CN106206927A - 压电体、振动波马达和电子设备 - Google Patents

压电体、振动波马达和电子设备 Download PDF

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Abstract

压电体、振动波马达和电子设备。目的在于改善包括压电体、振子和振动波马达的电子设备的机械可靠性和电可靠性两者。通过将压电元件和柔性印刷电路基板FPC粘接而构成压电体，覆盖层具有由与配线层相交的第一轮廓部和第二轮廓部形成的端部(N)，第一轮廓部与电极(F)中的一个电极(F1)接触，第二轮廓部与电极(F)的别的电极接触。从压电元件的与FPC相交的外形线(M)至第一轮廓部的长度(L1)比从外形线(M)至第二轮廓部的长度(L2)短，电极(F1)定位为比电极(F)中的其它电极靠近外形线。

Description

压电体、振动波马达和电子设备
技术领域
本发明涉及包括压电元件和用于供电的基板的压电体。
背景技术
传统的超声波马达由于其紧凑、轻量和高速静音驱动的特征已经用于摄像设备的镜筒等。这样的超声波马达一般包括作为其振动源的压电体，日本特开2012-16107号公报和日本特开2015-6047号公报公开了这样的示例。以下，将与作为供电部件的柔性印刷电路基板(简称为FPC)粘接的压电元件称为压电体，将与弹性体粘接的压电体称为振子，包括作为驱动源的振子的马达被称为振动波马达。
为了确保包括压电体、振子和振动波马达(以下，将它们简称为“压电体等”)的电子设备的可靠性，压电元件和FPC之间的粘接部必须具有充分的机械可靠性和电可靠性。此处，机械可靠性涉及抵抗破裂和剥离的强度和耐久性，而电可靠性涉及电连接的确定性和电阻的稳定性。为了允许包括压电体等的电子设备在与现状相比的恶劣条件和严酷环境下运行，必须改善机械可靠性和电可靠性两者。
发明内容
鉴于此，本发明致力于改善包括压电体等的电子设备的机械可靠性和电可靠性两者。
为了解决上述课题，通过粘接压电元件和FPC构成本发明的压电体、振子和振动波马达。覆盖层具有由与配线层相交的第一轮廓部和第二轮廓部形成的端部，所述第一轮廓部与电极F中的电极F1接触，所述第二轮廓部与电极F中的别的电极接触。从所述压电元件的与所述柔性印刷电路基板相交的外形线至所述第一轮廓部的长度L1比从所述外形线M至所述第二轮廓部的长度L2短，并且电极F1定位成比电极F中的别的电极靠近所述外形线。
一种振子，其包括弹性体和如上所述的压电体。
一种振动波马达，其包括如上所述的振子。
一种透镜驱动装置，其使用如上所述的振动波马达。
一种镜筒，其包括如上所述的透镜驱动装置。
一种电子设备，其包括如上所述的振动波马达。
根据本发明，能够改善包括压电体等的电子设备的机械可靠性和电可靠性两者。
从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其他特征将变得明显。
附图说明
图1A、图1B、图1C和图1D均示出根据第一实施方式的压电元件1的构造。
图2A、图2B、图2C和图2D均示出根据第一实施方式的FPC 2的构造。
图3A、图3B、图3C和图3D均示出根据第一实施方式的压电体的构造。
图4A、图4B和图4C均示出用于说明第一实施方式的有益效果的比较例。
图5A和图5B是分别示出根据第一实施方式的包括压电体的振子10和振动波马达的立体图。
图6A、图6B、图6C和图6D均示出根据第二实施方式的压电体的构造。
图7A、图7B、图7C和图7D均示出根据第三实施方式的压电体的构造。
图8A和图8B示出包括振动波马达400的透镜驱动装置300的整体构造。
图9A和图9B是振动波马达400的分解立体图。
图10示出包括由振动波马达400形成的透镜驱动装置300的电子设备(镜筒)。
具体实施方式
