、−５℃において１０ＭＰａ、２５℃において０．１ＭＰａであった。
【０２２７】
（比較例４）
比較用の製造例１の圧電材料を用いて図１０に示すような比較例４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
【０２２８】
圧電材料を厚さ０．２５ｍｍに研磨加工し、２つの面にＤＣマグネトロンスパッタリングでＴｉ⇒Ａｕの順でそれぞれ３０ｎｍ、３８０ｎｍ厚さでパターン形成し、第１の電極および第２の電極を備えた圧電素子とした。さらに、この圧電素子を３３．３×４．０×０．２５ｍｍに切断加工した後、前述のＤＣマグネトロンスパッタリングでＴｉ⇒Ａｕの順で回り込み電極をパターン形成することで、第１の電極面の第１の電極と第２の電極面の第１の電極とを圧電材料の４．０×０．２５ｍｍの片方の面を介して短絡させた。このとき第１の電極と第２の電極は短絡していないことを確認することで、図１に示すような圧電素子を作製した。
【０２２９】
次に、圧電素子に直流電源を用いて圧電素子に分極処理を行った。温度は２００℃、印加電界は１．７ｋＶ／ｍｍ、電圧印加時間は３０分とした。
【０２３０】
次に、圧電素子２個を、赤外線カットフィルタとしての機能を有する５０．８×３３．７×０．３ｍｍのガラス板の３３．７ｍｍの辺に沿ってエポキシ樹脂系接着剤を用いて接着した。圧電素子の接着面は第１の電極面である。
【０２３１】
次に、フレキシブルプリント基板をそれぞれの圧電素子の第２の電極面の第１の電極と第２の電極がある部分に導電性接着剤を用いて接着した。それぞれの圧電素子の第１の電極および第２の電極は、フレキシブルプリント基板を介してカメラ本体と電気的に接続され、圧電素子に電源から交番電圧を印加できるようになっている。
【０２３２】
次にＣＭＯＳセンサを備え、被写体側の前面が光学ローパスフィルタである図１０に示す撮像素子ユニットに、前期圧電素子を備えた赤外線カットフィルタを、ポリウレタンフォームからなる密閉部材、ステンレスからなる押圧部材、１つが導電性両面テープ、３つが両面テープである接着部材を用いて、図１０に示すようにねじ止めし、比較例４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
【０２３３】
（実施例３１および比較例３および４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの塵埃除去性能の評価）
次に実施例３１、比較例３、比較例４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの機械アドミタンスと共振周波数を測定した。測定は温度を任意で可変できる環境箱中に塵埃除去装置を備える撮像ユニットを置き、アジレントテクノロジーズ社製のプレシジョン・インピーダンス・アナライザ４２９４Ａを用いて評価した。測定周波数は１０５から１２０ｋＨＺの範囲とし、測定は−３０℃〜５０℃の範囲で２５℃→５０℃→−３０℃→２５℃の順に５℃刻みで行った。なお、実施例３１、比較例３、比較例４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットと共に、左右の圧電素子には同位相の交番電界を印加し、前記周波数範囲においては１９次の定在波振動モードを振動板上に形成している状態である。
【０２３４】
機械アドミタンスとは日本電子材料工業会標準規格（ＥＭＡＳ−６１００）に記載されている圧電振動子の等価回路から、等価回路の並列容量成分（電気的容量成分）を除去して得られるアドミタンスの絶対値である。機械システムの動力学特性を機械回路に置き換えて電気的に解析することが一般的であることからもわかるように、機械アドミタンスの大きさは塵埃除去装置の振動モードの振幅の大きさに比例する。つまり、例えば、塵埃除去装置の振動板の表面をレーザードップラ振動計にて測定した結果と比例する値である。
【０２３５】
機械アドミタンスは、具体的には、測定で得られた各周波数におけるアドミタンスを、各周波数における位相を用いて実数部と虚数部に分解し、１ｋＨｚにおける圧電素子の比誘電率より算出した圧電素子の電気容量と各周波数での角速度とを乗じた値を前記虚数部から減じたものの２乗と、前期実数部の２乗との和の平方根として得られる値である。
【０２３６】
また、共振周波数は、１０５から１２０ｋＨＺの範囲において機械アドミタンスがその最大の値を示す周波数数とした。
【０２３７】
