JP2006238586A - 圧電アクチュエータおよび機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造が容易で、薄型化を促進できる圧電アクチュエータおよびこの圧電アクチュエータを備えた機器を提供すること。
【解決手段】補強板８１と圧電素子８２とを絶縁し、圧電素子８２において補強板８１に対向する面に複数の裏側電極８５Ａを形成する。補強板８１において振動体６６の振動の節近傍に凹部８１４を形成し、この凹部８１４に補強板８１両側で対向する各裏側電極８５Ａ同士を導通させる裏側電極導通部を形成して裏側電極８５Ａとリード基板８４の導通パターン８４１とを導通させる。裏側電極８５Ａ同士が補強板８１の凹部８１４で導通されるので、リード基板８４を圧電素子８２の表面から所定間隔離して配置する必要がなく、振動体６６の薄型化を促進できる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、圧電素子の振動により被駆動体を駆動する圧電アクチュエータおよびこの圧電アクチュエータを備えた機器に関する。

従来圧電素子の振動により被駆動体を駆動する圧電アクチュエータとしては、補強板の両面に板状の圧電素子を接合した構造のものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。この圧電アクチュエータでは、圧電素子に所定の振動モードを励振させるため、表面（表側）の電極が複数に分割されており、また裏側の電極は、補強板に接合されることにより、補強板に導通している。表側の複数の電極は、それぞれの電極が基板からのオーバーハング部で接続されている。このとき、圧電素子は補強板の両面に設けられているので、圧電素子の表側の電極のうち対応する電極同士をそれぞれ導通させるため、この圧電アクチュエータでは、一枚の基板を折りまげて基板両端から各圧電素子の表面に向かってオーバーハング部を形成している。このような導通構造により、圧電素子の表面の電極と補強板との間で所定の電圧を印加すると、圧電素子が伸縮して振動を励振し、この振動によって被駆動体を駆動する。

特開２００４−２８９９６５号公報（第３図）

しかしながら、このような構成の圧電アクチュエータでは、圧電素子の表面に複数の電極が形成されているため、オーバーハング部が圧電素子表面の他の電極に接続しないように、基板およびオーバーハング部を圧電素子表面から所定間隔離して配置する必要がある。このため、圧電アクチュエータ全体の厚み方向の寸法が大きくなってしまうという問題がある。この際、基板を折り曲げて両面の圧電素子にオーバーハング部を接続しなくてはならないため、基板を両面の圧電素子表面からそれぞれ所定間隔離して配置しなければならず、圧電アクチュエータの厚み寸法がより一層大きくなる。特に、圧電アクチュエータは、小型、薄型で比較的大きな駆動力が得られることから、小型機器などへの適用が望まれている。したがって、圧電アクチュエータの小型化、薄型化は重要な課題となっている。
また、このような構造の圧電アクチュエータでは、一枚の基板を折りまげて、オーバーハング部を両面の圧電素子の電極に接合させるため、基板と圧電素子との間に所定の間隔を保持しながらオーバーハング部を両面に接合する等の作業が必要となり、組立作業が煩雑となる。

本発明の目的は、製造が容易で、薄型化を促進できる圧電アクチュエータおよびこの圧電アクチュエータを備えた機器を提供することにある。

本発明の圧電アクチュエータは、両面に電極が形成された板状の圧電素子と、圧電素子が両面に配置されるとともに圧電素子と絶縁される補強板とを備え、電極は、補強板に接する面に形成される裏側電極と、これらの裏側電極とは反対側の面に形成される表側電極とを有して構成され、裏側電極は複数形成され、補強板を挟んで対応する裏側電極同士は、裏側電極導通部によって導通されることを特徴とする。

この発明によれば、圧電素子において補強板に対向する裏側電極と、補強板とが絶縁されているので、裏側電極が複数形成されていてもそれぞれの電極が補強板で導通することがない。したがって、各電極を適宜選択して表側電極と裏側電極との間に電圧を印加すると、選択された電極の部分の圧電素子のみが振動し、電極の形状や電圧を印加する電極の組み合わせにより様々な振動が励振される。よって、圧電アクチュエータの振動の種類が多様化し、被駆動体の駆動条件に合わせて振動の調整を柔軟に対応させることが可能となる。
裏側電極に複数の電極が形成され、裏側電極同士が裏側電極導通部によって導通されるので、表側に複数の導通部分を配置する必要がない。よって基板等を設ける際にも、圧電素子表面から厚み方向に所定距離離して配置する必要がないため、圧電アクチュエータの薄型化が促進される。