现在将参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
(第一实施方式)
首先说明根据本发明的第一实施方式的压电元件1的构造。图1A是俯视图，图1B是主视图，图1C是右侧视图，图1D是仰视图。压电元件1的一部分包括多个电极E(电极E1至E5)。在本实施方式中，电极E1至E3形成于压电元件1的表面S1，电极E4形成于压电元件1的壁面S2的一部分，电极E5形成于压电元件1的背面S3。在其他实施方式中电极E的数量可以改变。通过在电极E2、电极E3和电极E5之间施加高电压使压电元件1经受极化处理。图1C示出压电元件1的厚度ts和电极E的厚度te。这些厚度ts和te以放大方式示出，实际上，压电元件1的厚度ts是数百μm，电极E的厚度te是几μm。
压电元件1具有外形线M，压电元件1的外形线M与后述的FPC 2相交。然后，本实施方式的电极E1定位为最靠近压电元件1的外形线M，此电极E1经由壁面S2的电极E4电连接于压电元件1的背面S3上的电极E5。以此方式，由于电极E1和电极E5电连接，所以当在电极E1和E2之间以及电极E1和E3之间施加交流电压时，然后将如日本特开2012-16107号公报和日本特开2015-6047号公报记载的那样从压电元件1的压电效果获得超声波振动。尽管如上所述地以使得电极E1经由壁面S2的电极E4电连接于压电元件1的背面S3上的电极E5的方式构造了本实施方式，但是在其他实施方式中电极E1和电极E5可以经由通孔连接。
接下来，说明根据本发明的第一实施方式的FPC 2的构造。图2A是俯视图，图2B是沿着线IIB-IIB截取的截面图，图2C是沿着线IIC-IIC截取的截面图，图2D是仰视图。对于FPC 2，覆盖层2c安装为覆盖在基材2a上延伸的多个配线层2b的一部分，多个电极F(电极F1至F6)形成于配线层2b的未被覆盖层2c覆盖的部分。在图2B和图2C中，放大地示出了基材2a的厚度ta、配线层2b的厚度tb和覆盖层2c的厚度tc，实际上这些厚度为约十几μm至数十μm。
如图2D所示，电极F1和电极F4、电极F2和电极F5以及电极F3和电极F6经由它们对应的配线层2b电连接，电极F4至F6插入未示出的连接器，从而给电极F1至F3供电。电极F1至F3电连接于压电元件1的多个电极E。然后，覆盖层2c具有长度方向上的端部N，第一轮廓部N1和第二轮廓部N2形成为在端部N处与配线层2b相交。即，在本实施方式中，覆盖层2c的端部N在长度方向上与基材2a的端部不平行。然后，第一轮廓部N1与电极F1接触，第二轮廓部N2与电极F2和电极F3接触。覆盖层2c的长度方向上的端部N可以取决于基材2a的长度方向上的端部的形状具有与基材2a的长度方向上的端部平行的形状。
在本实施方式中，电极F1至F6这六个电极F形成于FPC 2，电极F的数量在其他实施方式中可以改变。配线层2b由压延的铜箔制成，基材2a和覆盖层2c由聚酰亚胺制成，这些材料在其他实施方式中可以改变。
接下来，说明通过粘接压电元件1和FPC 2构造的压电体的构造。图3A是压电体的俯视图，图3B是沿着线IIIB-IIIB截取的截面图，图3C是沿着线IIIC-IIIC截取的截面图，图3D是图3A的压电体的俯视图，图3D是为了容易理解而省略了FPC 2的基材2a的俯视图。由于通过粘接图1A所示的压电元件1的平面和图2D所示的FPC 2的底面构造了压电体，所以图3A示出了图1A所示的压电元件1的平面和图2A所示的FPC 2的平面。由于电极E1至E5的厚度与压电元件1的厚度相比非常薄，所以图3B和图3C中省略了电极E1至E5，并且放大地示出压电元件1的厚度和FPC 2的厚度。