図１８と図１９はそれぞれ、実施例３１、比較例３、比較例４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの共振周波数および機械アドミタンスの温度に対する変動を示す図である。実線で結ばれた丸印は実施例３１の塵埃除去装置を備える撮像ユニット、点線で結ばれた菱形印は比較例３の塵埃除去装置を備える撮像ユニット、１点鎖線で結ばれた三角印は比較例４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの結果である。図１８、図１９、とも、測定は３０℃をスタートとし、昇温、降温、３０℃まで昇温、という順序で温度を変化させながら測定した結果である。測定は恒温槽内で行い、それぞれの温度で一定時間保持し、温度が安定した後に各温度での共振周波数および機械アドミタンスを評価している。
【０２３８】
図１８より、実際に撮像ユニットに備えられた塵埃除去装置が高い塵埃除去性能を少なくとも有する必要がある−３０℃〜５０℃の温度範囲において、比較例３の塵埃除去装置では６．５ｋＨｚ、比較例４の塵埃除去装置では少なくとも１０．５ｋＨｚ以上の共振周波数の変動があるのに対し、本発明の実施例３１の塵埃除去装置では１．５ｋＨｚの周波数変動内で塵埃除去装置が共振できた。なお、１点鎖線で結ばれた三角印で示された比較例４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットにおいては、０℃以下では０℃以上とは別の振動モードを用いて塵埃除去することで、実際には７．５ｋＨｚの周波数変動内で塵埃除去装置を共振させ、塵埃を除去することができる。
【０２３９】
また、図１９より、実際に撮像ユニットに備えられた塵埃除去装置が高い塵埃除去性能を少なくとも有する必要がある−３０℃〜５０℃の温度範囲において、比較例３および比較例４の塵埃除去装置では、およそ１．０ｍＳが、前記温度範囲における最も小さい機械アドミタンスだったのに対し、本発明の実施例３１の塵埃除去装置では、およそ３．０ｍＳが、前記温度範囲における最も小さい機械アドミタンスだった。
【０２４０】
また、比較例の塵埃除去装置を備える撮像ユニットにおいては、０℃以下で機械アドミタンスが最も小さくなっているが、本発明の実施例３１の塵埃除去装置を備える撮像ユニットにおいては０℃以下で機械アドミタンスが最も小さくはならなかった。
【０２４１】
（実施例３２から５７）
実施例３１と同様の方法で、製造例２から２７の圧電材料を用いて図１０に示すような実施例３２から５７の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
【０２４２】
（実施例５８および５９）
圧電素子をシリコンオイル中に設置し、温度が１２０℃、印加電界が４ｋＶ／ｍｍ、電圧印加時間が３０分で分極処理をしたこと以外は実施例３１と同様の方法で、製造例２８および２９の圧電材料を用いて図１０に示すような実施例５８から５９の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
【０２４３】
（実施例６０）
温度が１００℃、印加電界が１ｋＶ／ｍｍ、電圧印加時間が３０分で分極処理をしたこと以外は実施例３１と同様の方法で、製造例３０の圧電材料を用いて図１０に示すような実施例６０の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
【０２４４】
（実施例３２から６０の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの塵埃除去性能の評価）
次に実施例３２から６０の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの機械アドミタンスと共振周波数を測定した。その結果、機械アドミタンスと共振周波数は表３で示される値であった。実施例５８から６０の塵埃除去装置を備える撮像ユニットでは、比較例と比べ共振周波数の変動が小さくて良好な特性を有した。
【０２４５】
【表３】
2019176514.tif 000005
【０２４６】
（実施例６１および６２）
密閉部材の材質が異なること以外は実施例３１と同様の方法で、製造例１の圧電材料を用いて図１０に示すような実施例６１および実施襟６２の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。実施例６１の密閉部材はシリコンゴムシート、実施例６２の密閉部材はスチレン・ブタジエンゴムシートとした。ここで、動的粘弾性分析（ＤＭＡ）によって評価したシリコンゴムシートの貯蔵弾性率Ｇ’は、−５℃において４ＭＰａ、２５℃において３ＭＰａであった。また、スチレン・ブタジエンゴムシートの貯蔵弾性率Ｇ’は、−５℃において６ＭＰａ、２５℃において４ＭＰａであった。