また、複数の電極が裏側電極として形成されており、裏側電極導通部によってこれらの裏側電極同士が導通しているので、従来とは異なり一枚の基板を折り曲げて、対応する電極を両側から導通する必要がない。よって、一枚の基板で補強板両面の裏側電極を導通させることが可能となるので、これによっても圧電アクチュエータの薄型化が促進されるとともに、導通作業が簡単になり、圧電アクチュエータの製造が容易になる。

本発明では、表側電極は、補強板に導通されることが望ましい。
この発明によれば、裏側電極が補強板とは絶縁されるとともに表側電極が補強板に導通されるので、例えば圧電素子に電圧を印加する装置やこの装置に接続された導通基板を補強板と導通させれば、表側電極との導通が図られる。したがって圧電素子の厚み方向に基板等を重ねる必要がないため、圧電アクチュエータの薄型化がより一層促進される。

本発明では、補強板は、導電性材料で構成され、裏側電極が接する面には、絶縁層が形成されていることが望ましい。
この発明によれば、補強板が導通性材料で構成されているので、例えば補強板に導通パターンを導通させることで補強板を圧電素子への導通端子として使用することが可能となるから、圧電アクチュエータの構造が簡素化する。特に表側電極を補強板に導通させる場合には、補強板自体が導通性材料で構成されているので、その導通構造および導通作業が簡単となる。

本発明では、補強板は、非導電性材料で構成されることが望ましい。
この発明によれば、補強板が非導電性材料で構成されているので、圧電素子と補強板との間が導通しない。したがって、補強板表面に絶縁層を形成する必要がないので、圧電アクチュエータの製造工程が簡略化する。

本発明では、圧電素子は、補強板から突出して形成され、裏側電極導通部は、圧電素子の補強板から突出した部分の裏側電極に設けられることが望ましい。
この発明によれば、裏側電極導通部が圧電素子において補強板から突出した部分に設けられているので、裏側電極導通部が圧電素子側面から突出しないから、導通部分が保護される。したがって裏側電極導通部の導通の信頼性が向上する。

本発明では、補強板には、圧電素子の側端面よりも凹んだ凹部が形成され、裏側電極導通部は、凹部に形成されることが望ましい。
この発明によれば、補強板に凹部が形成されるので、裏側電極導通部が圧電素子側面から突出しないから、導通部分が保護される。したがって、裏側電極導通部の導通の信頼性が向上する。また、補強板に凹部が形成されるので、凹部以外の大部分が圧電素子と接触して当該圧電素子を補強できるから、圧電アクチュエータの強度および耐久性が良好に確保される。

本発明では、凹部は、当該圧電アクチュエータの振動の節近傍に配置されることが望ましい。
この発明によれば、補強板に凹部が形成されている場合に、凹部が圧電アクチュエータの振動の節近傍に配置されているので、凹部に形成される裏側電極導通部も圧電アクチュエータの振動の節近傍に配置される。したがって、裏側電極導通部による圧電アクチュエータの振動の阻害が最小限に抑制されるので、圧電アクチュエータの振動効率が良好となる。また、裏側電極導通部が圧電アクチュエータの振動の節近傍に配置されるので、断線などの不具合の発生が防止され、裏側電極導通部と圧電素子の裏側電極との接合の信頼性が向上する。

ここで、圧電アクチュエータの振動の節とは、圧電アクチュエータの振動の振幅が最小となる位置を意味し、例えば圧電アクチュエータが長手方向に伸縮する縦振動のみを励振する場合では、振動振幅が０となる位置を意味する。
また、振動の節近傍とは、圧電アクチュエータの振動の節の付近を意味し、例えば圧電アクチュエータの振動の節と腹（振動の振幅が最大となる位置）とを結んだ線の中点よりも振動の節寄りの位置をいう。

本発明では、裏側電極導通部は、リードによって形成されることが望ましい。
この発明によれば、裏側電極導通部がリードによって形成されているので、裏側電極の導通構造が安価に構成される。また、リードの長さや位置を調整することによって接続構造の自由度が高くなる。

本発明では、裏側電極導通部は、裏側電極間に介装され当該裏側電極間で圧接される突起を有することが望ましい。
この発明によれば、裏側電極導通部が突起を有するので、突起が裏側電極に圧接されることにより、裏側電極が確実に導通する。また、裏側電極導通部と裏側電極との接合が外れにくく、圧電アクチュエータの振動に対しても強固な構造となる。