图3B示出了FPC 2的电极F1粘接于压电元件1的电极E1的长度L3。此长度L3的增大意味着电极F1粘接于电极E1的粘接面积的增大，因此长度L3的增大能够导致电极F1的粘接部的电可靠性改善。图3C示出在覆盖层2c的延伸方向上覆盖层2c粘接于压电元件1的最大长度L2。此长度L2的增大意味着粘接有刚性覆盖层2c的粘接面积的增大，因此长度L2的增大能够导致覆盖层2c的粘接部的机械可靠性改善。
图3D以斜线示出覆盖层2c与压电元件1重叠的区域A。多个电极F中的电极F1定位为最靠近压电元件1的外形线M，电极F中的其他电极F2和F3定位为比电极F1离压电元件1的外形线M远。然后，本实施方式的压电体具有如下特征：从压电元件1的与FPC 2相交的外形线M至第一轮廓部N1的长度L1比从外形线M至第二轮廓部N2的长度L2(图中的X方向)短。这是由于覆盖层2c的端部N具有不与压电元件1的外形线M平行的形状。
如图3A所示，本实施方式的压电体被构造为，对于与FPC 2的延伸方向正交的宽度方向上的尺寸，压电元件1与FPC 2重叠的区域A的尺寸W1大于压电元件1与FPC 2不重叠的部分的尺寸W2。这是为了通过使尺寸W1增大而改善压电元件1和FPC 2的粘接部的机械可靠性，同时通过使尺寸W2小使得FPC 2的引线部分小型化。
然后，说明本实施方式的有益效果。图4A至图4C是FPC的仰视图，其中压电元件1的外形线M的位置由点划线表示。覆盖层2c与压电元件1重叠的区域A由斜线表示。图4A示出本实施方式的FPC 2，图4B和图4C分别示出作为比较例的FPC 102和FPC 202。FPC 102具有覆盖层102c，FPC 202具有覆盖层202c，覆盖层102c的端部N4和覆盖层202c的端部N5均与压电元件1的外形线M平行。
如图4B所示，覆盖层102c具有与压电元件1的外形线M平行的端部N4，端部N4靠近压电元件1的外形线M，即区域A窄。在此情况下，由于FPC 102的长度方向上的区域A的长度L4短，这意味着刚性的覆盖层102c和压电元件1的粘接面积小，所以粘接部的机械可靠性劣化。如图4C所示，覆盖层202c具有与压电元件1的外形线M平行的端部N5，端部N5远离压电元件1的外形线M，即区域A宽。在此情况下，尽管FPC 202的长度方向上的区域A的长度长，但是电极F1露出的长度L5短，这意味着压电元件1的电极E1和FPC 202的电极F1的粘接面积小，所以粘接部的电可靠性劣化。
相反地，如图4A所示，覆盖层2c的端部N具有与配线层2b相交的第一轮廓部N1和第二轮廓部N2，第一轮廓部N1与电极F中的电极F1接触并且第二轮廓部N2与电极F中的其他电极F2和F3接触。然后，从压电元件1的与FPC 2相交的外形线M至第一轮廓部N1的长度L1比从外形线M至第二轮廓部N2的长度L2短。因此，本实施方式的压电体允许压电元件1的电极E1与FPC 2的电极F1的粘接面积增大，这导致电极F1的粘接部的电可靠性改善的效果。刚性的覆盖层2c和压电元件1的粘接面积也能够增大，这导致覆盖层2c的粘接部的机械可靠性改善的效果。
图5A是通过将弹性体3安装于本实施方式的压电体而构造的振子10的立体图，图5B是通过将摩擦构件11配置为与振子10相对而构造的振动波马达(超声波马达)的立体图。这些振子10和振动波马达的操作如日本特开2012-16107号公报和日本特开2015-6047号公报中记载的那样。由于本实施方式的压电体具有如上所述的特征，所以包括这样的压电体等的电子设备能够具有改善了的机械可靠性和改善了的电可靠性两者。
(第二实施方式)
接下来，说明根据本发明的第二实施方式的压电体的构造，通过粘接压电元件1和FPC 22构造根据本发明的第二实施方式的压电体。图6A至图6D所示的形式分别与图3A至图3D所示的形式相似。第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于，在沿着图6A的线VIB-VIB截取的截面图中，覆盖层22c不与压电元件1重叠。此外，在压电元件1上存在覆盖层22c与压电元件1重叠的两个区域A。
