(57)【要約】 【課題】  カメラ筺体の小型軽量化を実現し、振動発生力を増大することによって光学素子に付着した塵埃を有効に除去することができる圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】  カメラ内部の光学素子１１を振動させ、光学素子を構成するレンズ等に付着した塵埃を除去する圧電アクチュエータ１２ａ、１２ｂであり、弾性を有する導電性のシム層２５の両面に、それぞれ積層型圧電素子２７を接合し、前記積層型圧電素子２７は、電極層と圧電セラミック層２４を交互に複数枚積層し、対向する電極同士が互いに二つの異なる電位に接続されて駆動されるように構成され、前記シム層２５の両面の前記積層型圧電素子２７に、それぞれ発生する歪みが互いに逆になるように電圧を印加することで屈曲変位を生じさせる積層型圧電バイモルフ構造に構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラ内部の光学素子を振動させ、前記光学素子に付着した塵埃を除去する圧電アクチュエータであって、弾性を有する導電性のシム層の両面に、それぞれ積層型圧電素子を接合し、前記積層型圧電素子は、電極層と圧電セラミック層を交互に複数枚積層し、対向する電極同士が互いに二つの異なる電位に接続されて駆動されるように構成され、前記シム層の両面の前記積層型圧電素子に、それぞれ発生する歪みが互いに逆になるように電圧を印加することで屈曲変位を生じさせる積層型圧電バイモルフ構造を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像機能を有するカメラに用いられ、特にカメラ内部に付着した塵埃の除去を行う圧電アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像素子の画素ピッチが比較的大きなものが使われて来たので、あまり問題となっていなかったが、最近の小型な１００万画素を越える撮像素子がカメラに使用されるようになると撮像素子の画素ピッチが細かなものとなり、撮像素子の撮像面の近くにある光学素子面に付着した埃の影が撮像素子に写り込み画質に大きな影響を及ぼすため、埃による画質の低下が問題となっている。
【０００３】
この問題を解決する方法の１つとしては、撮像素子部を可能な限り密閉する構造とし、さらに、レンズ交換式の一眼レフ式カメラにおいてはレンズをカメラ本体から取り外して、特殊な動作モードを用いて撮像素子を露出させてブロアー等で撮像素子部の埃を吹き払う方法が採用されている。
【０００４】
また従来、圧電アクチュエータでレンズの埃を除去する方法も知られており、例えば特許文献１には、この除塵用圧電アクチュエータが記載されている。
【０００５】
図５に従来の圧電アクチュエータの斜視図を示す。光学素子４１の外側に圧電アクチュエータ４２ａと圧電アクチュエータ４２ｂが固着され、さらに各圧電アクチュエータには、例えば、タングステン、銅、鉄と言った比較的比重の大きな材料で作られた重り４３ａ、重り４３ｂが固着されている。
【０００６】
各圧電アクチュエータ４２ａ、４２ｂには発振器からの周期電圧が印加され、各重り４３ａ、４３ｂがレンズ光軸方向に振動する。この重りの反作用により光学素子４１を光軸方向に振動させることができる。この振動により光学素子表面の塵埃を表面から引き離すことが可能で、埃は重力のかかる方向へ除去することが可能である。光学素子４１の面内方向に重力がかかる状態にして振動を与えれば、両面の埃を除去できる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２０４３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の圧電アクチュエータは、重りの反作用という間接的な発生振動力により埃を引き離すので十分に塵埃を除去できなかった。また、振動を大きくするためにはこの重りには十分な大きさが必要となり、カメラの筺体サイズが大きくなり、重量自体も重くなるのでカメラの小型化の阻害要因となる。
【０００９】
よって、カメラ筺体の小型軽量化を実現すると同時に、振動発生力が大きく光学素子に付着した塵埃を確実に除去することができる圧電アクチュエータを提供することは困難であった。
【００１０】