本発明では、裏側電極導通部は、ディスペンス方式で供給されるはんだで導通されていることが望ましい。
この発明によれば、裏側電極導通部がはんだによって導通されているので、はんだの量を調整することで裏側電極導通部と裏側電極との接合部分の大きさが調整される。このとき、はんだはディスペンス方式で供給されるので、必要な部分のみに所望の量のはんだが高精度に供給される。特に、圧電アクチュエータが小型である場合では、はんだの量が高精度に調整可能であることは特に有用である。

本発明の機器は、前述の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、機器が前述の圧電アクチュエータを備えているので、前述の圧電アクチュエータの効果と同様の効果が得られる。つまり、圧電アクチュエータの製造が簡単になるとともに薄型化が促進されるので、これにより、機器の製造が簡単となり、機器の薄型化、小型化が促進される。

本発明の圧電アクチュエータおよび機器によれば、裏側電極と補強板とが絶縁され裏側電極が複数形成されているので、圧電素子の表側電極に基板等を所定間隔を有して配置する必要がないから、圧電アクチュエータおよび機器の薄型化、小型化を促進できる。また、裏側電極導通部が複数の裏側電極同士を導通させるので、基板等を折りまげて補強板両面の圧電素子の電極を導通させる等の煩雑な導通作業が不要となり、圧電アクチュエータおよび機器の製造を簡略化できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。

［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態に係る機器としてのレンズユニット１０について説明する。なお、レンズユニット１０は、機器としてのカメラに搭載され、または、カメラと一体に製造され、利用されるものである。
また、このカメラは、レンズユニット１０の他、このレンズユニット１０を構成するレンズ３０，４０，５０によって結像される像を記録する記録媒体と、各レンズ３０，４０，５０を駆動する駆動ユニットとしての駆動装置１と、これら全てが収納されるケースとを備えている。ただし、カメラ，記憶媒体，およびケースの図示は省略してある。
図１は、レンズユニット１０を右上方から見た斜視図であり、図２は、レンズユニット１０を左上方から見た斜視図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は、カム部材６０の動作図であり、図４（Ａ）、（Ｂ）は、カム部材７０の動作図である。図５は、カム部材６０を駆動する振動体６６の拡大斜視図である。

図１ないし図５において、レンズユニット１０は、全体略角筒状の筐体２０と、被駆動体としての第１レンズ３０，第２レンズ４０，および第３レンズ５０と、第２レンズ４０，および第３レンズ５０を進退駆動するカム部材６０と、第１レンズ３０を進退駆動するカム部材７０と、カム部材６０を回動駆動する圧電アクチュエータとしての振動体６６と、カム部材７０を回動駆動する圧電アクチュエータとしての振動体７６とを備えている。そして、これらのうち、カム部材６０，７０および振動体６６，７６により、各レンズ３０，４０，５０を駆動するための駆動装置１が構成されている。以下には、各構成について具体的に述べる。

筐体２０は、正面から背面に向かって棒状の案内軸２１が平行に２本設置されている。この案内軸２１は、レンズ３０，４０，５０が進退駆動されるのを案内する部材であり、レンズ３０，４０，５０を進退方向（光軸方向）に貫通している。また、この案内軸２１は、レンズ３０，４０，５０が前後に倒れるのを防止する役目を担っている。
さらに、筐体２０の両側の側部２２には、長孔形状の開口部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが設けられ、これらの開口部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、レンズ３０，４０，５０に設けられたカム棒３１，４１，５１が十分動ける大きさに形成されている。

第１レンズ３０は、筐体２０の内部に配置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ｃ内に位置するカム棒３１を備えている。第２レンズ４０は、筐体２０の内部に設置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ｂ内に位置するカム棒４１を備えている。第３レンズ５０も同様に、筐体２０の内部に配置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ａ内に位置するカム棒５１を備えている。

これらの第１〜第３レンズ３０，４０，５０は、中央の集光部３２，４２，および図示しない第３レンズ５０の集光部とその周囲の枠取付部３３，４３，および図示しない第３レンズ５０の枠取付部とが、レンズ材料で一体に形成されたものであり、これらを保持する保持枠３４，４４，５４を備えている。そして、この保持枠３４，４４，５４に、前述のカム棒３１，４１，５１が設けられている。

なお、第１レンズ３０はフォーカスレンズであり、第２レンズ４０，第３レンズ５０はズームレンズである。また、第３レンズ５０は、ズームレンズに限らず、フォーカスレンズであってもよい。その場合、各レンズ３０，４０，５０の構成や、各レンズ３０，４０，５０の光学特性を適宜設定することで、レンズユニット１０をフォーカスレンズ用ユニットとして利用可能である。

