CN103311431A - 层叠式压电驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供当通过保持部件保持压电元件时，不妨碍被输入电压的该压电元件的振动，且能实现小型化和空间节约的层叠式压电驱动器。为了实现该目的采用这样的层叠式压电驱动器，其具有：具有层叠了多个压电体和夹持于该压电体间的内部电极的、通过施加电压而振动的大致矩形的压电元件，与该压电元件的该内部电极电性连接的外部电极，与该外部电极连接而向该内部电极供给电力的引线，将由从该引线供给的电力而产生的振动向外部传送的动力传送部件；其特征在于，该外部电极通过埋入于从该层叠方向贯通该内部电极而形成的通孔中的导电材料来和该内部电极电性连接。

Description

层叠式压电驱动器

技术领域

本发明涉及层叠式压电驱动器，具体而言涉及压电驱动器的电极配置和电极间布线结构，所述压电驱动器使用了在摄像机中的自动对焦透镜驱动等领域中采用的大致矩形的压电元件。

背景技术

随着近年来对OA设备和音响视听设备的小型/轻量化、功能增强的要求，压电驱动器被逐渐采用，相比于电磁电动机，所述压电驱动器利用了具有能容易实现小型化，且大扭矩、低噪音等优点的压电材料。尤其，层叠压电体而形成的层叠式压电驱动器，通过将层叠后的压电体的厚度变薄，从而能用低电压来驱动，且对微小位移的控制性好，因此现在被用于摄像机的自动对焦透镜驱动或防抖、IC的晶片的曝光装置等中。

层叠式压电驱动器，对预先在指定的区域实施了极化处理的压电体、和电极交错层叠而得到的压电元件输入适当的电压，从而能发生指定的动作。该层叠式压电驱动器，一直以来以这样的状态而设置：形成于压电元件内部的电极的一部分集中于该压电元件的压电体端部侧，外部电极沿该压电体的层叠方向而延伸，所述外部电极用于通过该集中部位向内部的电极施加电压。

图4是表示现有的层叠式压电驱动器具有的压电元件的各电极的配置图案的图。以下用图4对构成现有的层叠式压电驱动器的内部电极和外部电极的配置位置进行简单的说明。图4(a)是从压电体21的层叠方向观察现有的压电元件20而得到的图。另外，图4(b)、图4(c)中表示的是由分割而形成的第一电极22和第二电极23构成的内部电极的图案。另外，图4(d)中表示的是内部接地电极24。如图4(a)～(d)所示，在现有的层叠式压电驱动器所具有的压电元件20中，内部电极22、23以延伸至压电体21的端部的方式而得以形成。图4(e)是从图4(a)的X方向观察而得到的侧面图，图4(f)是从图4(a)的Y方向观察而得到的侧面图。如图4(e)、图4(f)所示，在现有的层叠式压电驱动器所具有的压电元件20中，以能分别与内部电极的第一电极22和第二电极23、内部接地电极24导通的方式形成有第一外部电极25和第二外部电极26、外部接地电极27。

现有的层叠式压电驱动器中所用的压电元件的电极配置以及电极间布线结构被公开于例如日本专利申请(特开平6-53567号公报)中。日本专利申请(特开平6-53567号公报)是关于层叠式压电驱动器的发明，具体而言，其特征在于“由以下结构构成：以第一电极层(22)、压电材层(23)、第二电极层(24)、压电材层(23)的顺序层叠而成的柱状的主体(21)；在该主体的一个侧面(25)上，在其层叠方向延伸并形成为带状的第一外部电极(27)和第二外部电极(28)；形成于上述主体的上述的侧面(25)，且在介于露出于该侧面的上述第一电极层的端部(22a)和上述第二外部电极之间的同时，介于露出于上述一个面的上述第二电极层的端部(24a)和上述第一外部电极之间的绝缘层(26)”。

但，日本专利申请(特开平6-53567号公报)公开的层叠式压电驱动器，由于沿着电极层和压电材层交错层叠而形成的柱状的主体(相当于压电元件)中的压电材层的层叠方向的侧面中形成有外部电极，因此必须避开该外部电极的形成位置来保持该柱状的主体。且，如日本专利申请(特开平6-53567号公报)的图1所示，压电元件中形成的外部电极一直以来形成于从压电元件的纵向端部到纵向总长度的1/4之间。这是考虑到，从压电元件的纵向端部到纵向总长度的1/4之间是稳定地保持该压电元件的优选范围，且尽可能不阻碍压电元件的振动。因此，日本专利申请(特开平6-53567号公报)公开的层叠式压电驱动器，虽然优选以使保持压电元件的位置接近外部电极的位置的方式来进行配置，但这种情况下存在这些部件之间发生干扰的问题。