本発明の技術的課題は、以上の問題を解決し、カメラ筺体の小型軽量化を実現し、振動発生力が増大することによって光学素子に付着した塵埃を確実に除去することができる圧電アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、埃を引き離すための振動力を重りに頼ることのない圧電アクチュエータを採用して重りを不要とし、カメラ筺体の小型軽量化の妨げとならないようにしたものである。
【００１２】
この圧電アクチュエータとして、本発明ではエネルギー変換効率の高い圧電セラミックスを用い、圧電縦効果（分極方向に電気信号を加え、それと平行方向に歪み、応力を生じさせる）を利用した圧電アクチュエータを用いている。
【００１３】
本発明によれば、カメラ内部の光学素子を振動させ、光学素子を構成するレンズ等に付着した塵埃を除去する圧電アクチュエータであって、弾性を有する導電性のシム層の両面に、それぞれ積層型圧電素子を接合し、前記積層型圧電素子は、電極層と圧電セラミック層を交互に複数枚積層し、対向する電極同士が互いに二つの異なる電位に接続されて駆動されるように構成され、前記シム層の両面の前記積層型圧電素子に、それぞれ発生する歪みが互いに逆になるように電圧を印加することで屈曲変位を生じさせる積層型圧電バイモルフ構造を有することを特徴とする圧電アクチュエータが得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、振動発生力を増大させて従来の小型化を妨げる重りを不要としたので、カメラ筺体の小型軽量化を実現し、光学素子に付着した塵埃を有効に除去することができる圧電アクチュエータを提供することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態における圧電アクチュエータについて図面を用いて説明する。図１は、本発明の圧電アクチュエータを示す斜視図である。本発明の圧電アクチュエータ１２ａ、１２ｂは、従来例と同じようにカメラ内部の光学素子１１の外側に固着される。
【００１６】
各圧電アクチュエータ１２ａ、１２ｂに、発振器からの周期電圧が印加された場合に、レンズ光軸方向に振動するように設定されている。この振動により光学素子１１を光軸方向に振動させることができるので、この振動により光学素子表面の塵埃を表面から引き離すことが可能であり、光学素子１１の面方向に重力がかかる状態にして振動を与えれば、レンズ両面の埃を除去することが可能である。
【００１７】
図２に、本発明による圧電アクチュエータの構造図を示す。図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は平面図である。この圧電アクチュエータは、弾性を有する導電性のシム層２５の両面に、それぞれ積層型圧電素子２７を接合し、前記積層型圧電素子２７は、電極層（内部電極２２）と圧電セラミック層２４を交互に複数枚積層し、対向する電極同士が互いに二つの異なる電位に接続されて駆動されるように構成され、前記シム層２５の両面の前記積層型圧電素子２７に、それぞれ発生する歪みが互いに逆になるように電圧を印加することで屈曲変位を生じさせる積層型圧電バイモルフ型構造をとることにより、カメラ筐体の小型軽量化を実現し、振動発生力が増大することによって光学素子に付着した塵埃を強力に除去することができる。
【００１８】
以下、本発明の圧電アクチュエータの製造方法について説明する。
【００１９】
圧電セラミック材料の粉末と有機バインダー及び有機溶剤で調合されたスラリーをドクターブレード法や押し出し成形法で成膜しグリーンシート（焼結されていない生シート）を得る。グリーンシートの両面に銀を主とする電極ペーストを用いて電極パターンを印刷する。電極パターンを形成したグリーンシートを対向する電極同志が互いにその端部に相当する部分となるよう位置をずらして積層圧着する。その後所望の形状に分離切断する。このとき両端面には内部電極２２は一層毎に対向面へ露出するように構成する。
【００２０】
次に、積層体を大気中４５０℃〜６００℃の温度で数時間焼成する事により、含まれる有機物をすべて分解させた後（脱バインダー処理）、９００℃から１２００℃の間の温度にて本焼成する。その後、積層体の両面及び端面に両面外部電極２１、側面外部電極２３ａ、２３ｂを施す。この処理で圧電素子の各層の内部電極２２は交互に連結されて両端の電極に電圧を印加すると各々の圧電セラミック層２４に電界が印加できるような構成となり、積層型圧電素子２７を得る。
【００２１】