そして、第２レンズ４０は、凹レンズおよび凸レンズを組み合わせた構成となっているが、各レンズ３０，４０，５０の構造等もその目的を考慮して任意に決められてもよい。
さらに、レンズ３０，４０，５０は、本実施例では、集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部と枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部とがレンズ材料で一体に形成されていたが、集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部のみをレンズ材料で形成し、枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部側を別材料で保持枠３４，４４，５４と一体に形成してもよい。また集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部、枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部、ならびに保持枠３４，４４，５４が一体のレンズ材で構成されていてもよい

カム部材６０，７０は、筐体２０の両側にある外面部２５Ａ，２５Ｂと、この外面部２５Ａ，２５Ｂの外側にそれぞれ３本の足部２６により固定されたカバー部材１０Ａとの間に設置されている。

カム部材６０は、回動軸６１を有する略扇状の形状をしており、筐体２０の外面部２５Ａに対して、回動軸６１を回動中心として回動自在に支持されている。また、カム部材６０の面状部分には、駆動用案内部としての２つのカム溝６２Ａ，６２Ｂが形成されている。このカム溝６２Ａ，６２Ｂは、略円弧状に形成されており、カム溝６２Ｂには第２レンズ４０のカム棒４１が係合し、カム溝６２Ａには第３レンズ５０のカム棒５１が係合し、これによりカム部材６０が回動すると、カム棒５１，４１がカム溝６２Ａ，６２Ｂに誘導され、これらカム溝６２Ａ，６２Ｂの形状に応じたスピードおよび移動範囲で動き、第３レンズ５０、第２レンズ４０が進退する。

カム部材７０は、回動軸７１を有する略レバー状の形状をしており、筐体２０の外面部２５Ｂに対して、回動軸7１を回動中心として回動自在に支持されている。また、カム部材７０の面状部分には、駆動用案内部としての１つのカム溝６２Ｃが形成されている。このカム溝６２Ｃは、略円弧状に形成されており、カム溝６２Ｃには第１レンズ３０のカム棒３１が係合し、これによりカム部材６０が回動すると、カム棒３１がカム溝６２Ｃに誘導され、これらカム溝６２Ｃの形状に応じたスピードおよび移動範囲で動き、第１レンズ３０が進退する。

これらのカム部材６０，７０において、回動軸６１，７１の外周面には、回動軸６１，７１に略直交する平面内で振動する振動体６６，７６が当接されている。この際、回動軸６１，７１に対する振動体６６，７６の当接方向は特に限定されず、回動軸６１，７１を回動させることができる方向であればよい。
また、カム部材６０，７０の面状部分に開口を設け、この開口内に振動体６６，７６を配置し、回動軸６１，７１の外周面に振動体６６，７６を当接してもよい。この場合、開口の大きさは、カム部材６０，７０が回動しても、振動体６６，７６と接触しない大きさを有する。そして、この場合の振動体６６，７６の支持は、筐体２０の外面部２５Ａ，２５Ｂ又はカバー部材１０Ａのどちら側であってもかまわない。
また、回動軸６１，７１の外周面においては、特に振動体６６，７６の当接部分は、摩耗を防ぐために、凹凸無く仕上げられている。振動体６６，７６の当接部分の外径は、大きければ大きいほどよく、このことで振動数に対する回動角度が少なくなるため、レンズ３０，４０，５０を微細に駆動可能となる。そして、回動軸６１，７１の外径形状は、当接部分のみが円弧で、それ以外の面は特に円弧でなくてもよい。

振動体６６は、図５および図６に示すように、略矩形平板状に形成された補強板８１と、この補強板８１の表裏両面に設けられた略矩形平板状の圧電素子８２とを備えている。
補強板８１において回動軸６１に近い側の短辺略中央には、略半円形凹状の切欠部８１１が形成されている。この切欠部８１１には、略円形の凸部材８１Ａが配置されている。凸部材８１Ａは、セラミックスなどの高剛性の任意の材料で構成され、その略半分が補強板８１の切欠部８１１内に配置され、残りの略半分は、補強板８１の短辺から突出して配置されている。凸部材８１Ａ先端は、当接回動軸６１の外周面に当接されている。また、補強板８１において回動軸６１から遠い側の短辺略中央には、略五角形の凸部８１２が補強板８１に一体的に形成されている。凸部８１２は回動軸６１に当接されずフリーの状態となるため励振し易く、振動体６６が振動を開始する際に振動体６６全体の励振を補助する役割を果たす。