图6D以斜线示出两个区域A，其中覆盖层22c与压电元件1重叠。多个电极F中的电极F1定位为最靠近压电元件1的外形线M，电极F中的其他电极F2和F3定位为比电极F1离压电元件1的外形线M远。然后，第二实施方式的压电体具有如下特征：从压电元件1的与FPC22相交的外形线M至第一轮廓部N1的长度L1比从外形线M至第二轮廓部N2的长度L2(图中的X方向)短。这包括此长度L1为0的情况。
由于本实施方式的上述特征，压电元件1的电极E1和FPC 22的电极F1的粘接面积能够增大，这导致电极F1的粘接部处的电可靠性改善的效果。刚性的覆盖层22c和压电元件1的粘接面积也能够增大，这导致覆盖层22c的粘接部的机械可靠性改善的效果。此外，由于本实施方式的压电体构造为在沿着线VIB-VIB的截面中覆盖层22c不与压电元件1重叠，所以这能够抑制由于覆盖层22c的粘接阻碍压电元件1的振动。
如上所述，本实施方式的压电体具有如上所述的特征，并且能够改善包括这样的压电体的电子设备的机械可靠性和电可靠性两者。与第一实施方式相似，本实施方式也可以具有如第一实施方式所述的其他形式，可以具有使得FPC 22的引线部分小型化的特征，并且可以用于振子10或振动波马达。
(第三实施方式)
接下来，说明根据本发明的第三实施方式的压电体的构造，通过粘接压电元件1和FPC 32来构造根据本发明的第三实施方式的压电体。图7A至图7D所示的形式分别与图3A至图3D所示的形式相似。图7C是沿着线VIIC-VIIC截取的图7A中的配线层2b和另一配线层2b之间的部分的截面图。第三实施方式与第一实施方式的不同之处在于，如图7A和图7D所示，覆盖层32c具有包括第二轮廓部N2的端部N，第二轮廓部N2具有朝向外形线M凹陷的轮廓。这样凹陷的轮廓限定了凸部Nx和凹部Ny。在区域A中，此凸部Nx与不存在配线层2b的部分对应，凹部Ny与存在配线层2b的部分对应。
图7D以斜线示出区域A，区域A中覆盖层32c与压电元件1重叠。多个电极F中的电极F1定位为最靠近压电元件1的外形线M，电极F中的其他电极F2和F3定位为比电极F1离压电元件1的外形线M远。然后，本实施方式的压电体具有如下特征：从压电元件1的与FPC 32相交的外形线M至第一轮廓部N1的长度L1比从外形线M至第二轮廓部N2的长度L2(图中的X方向)短。该特征与第一实施方式中的相同。此外，第二轮廓部N2具有朝向外形线M凹陷的轮廓部。
由于本实施方式的压电体的长度L2比压电体的长度L1长，所以与第一实施方式相似，本实施方式的压电体具有改善电极F1的接合部处的机械可靠性和电可靠性的有益效果。本实施方式的压电体由于凹部Ny确保了电极F2和电极F3处的大粘接面积，并且具有除了第一实施方式的效果以外的进一步改善电可靠性的另一有益效果。
如上所述，本实施方式的压电体具有如上所述的特征，并且能够改善包括这样的压电体的电子设备的机械可靠性和电可靠性两者。与第一实施方式相似，本实施方式也可以具有如第一实施方式所述的其他形式，可以具有使得FPC 32的引线部分小型化的特征，并且可以用于振子10或振动波马达。
如上所述的各实施方式的压电体能够改善包括这样的压电体的电子设备的机械可靠性和电可靠性两者，并且能够用于透镜驱动装置300，以驱动摄像设备和镜筒中的透镜。图8A和图8B示出透镜驱动装置300的整体构造，透镜驱动装置300包括由各实施方式的压电体形成的振动波马达400。图9A和图9B是振动波马达400的分解立体图。图10示出包括由振动波马达400形成的透镜驱动装置300的镜筒。