另外，日本专利申请(特开平6-53567号公报)公开的层叠式压电驱动器，由于在沿着电极层和压电材层交错层叠而形成的柱状的主体(相当于压电元件)中的压电材层的层叠方向的侧面，形成有外部电极，从而不但导致布线的复杂化，而且难以实现层叠式压电驱动器进一步的小型化和空间节约。

本发明是鉴于相关问题而完成的，其目的在于提供在通过保持部件保持压电元件时，不妨碍被输入电压的该压电元件的振动，且能实现小型化和空间节约的层叠式压电驱动器。

发明内容

本发明人进行了潜心研究，其结果想到了通过采用以下的层叠式压电驱动器可解决上述问题。

本发明的层叠式压电驱动器：层叠式压电驱动器，其具有：具有层叠的多个压电体和夹持于该压电体间的内部电极的、通过施加电压来振动的大致矩形的压电元件，与该压电元件的该内部电极电性连接的外部电极，连接于该外部电极并向该内部电极供给电力的引线，向外部传送由从该引线供给的电力而产生的振动的动力传送部件的层叠式压电驱动器；其特征在于，该外部电极通过埋入于从该层叠方向贯通该内部电极而形成的通孔中的导电材料，与该内部电极电性连接。

在本发明的层叠式压电驱动器中，前述内部电极由分割形成的第一内部电极和第二内部电极构成，前述外部电极由分别与该第一内部电极和第二内部电极导通的第一外部电极和第二外部电极构成，通过分别对该第一外部电极和该第二外部电极施加错开相位的交流电压，从而同时激发由纵向振动模式和弯曲振动模式组成的振动，且使前述动力传送部件进行椭圆振动，前述通孔优选设置在前述压电元件的纵向中心线附近，且在从该压电元件的纵向端部到纵向总长度的1/4之间。

本发明的透镜驱动装置：本发明的透镜驱动装置，其特征在于，作为使透镜在光轴方向移动的驱动源，在透镜的外周侧具有上述的层叠式压电驱动器。

发明的效果

在本发明的层叠式压电驱动器中，外部电极并不形成于压电元件的侧面，而是通过埋入从层叠方向贯通内部电极而形成的通孔中的导电材料而与该内部电极电性连接，从而能形成于压电元件的内部电极层叠方向的表面侧。因此，根据本发明的层叠式压电驱动器，能不妨碍在对压电元件施加电压时的振动，且能实现小型化和空间节约。

附图说明

图1是对本发明的层叠式压电驱动器所具有的压电元件的各电极的配置图案进行举例说明的图。

图2是用于说明本发明的层叠式压电驱动器的图。

图3是对和图1不同形态的层叠式压电驱动器所具有的压电元件的各电极的配置图案进行举例说明的图。

图4是对现有的层叠式压电驱动器所具有的压电元件的各电极的配置图案进行举例说明的图。

具体实施方式

以下利用附图对本发明的层叠式压电驱动器进行具体的说明。

本发明的层叠式压电驱动器：本发明的层叠式压电驱动器1具有，压电元件2，所述压电元件2具有层叠的多个压电体10和夹持于该压电体间的内部电极11、12，且通过施加电压而振动的大致矩形的压电元件2；与该压电元件2的该内部电极11、12电性连接的外部电极15、16；与该外部电极15、16连接，并向该内部电极11、12供给电力的引线；把由从该引线供给的电力而产生的振动向外部传送的动力传送部件3。且，本发明的层叠式压电驱动器1，其特征在于，该外部电极15、16通过埋入于从该层叠方向贯通该内部电极11、12而形成的通孔11a、12a中的导电材料，而与该内部电极11、12电性连接。

本发明的层叠式压电驱动器1，将具有层叠的多个压电体10和夹持于该压电体间的内部电极11、12的压电元件2的振动转换为动力，并向外部传送。因此，本发明的压电体10优选能发挥优异的压电效果，作为其材质可适当地采用能量转换效率好的陶瓷材料(例如锆钛酸铅(PZT)或铌镁酸铅(PMN)、钛酸钡(BaTiO₃)等)。另外，内部电极11、12用银(Ag)-钯(Pd)系合金、钯(Pd)、铂(Pt)等的金属材料形成，并根据所使用的压电体10的烧成温度来选择适当的材料。