補強板８１の長手方向略中央には、幅方向両側に突出する腕部８１Ｂが一体的に形成されている。腕部８１Ｂは、補強板８１からほぼ直角に突出しており、これらの端部がそれぞれ図示しないビスによってカバー部材１０Ａに固定されている。このような補強板８１は、ステンレス鋼、その他の導電性材料から形成されている。この補強板８１の腕部８１Ｂの面上には、リード基板８４が設けられている。このリード基板８４には、補強板８１に接する面とは反対側の面に導通パターン８４１が形成されており、この導通パターン８４１は、振動体６６の圧電素子８２に電圧を印加する図示しない印加装置に接続されている。また、リード基板８４において補強板８１に接する面にも他の導通パターン（図示せず）が形成されており、この導通パターンは、補強板８１と導通している。

補強板８１の両面の略矩形状部分に接着された圧電素子８２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の材料の中から、適宜選択した材料により形成されている。本実施形態においては、圧電素子８２の寸法は、短辺が約１ｍｍ、長辺が約３．５ｍｍの矩形状となっている。
圧電素子８２の両面には、ニッケルめっき層および金めっき層などが形成されることにより、補強板８１に対向する面に形成される裏側電極８５Ａと、裏側電極８５Ａとは反対側の面に形成される表側電極８５Ｂとが形成されている。

裏側電極８５Ａは、切欠溝によって互いに電気的に絶縁されることにより、長手方向に沿った中心線を軸として線対称に複数形成されている。つまり、圧電素子８２の短手方向中央には、長手方向に沿って溝８３Ａが形成され、また、長手方向中央には、短手方向に沿って溝８３Ｂが形成されている。これらの溝８３Ａ，８３Ｂにより、圧電素子８２の表面には、それぞれ略矩形状の同形状の裏側電極８５Ａが複数（本実施形態では四つ）形成されることとなる。また、各裏側電極８５Ａの四隅のうち圧電素子８２の長手方向中央側でかつ短手方向端部側の隅は、圧電素子８２の外形形状より小さく形成されており、この形状により、圧電素子８２の長辺において長手方向略中央には、裏側電極８５Ａが形成されずに圧電素子８２が露出する露出部８２Ａが形成される。この露出部８２Ａは、補強板８１の腕部８１Ｂの一部が当接される部分となっており、当該露出部８２Ａにおいては圧電素子８２と補強板８１とは絶縁された状態となっている。
ここで、補強板８１において圧電素子８２が接合される部分には、絶縁材料で構成される絶縁層８１３（図７参照）が形成されている。この絶縁層８１３により、裏側電極８５Ａと補強板８１とは絶縁されている。

図７には、裏側電極８５Ａとリード基板８４との導通構造が示されている。この図７および前述の図６に示されるように、裏側電極８５Ａとリード基板８４とは、裏側電極８５Ａ同士を導通する裏側電極導通部８６によって導通されている。裏側電極導通部８６は、裏側電極８５Ａ間に配置される導通部８６１と、リード基板８４の導通パターン８４１から延出されるリードとしてのオーバーハング部８４１Ａとによって構成されている。
補強板８１の長辺の長手方向略中央近傍には、長辺から内側に凹んだ凹部８１４が形成されている。凹部８１４は、裏側電極８５Ａの数に対応した数（本実施形態では四つ）形成されており、これらの凹部８１４は、圧電素子８２の側端面より凹んでおり、これらの凹部８１４により、補強板８１両面の圧電素子８２では、各裏側電極８５Ａが露出している。このような凹部８１４により、各凹部８１４と補強板８１両面の圧電素子８２とによって、一辺が開口した空間８６Ａがそれぞれ形成されている。なお、凹部８１４の内面、つまり補強板８１において空間８６Ａに接する面には、絶縁層８１３Ａが形成されている。

導通部８６１は、空間８６Ａにはんだクリームや導電ペーストなどの導電性材料が充填されることによって形成されている。この導通部８６１により、補強板８１両面に設けられた圧電素子８２の裏側電極８５Ａ同士が互いに導通する。この際、補強板８１と導通部８６１とは、絶縁層８１３Ａによって絶縁される。このように、各凹部８１４に導通部８６１が形成されることにより、補強板８１を挟んで両側の対応する裏側電極８５Ａ同士がそれぞれ導通される。
導通部８６１には、オーバーハング部８４１Ａの先端が接続されており、これにより、導通部８６１とリード基板８４の導通パターン８４１とが導通している。つまり、裏側電極導通部８６によって裏側電極８５Ａと導通パターン８４１とが導通する。