图8A是透镜驱动装置300的立体图，图8B是沿着图8A中的透镜驱动装置300的平面VIIIB截取的截面图。透镜驱动装置300包括透镜331、透镜保持件332、两个引导杆333和振动波马达400。透镜331是例如用于照相机镜筒的调焦透镜，该调焦透镜能够通过沿透镜的光轴方向(图8A中的方向OL)前后运动而改变从光轴方向OL入射的光束的焦距。透镜保持件332保持透镜331，并且具有孔332a和槽332b，引导杆333贯通各孔332a，槽332b与设置于振动波马达400的驱动力传递部445a连结。两个引导杆333沿透镜331的光轴方向OL延伸并且贯通透镜保持件332的孔332a，从而引导透镜保持件332能够仅沿光轴方向OL移动。
振动波马达400包括上述各实施方式中所述的压电体。振动波马达400还具有凸形状的驱动力传递部445a以传递马达的驱动力，并且驱动力传递部445a与槽332b嵌合连结。当振动波马达400为了驱动而操作时，驱动力传递部445a和槽332b的连结将驱动力传递至透镜保持件332，使得透镜保持件332和透镜331能够沿光轴方向OL移动。此处注意，使振动波马达400的驱动力传递至透镜保持件332的机构和使透镜保持件332及透镜331沿光轴方向OL移动的机构不限于图8A所示的机构，可以是其他机构。
图9A和图9B是振动波马达400的用于说明振动波马达400的构造的分解立体图。图9A是从斜上方看的分解立体图，图9B是从斜下方看的分解立体图。振动波马达400包括振子441、摩擦构件442、保持构件443、紧固构件444、振子保持构件445、振子连结构件446、用于固定振子连结构件446的固定构件447、加压构件448、加压板449和滚动球450。振子441与上述振子10相同，图9A和图9B省略了FPC 2。
振子保持构件445保持振子441，并且在与振子441形成为一体的情况下使摩擦构件442移动。振子保持构件具有用于将振子441的驱动力传递至外部的驱动力传递部445a和布置滚动球450的槽445b。振子连结构件446例如由薄板状金属板形成。由于其是薄板状金属板，所以其在将振子441压向摩擦构件442的方向(图9A中的方向D3)上容易变形，但是在振动波马达400的驱动方向(图9A中的方向D1)上几乎不变形。振子连结构件446具有与振子441联接的联接部446a。联接部446a例如通过粘接或焊接与振子441联接。振子连结构件446利用作为固定构件447的螺钉固定于振子保持构件445。振子连结构件446连结振子441和振子保持构件445。
此处，振子连结构件446在将振子441压向摩擦构件442的方向上容易变形，因此振子连结构件446不会阻碍将振子441压向摩擦构件442的压力。此外，振子连结构件446在振动波马达400的驱动方向上几乎不变形，因此振子连结构件446能够在振动波马达400的驱动方向上不发出拍击声(rattling)的情况下连结振子441和振子保持构件445。
加压构件448可以是例如压缩弹簧，压缩弹簧通过其弹性变形产生将振子441压向摩擦构件442的压力。在加压构件448和振子441之间配置有加压板449。加压板449安装有作为缓冲构件449a的一片毡。加压板449经由缓冲构件449a与振子441接触，从而由加压构件448产生的压力能够在不阻碍振子441的振动的情况下传递至振子441。
滚动球450布置在保持构件443的槽443a和振子保持构件445的槽445b之间。在此构造的情况下，振子441、振子保持构件445、加压构件448和加压板449被保持为能够相对于摩擦构件449和保持构件443仅沿振动波马达400的驱动方向D1移动。
在上述构造中，当振子441振动时，振子441、振子保持构件445、加压构件448和加压板449由于在振子441和摩擦构件442之间产生的摩擦力而沿驱动方向D1移动。此处注意，它们可以被构造为振子441的位置固定并且振子441和摩擦构件442之间产生的摩擦力可以使摩擦构件442沿驱动方向D1移动，透镜保持件332和透镜331可以随着摩擦构件442的移动沿光轴方向OL移动。