本发明的层叠式压电驱动器1，通过在压电体10的材料中，使用具有上述这样的优异的压电效果的锆钛酸铅(PZT)等，从而能实现把电能转换为机械能时的高效化。该锆钛酸铅(PZT)等由于具有一旦被施加电压就伸缩的特性(压电效果)，因此是被广泛使用于驱动器的材料。因此，本发明的层叠式压电驱动器1，通过例如使压电元件2作为锆钛酸铅(PZT)的层叠構造，从而能以低电压驱动，能得到获得安静性的提高、低速高推力等效果。

图1是对本发明的层叠式压电驱动器所具有的压电元件的结构进行举例说明的图。如图1所示，本发明的层叠式压电驱动器1中使用的压电元件2，由多个压电体10和多个内部电极11、12交错层叠而构成，且以夹持这些多个层叠的压电体10和内部电极11、12的方式，在层叠方向的表面层叠压电体10而构成(参照图1(a))。且，该层叠方向的表面具有的压电体10是未实施极化处理的绝缘体，这与压电元件2的内部中层叠的压电体10不同。再有，在层叠方向的表面具有的层只要有绝缘性，则也可以由压电体10以外的部件来构成。

图2是用于说明本发明的层叠式压电驱动器的图。在图2中，表示了从压电体10的层叠方向的表面侧来观察本发明的压电元件2而得到的图。本发明的层叠式压电驱动器1具有分别与压电元件2的内部电极11、12电性连接的外部电极15、16。该外部电极15、16中通过焊接以及粘着等而连接未图示的通电用的引线和柔性基板以及通电用线圈。通过从该通电用的引线等供给的电力，图2所示的动力传送部件3将相对于该压电体10的层叠方向而上下以及左右分离而产生的多个振动传送至外部。再有，如果外部电极15、16的材质和内部电极11、12材质相同，则在和内部电极11、12的接触面上不容易发生电解腐蚀，从而优选。因此，外部电极15、16的材质，和内部电极11、12同样地，可适当地采用银(Ag)-钯(Pd)系合金等。

图2所示的动力传送部件3用于将本发明的压电元件2中产生的振动向外部传送，且采用环氧黏合剂等来粘着于压电元件2的指定位置。在本发明的层叠式压电驱动器1中，借助从通电用的引线等供给的电力，压电元件2相对于压电体10的层叠方向进行例如上下以及左右分离，而产生多个振动(纵向振动、弯曲振动等)，并使动力传送部件3在与动力传送接收部件30的接触面上产生如描绘的椭圆这样的旋转振动。即，本发明的层叠式压电驱动器1通过压电元件2的振动，使与动力传送部件3抵接配置的动力传送接收部件30以支持轴31为中心进行旋转，且将该动力传送接收部件30的旋转转换为动力。再有，通过控制该动力传送部件3中的振动的速度或椭圆状旋转的方向，从而能调节动力传送接收部件30的旋转方向或速度。

且，本发明的层叠式压电驱动器1，将层叠于压电元件2中的内部电极11、12以该层叠方向进行贯通而形成通孔11a、12a，并通过在该通孔11a、12a中埋入导电材料，从而通过该导电材料将该内部电极11、12和外部电极15、16进行电性连接。

图1表示了，在由多个压电体10和多个内部电极11、12交错层叠而形成的压电元件2中、在它们层叠的方向贯通而形成的多个通孔11a、12a。根据本发明的层叠式压电驱动器1，由于在各内部电极11、12间通过通孔11a、12a而导通，因此比起现有的在延伸出压电体的端部的内部电极上使外部电极接触的结构，短路的危险性低，能实现可靠性的提高和组装性的提高。

另外，本发明的层叠式压电驱动器1如图1或图2所示，通过在压电元件2中、在压电体10的层叠方向的表面设置外部电极15、16，从而与现有这样地、将外部电极15、16设置于保持该压电元件2的部件的同一表面的情况相比，能减少阻碍压电元件2的振动的因素，所述保持该压电元件2的部件设置于压电元件2的沿该层叠方向的侧面。且，现有这样地、在将设置于压电元件2的沿该层叠方向的侧面的、保持该压电元件2的部件，与外部电极15、16设置在同一表面的情况下，且当保持该压电元件2的部件和该外部电极15、16进行相邻配置时，由于双方的部件发生干扰的问题，或在对外部电极15、16施加电压并进行极化处理时的压电元件2的结构强度的变化，存在该外部电极15、16中容易发生裂纹等的问题。