図８には、表側電極８５Ｂの導通構造が示されている。ここで、図８は、図６のVIII-VIII断面図である。この図８に示されるように、表側電極８５Ｂは、表側電極導通部８７によって補強板８１に導通している。表側電極導通部８７は、圧電素子８２の一方の長辺の長手方向略中央に一箇所設けられており、圧電素子８２の表側電極８５Ｂの端部と補強板８１とにわたって、はんだによって肉盛り状に形成されている。なお、表側電極導通部８７は、補強板８１の両面に設けられており、補強板８１の両面の各圧電素子８２の表側電極８５Ｂがそれぞれ補強板８１と導通している。補強板８１は、リード基板８４において補強板８１に対向する面に形成された他の導通パターンと導通しており、この他の導通パターンは、グラウンドに接続されることにより、表側電極８５Ｂが他の導通パターンを介してグラウンドに接続されている。
ここで、裏側電極８５Ａにおいて表側電極導通部８７が設けられる位置に対応する部分は内側に凹んで形成されているので、圧電素子８２には露出部８２Ａが形成され、表側電極導通部８７と裏側電極８５Ａとが導通することがない。なお、図８においては、露出部８２Ａと補強板８１との間には隙間があるように図示されているが、実際には裏側電極８５Ａおよび絶縁層８１３は厚みが小さいため隙間は形成されず露出部８２Ａと補強板８１とは互いに接している。

このように形成された振動体６６は、複数の裏側電極８５Ａのうち、所定の電極を選択して、図示しない印加装置によりリード基板８４の導通パターン８４１を介して裏側電極８５Ａと表側電極８５Ｂとの間に電圧を印加することにより、振動体６６の長手方向に沿って伸縮する縦振動モードとしての縦一次振動モードの振動と、振動体６６の幅方向（短手方向）に屈曲振動する、つまり縦一次振動モードの振動方向に略直交する方向に屈曲する屈曲振動モードとしての屈曲二次振動モードの振動とを振動体６６に生じさせることができる。つまり、例えば、裏側電極８５Ａのうち、対角線上の二つの裏側電極８５Ａのみに電圧を印加すると、これらの裏側電極８５Ａが形成された部分の圧電素子８２が板状面内方向に伸縮することにより縦一次振動モードの振動を励振する。このとき、他の二つの裏側電極８５Ａには電圧が印加されないので、当該部分では縦一次振動モードの振動が阻害され振動体６６全体の振動挙動は長手方向の中心線に沿ってアンバランスとなる。これにより、振動体６６は、振動体６６の長手方向に略直交する方向に屈曲する屈曲二次振動モードの振動を励振する。この結果、振動体６６の凸部材８１Ａは、縦一次振動モードの振動と屈曲二次振動モードの振動とを組み合わせた略楕円軌道を描いて振動する。この略楕円軌道の一部において、凸部材８１Ａが回動軸６１を接線方向に回転させる。

また、圧電素子８２に印加する電圧の電極を適宜切り替えることにより、振動体６６を振動させると、回動軸６１の回動方向を正転および逆転させることができる。
例えば、裏側電極８５Ａのうち、一方の対角線上の裏側電極８５Ａに電圧を印加した時の回転方向を正転とすれば、他方の対角線上の裏側電極８５Ａに電圧を印加すると、屈曲二次振動モードの振動の方向が逆になり、回動軸６１の回転方向が逆転するのである。
なお、圧電素子８２に印加する駆動電圧（駆動信号）の駆動周波数は、振動体６６の振動時に縦一次振動モードの振動の共振点近傍に屈曲二次振動モードの振動の共振点が現れて、凸部材８１Ａが良好な略楕円軌道を描くように設定される。

図９および図１０は、振動体６６の振動モードを示す図である。ここで、図９は、振動体６６の縦一次振動モードの振幅を示す図であり、図１０は、振動体６６の屈曲二次振動モードの振幅を示す図である。図９に示されるように、振動体６６の縦一次振動モードは、圧電素子８２の長手方向略中央を振動の節Ａ１として振動する。したがって、振動体６６は振動の節Ａ１で縦一次振動モードの振動の振幅が最小となる。一方、図１０に示されるように、振動体６６の屈曲二次振動モードは、圧電素子８２の長手方向略中央と、長手方向両端部近傍とをそれぞれ振動の節Ａ２，Ｂ２として振動する。また、振動の節Ａ２と振動の節Ｂ２との間には、振動の振幅が最大となる振動の腹Ｃ２が形成される。このような振動体６６では、振動の節Ａ１，Ａ２が一致し、したがって、振動体６６は全体として振動の節Ａ１，Ａ２を振動の節として振動することとなる。