この両面外部電極２１及び側面外部電極２３ａ、２３ｂの形成は電極ペーストの印刷と焼き付けあるいは蒸着もしくはスパッタリングなどのいずれの手法を用いても良い。次にバイモルフを形成するために、導体のシム層２５と前記積層型圧電素子２７を、接着層２６を介してシム層２５の表裏に前記積層型圧電素子２７を接着することで、本発明の積層型圧電バイモルフ構造の圧電アクチュエータが完成する。
【００２２】
図１は、上記光学素子に従来例と同じように固着された、本発明の圧電アクチュエータを示したものであるが、図１と図５を比較して明らかなように、本発明による圧電アクチュエータを使用した光学素子ユニットは小型軽量であり、なおかつバイモルフ構造を有することにより振動発生力が増大する。
【実施例】
【００２３】
本発明による実施例として長さＬ２５ｍｍ×幅Ｗ５ｍｍ×厚さｔ０．５ｍｍの積層型圧電アクチュエータ２枚を、Ｌ２８ｍｍ×Ｗ５ｍｍ×ｔ０．２ｍｍの４２アロイシム材の両面に貼り付けた積層型圧電バイモルフ構造の積層型圧電アクチュエータ、及び従来品の例としてＬ１０ｍｍ×Ｗ１０ｍｍ×ｔ１８ｍｍの積層素子に、Ｌ１０ｍｍ×Ｗ１０ｍｍ×ｔ３ｍｍの鉄製重りを貼り付けた積層型圧電アクチュエータについて、電圧−変位量、及び発生力−変位量を比較した。
【００２４】
図３に、本発明の圧電アクチュエータ試作品と従来品との比較測定の測定図を示す。電圧−変位量測定は、測定台３１に固定した本発明の圧電アクチュエータ３２と従来の圧電アクチュエータ３３＋重り３４に、指定の電圧を通電し各圧電アクチュエータ変位方向外側中心の変位量（Ｚ軸方向変位）をレーザー変位計により測定した。発生力−変位量測定は、測定台３１に固定した本発明の圧電アクチュエータ３２と従来の圧電アクチュエータ３３＋重り３４に、圧力センサを固定して測定しながら設定の発生力（圧力）になるように電圧を加えて、その時の各圧電アクチュエータ変位方向外側中心の変位量（Ｚ軸方向変位）をレーザー変位計により測定した。
【００２５】
図４に、本発明による圧電アクチュエータ試作品と従来品との特性比較図示す。図４（ａ）は電圧−変位量の特性比較図であり、本発明による試作品のほうが電圧に対する変位量が大きい。また、図４（ｂ）は発生力−変位量の特性比較図であり、本発明による試作品のほうが変位量に対する発生力が大きい。本発明による試作品は、図３に示すように体積比１０分の１以上の小型にかかわらず、図４の特性比較図に示すように従来品と比較して、変位量、発生力共に向上していることが確認された。
【００２６】
以上により、カメラ筺体の小型軽量化を実現し、振動発生力が増大することによって光学素子に付着した塵埃を強力に除去することができる圧電アクチュエータの提供が可能となった。
【００２７】
以上、具体的に実施例を用いて説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の積層型圧電バイモルフを用いた圧電アクチュエータによれば、カメラ筺体の小型軽量化を実現し、振動発生力が増大することによって光学素子に付着した塵埃を強力に除去することができる圧電アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の圧電アクチュエータの斜視図。
【図２】本発明の実施の形態による圧電アクチュエータを示す構造図、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は平面図。
【図３】本発明の圧電アクチュエータ試作品と従来品との比較測定図。
【図４】本発明の圧電アクチュエータ試作品と従来品との特性比較図、図４（ａ）は電圧−変位量特性比較図、図４（ｂ）は発生力−変位量特性比較図。
【図５】従来の圧電アクチュエータの斜視図。
【符号の説明】
【００３０】
１１    光学素子
１２ａ    （本発明の）圧電アクチュエータ
１２ｂ    （本発明の）圧電アクチュエータ
２１    両面外部電極
２２    内部電極
２３ａ    側面外部電極
２３ｂ    側面外部電極
２４    圧電セラミック層
２５    シム層
２６    接着層
２７    積層型圧電素子
３１    測定台
３２    （本発明の）圧電アクチュエータ
３３    （従来の）圧電アクチュエータ
３４    重り
４１    光学素子
４２ａ    （従来の）圧電アクチュエータ
４２ｂ    （従来の）圧電アクチュエータ
４３ａ    重り
４３ｂ    重り
【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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