综上所述，本发明的层叠式压电驱动器1，通过在压电元件2中、在压电体10的层叠方向的表面设置外部电极15、16，从而能将该压电元件2稳定地保持在对振动不构成妨碍的位置。再有，作为构成压电元件2的压电体10的材料，即使利用能量转换效率好的锆钛酸铅(PZT)等来谋求压电效果，只要无法将该压电元件2固定在不妨碍振动的位置，也会妨碍压电体10的振动。这种情况下，在压电元件10的材料中无论怎么使用压电效果好的锆钛酸铅(PZT)等，都会损害层叠式压电驱动器1的性能，难以实现在低电压下驱动。

另外，本发明的层叠式压电驱动器1通过采用如图1或图2所示的结构，从而能在压电体10的层叠方向的表面的任意位置设置外部电极15、16，因此不会导致布线的复杂化。且，现有的层叠式压电驱动器，由于在压电元件中的沿压电体的层叠方向的侧面设置有外部电极，因此配置于该侧面的外部电极和容纳压电元件的保持部件之间的间距必须扩大出所述外部电极的大小，但根据本发明的层叠式压电驱动器1就无须如此。因此，本发明的层叠式压电驱动器1能在不阻碍压电元件2的振动的情况下，实现比现有技术更进一步的小型化和空间节约。

再有，为了使埋入于本发明的压电元件2上所形成的通孔11a、12a中的导电材料不容易发生电解腐蚀，优选其与内部电极11、12或外部电极15、16为相同材质。因此，在该导电材料中，优选采用与内部电极11、12或外部电极15、16相同的银(Ag)-钯(Pd)系合金等，但也可采用能实现内部电极和外部电极的导通的导电性的树脂或橡胶等。

另外，在本发明的层叠式压电驱动器1中，内部电极由分割形成的第一内部电极11和第二内部电极12构成，而外部电极则由分别与该第一内部电极11和第二内部电极12导通的第一外部电极15、第二外部电极16构成，且通过分别对该第一外部电极15和该第二外部电极16施加错开相位的交流电压，从而同时激发由纵向振动模式和弯曲振动模式组成的振动，使动力传送部件3进行椭圆振动。且，在本发明的层叠式压电驱动器1中，优选将通孔11a、12a、13a设置于压电元件2的纵向A中心线L附近，且在从该压电元件2的纵向A端部2a、2b到纵向A总长度的1/4之间。

此处，图1对本发明的压电元件2具有的内部电极11、12，外部电极15、16，内部接地电极13，外部接地电极17的配置图案进行了举例说明。在图1中，图1(a)表示外部电极的第一外部电极15和第二外部电极16、外部接地电极17的各自的配置图案。另外，图1(b)、(d)、(f)、(h)表示内部电极的第一内部电极11和第二内部电极12的各自的配置图案。另外，图1(c)、(e)、(g)、(i)表示内部接地电极13的配置图案。图1中，在压电体10的区域内，内部电极的第一内部电极11和第二内部电极12分别被划分配置于对角线上。且，通过通孔11a、12a，外部电极的第一外部电极15和第二外部电极16以分别能与该第一内部电极11和第二内部电极12导通的方式得以配置。

本发明的压电元件2，通过借助第一外部电极15和第二外部电极16，对处于图1中的左上和右下位置的第一内部电极11、右上和左下位置的第二内部电极12施加相位相差π/2的交流电压，从而同时激发由纵向振动模式和弯曲振动模式组成的振动，使动力传送部件3作椭圆振动。

且，在图1中表示了，压电元件2内层叠而具有的内部接地电极13、从该层叠方向贯通该内部接地电极13而形成的通孔13a、通过埋入该通孔13a中的导电材料而与该内部电极13电性连接的外部接地电极17。此处，接地内部电极13设置在压电元件2内，并抑制由层叠式压电驱动器1的驱动电路产生的噪音，并抑制该噪音对其它的电子设备造成不良影响。例如，当将该层叠式压电驱动器1的压电元件2产生的振动作为信号而检测，并以指定的相位差来控制施加到该压电元件2的交流电压时，由层叠式压电驱动器1的驱动电路产生的噪音会使该控制发生错乱，使层叠式压电驱动器1的驱动不稳定。一直以来，为了抑制层叠式压电驱动器1的驱动电路产生的噪音，必须另外设置接地线，从而不但导致布线的复杂化，而且对实现进一步小型化和空间节约构成了障碍。