ここで、凹部８１４は、振動の節Ａ１，Ａ２の近傍に配置されていることが望ましく、本実施形態では、凹部８１４は補強板１８の長手方向に関して、縦一次振動モードおよび屈曲二次振動モードの振動の節Ａ１，Ａ２の近傍で、屈曲二次振動モードの振動の腹Ｃ２と振動の節Ａ１，Ａ２との中点より振動の節Ａ１，Ａ２寄りに配置されている。

圧電素子８２の寸法や、厚さ、材質、縦横比、電極の分割形態などは、圧電素子８２に電圧が印加された時に、凸部材８１Ａが良好な略楕円軌道を描きやすいように適宜決定される。
振動体６６に印加される交流電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形状波、台形波などが採用できる。
また、振動体７６については、振動体６６と同様な構成であり、振動体６６を説明することで理解できるため、ここでの説明を省略する。

次に、図３に基づいて、レンズユニット１０の動作を説明する。
まず、回動軸６１の外周に当接している振動体６６が振動することにより、回動軸６１が所定角度で回動する。回動することにより回動軸６１と一体のカム部材６０も所定の角度で回動する。するとカム部材６０に形成されたカム溝６２Ａ，６２Ｂも回動し、それぞれのカム溝６２Ａ，６２Ｂに嵌合されているカム棒５１，４１の外周面がカム溝６２Ａ，６２Ｂの内周面により誘導されながら開口部２３Ａ，２３Ｂの中で移動する。
例えば、図３（Ａ）の位置から回動軸６１を反時計方向（Ｒ1）に回動させると、カム棒４１，５１を有する第２レンズ４０と第３レンズ５０とは、互いに離間する方向に移動し、図３（Ｂ）のように、第２レンズ４０と第３レンズ５０との間隔が広がることになる。
反対に、電圧が印加される裏側電極８５Ａを他方の対角線上の裏側電極８５Ａに切り替えて、図３（Ｂ）の位置から回動軸６１を時計方向（Ｒ２）に回動させると、第２レンズ４０と第３レンズ５０とは、互いに近接する方向に移動し、図３（Ａ）のように戻る。
これにより第２レンズ４０と第３レンズ５０は、ズームレンズとして機能することになる。

図４においても同様に、回動軸７１の外周に当接している振動体７６が振動することにより、回動軸７１が所定角度で回動する。回動することにより回動軸７１と一体のカム部材７０も所定の角度で回動する。するとカム部材７０に形成されたカム溝６２Ｃも回動し、この６２Ｃに嵌合されているカム棒３１の外周面がカム溝６２Ｃの内周面により誘導されながら開口部２３Ｃの中で移動する。
例えば、図４（Ａ）の位置から回動軸７１を反時計方向（Ｒ１）に回動させると、カム棒５１と連結された第１レンズ３０は、筐体２０の中心方向から外側方向に移動し、図４（Ｂ）のように、筐体２０の端部側に寄る。
反対に、図４（Ｂ）の位置から回動軸７１を時計方向（Ｒ２）に回動させると、第１レンズ３０は、筐体２０の中央側へ移動し、図４（Ａ）のように戻る。
これにより第１レンズ３０は、フォーカスレンズとして機能することになる。

以上のように圧電素子８２に電圧を印加する裏側電極８５Ａを適宜切り替えながら、カム部材６０，７０の回動軸６１，７１に直接振動を与えることにより、第１レンズ３０，第２レンズ４０，第３レンズ５０が図３，図４のように進退駆動されることになる。
この際、図示しない読み取りセンサによってレンズ３０，４０，５０の位置を読み取り、制御回路にフィードバックして駆動制御することにより、レンズ３０，４０，５０を任意の位置に静止可能となっている。