【０２４７】
（実施例６１および６２の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの塵埃除去性能の評価）
次に実施例６１および６２の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの機械アドミタンスと共振周波数を測定した。測定周波数は１０５から１２０ｋＨＺの範囲とし、測定は−３０℃〜５０℃の範囲で２５℃→５０℃→−３０℃→２５℃の順に５℃刻みで行った。なお、実施例６１および６２の塵埃除去装置を備える撮像ユニット共に、左右の圧電素子には同位相の交番電界を印加し、前記周波数範囲においては１９次の定在波振動モードを振動板上に形成している状態である。
【０２４８】
実施例６１および６２の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの共振周波数の変動幅は、どちらも４ｋＨｚ未満であった。また、どちらも機械アドミタンスは低温になるほど大きくなる傾向を示し、最も小さい機械アドミタンスの値は２ｍＳ以上となった。
【０２４９】
（塵埃除去性能の評価）
実施例３１および比較例４の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの塵埃除去性能を評価した。塵埃除去装置を備える撮像ユニットの振動板表面に塵埃除去率評価用の各種プラスチック製ビーズを散布し、一定時間経過後の振動板上の塵埃除去率を評価した。左右の圧電素子に同位相、３０Ｖｐ−ｐの交番電界を印加しながら１０５から１２０ｋＨＺの周波数範囲を０．５秒間掃引し、次に逆位相、３０Ｖｐ−ｐの交番電界を印加しながら１００から１１５ｋＨＺの周波数範囲を０．５秒間掃引した。前記周波数範囲においては１９次および１８次の定在波振動モードを振動板上に順に形成している状態である。評価は振動板表面の温度をそれぞれー３０℃、−５℃、２５℃、５０℃として行った。
【０２５０】
実施例３１の塵埃除去性能評価結果を表４に、比較例４の塵埃除去性能評価結果を表５に、示す。本発明の塵埃除去装置は、例えばデジタルカメラ本体の電源から電圧を印加しても充分に高い塵埃除去率を示すことが分かった。
【０２５１】
【表４】
2019176514.tif 000006
【０２５２】
【表５】
2019176514.tif 000007
【０２５３】
（注）
ビーズ１：ポリスチレン  粒径１０〜１００μｍ
ビーズ２：ポリメタクリル酸メチル  粒径１０〜１００μｍ
ビーズ３：シリカ  粒径１０〜１００μｍ
ビーズ４：ビーズ１、ビーズ２、ビーズ３混合物
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
本発明の塵埃除去装置は、表面に付着した塵埃を良好に除去することができるので、撮像素子、デジタルカメラ本体、デジタルビデオカメラ、複写機、ファクシミリ、スキャナの各種の撮像装置もしくは撮像装置を備える電子電気機器のうち、特に光学部品の表面に付着する塵埃の除去が必要な機器にも適用することができる。
【符号の説明】
【０２５５】
１  カメラ本体
２  マウント部
５  ミラーボックス
６  メインミラー
２００  シャッタユニット
３００  本体シャーシ
４００  撮像ユニット
４１０  振動板
４２０  フレキシブルプリント基板
４３０  圧電素子
４３１  圧電材料
４３２  第１の電極
４３３  第２の電極
４３４  分極方向
４３５  電界方向
４３６  第１の電極面
４３７  第２の電極面
４４０  接着部材
４５０  密閉部材
４６０  押圧部材
４７０  塵埃除去装置
５００  撮像素子ユニット
５０１  基体
５１０  撮像素子保持部材
５２０  回路基板
５３０  シールドケース
５４０  遮光部材
５５０  光学ローパスフィルタ保持部材
５６０  光学ローパスフィルタ
５７０  撮像素子
【図１】
2019176514.tif 000008
【図２】
2019176514.tif 000009
【図３】
2019176514.tif 000010
【図４】
2019176514.tif 000011
【図５】
2019176514.tif 000012
【図６】
2019176514.tif 000013
【図７】
2019176514.tif 000014
【図８】
2019176514.tif 000015
【図９】
2019176514.tif 000016
【図１０】
2019176514.tif 000017
【図１１】
2019176514.tif 000018
【図１２】
2019176514.tif 000019