图3是对和图1不同形态的层叠式压电驱动器所具有的压电元件的构成进行举例说明的图。例如，本发明的压电元件也可采用如图3所示的内部电极11、12，外部电极15、16，内部接地电极13、14，外部接地电极17、18的配置图案。在图3中，图3(a)表示外部电极的第一外部电极15和第二外部电极16，外部接地电极17、18的各自的配置图案。另外，图3(b)、(d)、(f)、(h)表示内部电极的第一电极11和第二电极12的各自的配置图案。另外，图3(c)、(e)、(g)、(i)表示内部接地电极13、14的配置图案。在图2所示的压电元件2中，与图1所示的压电元件2在结构上的大的区别点在于，内部接地电极13、14被划分为两个区域。由此，通过接地电极被两个区域划分，从而能进一步获得对从层叠式压电驱动器1的驱动电路产生的噪音的控制效果。

另外，如图1或图3所示，本发明的层叠式压电驱动器1中的形成于压电元件2的通孔11a、12a、13a、14a在压电元件2的纵向A中心线L附近，且设置于从该压电元件2的纵向A端部2a、2b到纵向A总长度的1/4之间(参照图2)。在本发明的压电元件2中，通过把通孔11a、12a、13a、14a设置于该压电元件2的纵向A中心线L附近，从而能使层叠式压电驱动器1的驱动稳定。

另外，在本发明的压电元件2中，通过把通孔11a、12a、13a、14a设置于从该压电元件2的纵向A端部2a、2b到纵向A总长度的1/4之间，从而能防止该压电元件2的振动效率的降低。这是由于，当通过保持部件来稳定地保持压电元件2时，通常保持在从该压电元件2的纵向A端部2a、2b到纵向A总长度的1/4之间，从而从距离纵向A端部2a、2b的长度来看该外部电极15、16的位置和该压电元件2受到保持部件保持的位置是相等的，基于压电元件2的振动效率的观点这是优选的。

本发明的透镜驱动装置：本发明的透镜驱动装置，作为使透镜在光轴方向移动的驱动源，优选在透镜的外周侧具有本发明的层叠式压电驱动器1。

本发明的层叠式压电驱动器1由于能在不损害其性能的情况下实现小型化，因此在充当使透镜在光轴方向移动的驱动源时，能实现所具有的组件的小型化和空间节约。

工业实用性

根据本发明的层叠式压电驱动器，由于能将压电元件保持在适当位置，从而不妨碍该压电元件的振动，能以低电压进行驱动。另外，通过采用本发明的层叠式压电驱动器，从而在驱动压电元件时不会导致布线的复杂化，能实现层叠式压电驱动器的小型化和空间节约。

综上所述，本发明的层叠式压电驱动器不但可用于摄像装置中的透镜驱动用，而且在工业领域中，还能适当地充当作为构成整个系统时的重要的机件的定位装置等。

Claims (3)

1.层叠式压电驱动器，其具有：

具有层叠的多个压电体和夹持于该压电体间的内部电极的、通过施加电压来振动的大致矩形的压电元件，

与该压电元件的该内部电极电性连接的外部电极，

连接于该外部电极并向该内部电极供给电力的引线，

向外部传送由从该引线供给的电力而产生的振动的动力传送部件，

其特征在于，该外部电极通过埋入于从该层叠方向贯通该内部电极而形成的通孔中的导电材料，与该内部电极电性连接。

2.如权利要求1所述的层叠式压电驱动器，其特征在于，

前述内部电极由分割形成的第一内部电极和第二内部电极构成，

前述外部电极由分别与该第一内部电极和第二内部电极导通的第一外部电极和第二外部电极构成，

通过分别对该第一外部电极和该第二外部电极施加错开相位的交流电压，从而同时激发由纵向振动模式和弯曲振动模式组成的振动，且使前述动力传送部件进行椭圆振动，

前述通孔设置在前述压电元件的纵向中心线附近，且在从该压电元件的纵向端部到纵向总长度的1/4之间。

3.透镜驱动装置，其特征在于，作为使透镜在光轴方向移动的驱动源，在透镜的外周侧具有如权利要求1或2所述的层叠式压电驱动器。

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