振子保持构件445的驱动力传递部445a与保持透镜331的透镜保持件332的槽332b连结，因此当振动波马达400为了驱动而操作时，透镜331和透镜保持件332能够沿光轴方向OL前后移动。
图10是组合有这样的透镜驱动装置300(振动波马达单元1100)的电子设备(镜筒)的截面图。以下说明作为能够为照相机主体1000而更换的可更换镜头2000的镜筒，该镜筒可以是与照相机主体1000一体地设置的镜筒。由于镜筒具有大致回转对称的形状，图中仅示出了上半部分。
可更换镜头2000可拆卸地安装于照相机主体1000，摄像元件1000a布置在照相机主体1000内。安装件1001具有供可更换镜头2000安装于照相机主体1000的卡合部。固定筒1002抵接安装件1001的凸缘部，安装件1001通过未示出的螺钉固定。保持第一组透镜G1的前筒1003和保持第三组透镜G3的后筒1004固定于固定筒1002。调焦透镜保持架1005保持调焦透镜(第二组透镜)G2，并且被保持于前筒1003和后筒1004的引导杆1006以能够沿直线移动的方式保持。振动波马达单元1100中的接地板1101具有利用螺钉固定于后筒1003的凸缘部(未示出)。
当如此构造的振动波马达单元1100为了驱动而操作时，振动波马达单元1100的驱动力经由驱动力传递单元1103传递至调焦透镜保持架1005。调焦透镜保持架1005沿着引导杆1006沿直线移动。如上所述，上述各实施方式的压电体能够改善包括这样的压电体的电子设备的机械可靠性和电可靠性两者，并且能够用于诸如摄像设备和镜筒等的电子设备。
本发明适用于要求大驱动速度范围的紧凑且轻量的电子设备，并且特别适用于透镜驱动装置300等。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包括所有这样的变型、等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种压电体，其包括：
压电元件，多个第一电极布置于所述压电元件；和
柔性印刷电路基板，其包括在基材上延伸的多个配线层，所述配线层的一部分被覆盖层覆盖，在所述配线层的未被所述覆盖层覆盖的部分布置有多个第二电极，其中
所述压电元件和所述柔性印刷电路基板以所述第一电极的一部分和所述第二电极的一部分电连接并且所述压电元件与所述覆盖层的一部分重叠的方式粘接，
所述覆盖层具有由与所述配线层相交的第一轮廓部和第二轮廓部形成的端部，所述第一轮廓部与所述第二电极中的一个第二电极接触，所述第二轮廓部与所述第二电极中的别的第二电极接触，
其特征在于，
从所述压电元件的与所述柔性印刷电路基板相交的外形线至所述第一轮廓部的长度比从所述外形线至所述第二轮廓部的长度短，并且
所述第二电极中的所述一个第二电极定位成比所述第二电极中的所述别的第二电极靠近所述外形线。
2.根据权利要求1所述的压电体，其中，所述第一电极中的最靠近所述外形线的电极经由所述压电元件的壁面上的电极电连接于位于所述压电元件的背面的电极。
3.根据权利要求1或2所述的压电体，其中，所述压电元件与所述覆盖层的一部分重叠的部分的宽度方向上的尺寸比所述压电元件与所述柔性印刷电路基板不重叠的部分的宽度方向上的尺寸大。
4.根据权利要求1所述的压电体，其中，所述第二轮廓部具有朝向所述外形线凹陷的轮廓部。
5.一种振子，其包括弹性体和根据权利要求1所述的压电体。
6.一种振动波马达，其包括根据权利要求5所述的振子。
7.根据权利要求6所述的振动波马达，其中，所述振子执行超声波振动，所述振动波马达是超声波马达。
8.一种透镜驱动装置，其使用根据权利要求6所述的振动波马达。
9.一种镜筒，其包括根据权利要求8所述的透镜驱动装置。
10.一种电子设备，其包括根据权利要求6所述的振动波马达。
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