【図１３】
2019176514.tif 000020
【図１４】
2019176514.tif 000021
【図１５】
2019176514.tif 000022
【図１６】
2019176514.tif 000023
【図１７】
2019176514.tif 000024
【図１８】
2019176514.tif 000025
【図１９】
2019176514.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月25日(2019.6.25)
【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】
振動部材と、圧電材料と一対の電極を有する圧電素子と、高分子化合物成分を有する固定部材を備えた塵埃除去装置であって、
前記振動部材に、前記圧電素子及び前記固定部材が設けられており、
前記圧電材料の第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Ｔが−６０℃≦Ｔ≦−５℃であり、
前記相転移温度Ｔ以上−５℃以下において、
低温ほど前記固定部材の弾性率が大きくなり、かつ前記圧電材料の弾性率が小さくなる温度範囲があることを特徴とする塵埃除去装置。
【請求項２】
前記固定部材がエラストマーであることを特徴とする請求項１に記載の塵埃除去装置。
【請求項３】
前記固定部材が発泡樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の塵埃除去装置。
【請求項４】
前記固定部材が熱可塑性であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項５】
前記圧電材料の第一の強誘電結晶相が正方晶相であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項６】
前記圧電材料の第二の強誘電結晶相が斜方晶相であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項７】
前記圧電材料の鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項８】
前記圧電材料がチタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項９】
前記圧電材料が、下記一般式（１）
一般式（１）  （Ｂａ１−ｘＣａｘ）（Ｔｉ１−ｙＺｒｙ）Ｏ３
（０．０２≦ｘ≦０．３０、０．０２０≦ｙ≦０．０９５であり、かつｙ≦ｘ）
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項１０】
前記圧電材料にＭｎが含有されており、前記Ｍｎの含有量が前記ペロブスカイト型金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０２重量部以上０．４０重量部以下であることを特徴とする請求項９に記載の塵埃除去装置。
【請求項１１】
前記圧電素子及び前記振動部材が板状であり、前記圧電素子の一方の電極面が前記振動部材の板面に固着され、前記振動部材が前記固定部材を介して基体に固定されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項１２】
前記圧電素子を複数有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項１３】
前記振動部材が光学材料であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動部材と前記撮像素子ユニットの受光面を同一軸上に順に設けたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の撮像装置を備えた電気機器。
【請求項１６】
振動部材と、圧電材料と一対の電極を有する圧電素子と、高分子化合物成分を有する固定部材を備えた塵埃除去装置であって、
前記振動部材に、前記圧電素子及び前記固定部材が設けられており、
前記圧電材料の第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Ｔが−６０℃≦Ｔ≦−５℃であり、
前記相転移温度Ｔ以上−５℃以下において、
前記固定部材は熱可塑性を示し、かつ前記相転移温度Ｔに向かって低温ほど前記圧電材料の弾性率が小さくなる温度範囲があることを特徴とする塵埃除去装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の撮像装置を備えた電気機器。