以上の第一実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(１) 裏側電極８５Ａと補強板８１とを絶縁層８１３で絶縁して裏側電極８５Ａを複数形成し、補強板８１両面で対向する裏側電極８５Ａ同士を裏側電極導通部８６によって導通させたので、従来表側に電極が複数形成される場合とは異なり、オーバーハング部８４１Ａが他の電極と接触するのを防止するためにリード基板８４を表側電極８５Ｂから所定距離を有して配置する必要がない。つまり、リード基板８４を腕部８１Ｂ表面に接して設けることができるので、振動体６６，７６の薄型化、小型化を促進できる。これにより、レンズユニット１０の薄型化、小型化を促進できる。
またこのとき、表側電極８５Ｂは一つとなっているので、リード基板８４との導通構造を簡単にできる。そして、表側電極８５Ｂが表側電極導通部８７によって補強板８１の腕部８１Ｂに導通しているので、表側電極８５Ｂから所定距離を有して基板を重ねる必要がないから、これによっても振動体６６，７６の薄型化、小型化を促進できる。

(２) 複数の裏側電極８５Ａが、導通部８６１によってそれぞれ対向する裏側電極８５Ａ同士で導通されているので、従来表側に電極を複数形成した場合と異なり、電極と導通するための基板を折りまげて補強板の両面でそれぞれ導通させる必要がない。したがって、一枚のリード基板８４で補強板８１両面の圧電素子８２の裏側電極８５Ａを導通させることができるから、これによっても振動体６６，７６の薄型化、小型化を促進できるとともに、裏側電極８５Ａとリード基板８４との導通作業を簡単にでき、振動体６６，７６の製造を簡単にできる。

(３) 補強板８１において各裏側電極８５Ａに対応した位置に凹部８１４が形成され、これらの各凹部８１４にそれぞれ導通部８６１が形成されるので、導通部８６１が圧電素子８２側面から突出しない。よって、導通部８６１が外乱によって外れてしまうのを防止できるので、裏側電極８５Ａとリード基板８４とを確実に導通できる。

(４) 導通部８６１がペースト状の導電性材料を空間８６Ａに充填することで形成されているので、導通部８６１を容易に形成できるとともに、空間８６Ａに隙間なく導通部８６１を形成できるので、裏側電極８５Ａ同士を確実に導通させることができる。

(５) 補強板８１が導電性材料で構成され、補強板８１において裏側電極８５Ａに接触する部分には絶縁層８１３，８１３Ａが形成されているので、裏側電極８５Ａに複数の電極を設けても互いに導通するのを防止できる。また、補強板８１が導電性材料で構成されているので、表側電極８５Ｂを補強板８１に導通させ、補強板８１をリード基板８４を介して印加装置に接続させることによって表側電極８５Ｂを印加装置に接続することができる。よって表側電極８５Ｂの導通構造を簡略化できる。また、リード線などを使用せずに表側電極８５Ｂと補強板８１とを導通させることができるため、断線などの不具合発生を確実に防止できる。

(６) 凹部８１４が振動体６６，７６の振動の節Ａ１，Ａ２近傍に形成され、したがって裏側電極導通部８６が振動体６６，７６の振動の節Ａ１，Ａ２近傍に配置されるので、裏側電極導通部８６が振動体６６，７６の振動を阻害せず、振動体６６，７６の駆動効率を良好にできる。また、裏側電極導通部８６が振動体６６，７６の振動の節Ａ１，Ａ２近傍に配置されているので、当該位置における振動体６６，７６の振動の振幅は比較的小さいから、裏側電極導通部８６やオーバーハング部８４１Ａの断線を防止できる。

(７) 振動体６６，７６が板状に形成されているので、駆動装置１の薄型化を促進でき、これによってレンズユニット１０の小型化を促進できる。また、凸部材８１Ａが回動軸６１，７１に接触しているので、振動体６６，７６の振動を停止した場合には、凸部材８１Ａと回動軸６１，７１外周との間の摩擦により回動軸６１，７１の回動角度を維持できる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態における裏側電極導通部の構造が異なるもので、その他の構成は第一実施形態と同様である。
図１１には、本発明の第二実施形態にかかる振動体６６の側断面図が示されている。なお図１１は、凹部８１４が形成された位置での側断面図である。この図１１に示されるように、導通部８６１は、オーバーハング部８４１Ａの先端に設けられ、補強板８１の厚み方向両側に向かって突出する突起状に形成されている。導通部８６１は、その両端がそれぞれ各裏側電極８５Ａに圧接されている。このような導通部８６１を各裏側電極８５Ａに接続させる場合には、まず一方の圧電素子８２に補強板８１を接合し、導通部８６１を凹部８１４内に配置する。その後他方の圧電素子８２を補強板８１に被せて接合すると、導通部８６１が対向する圧電素子８２に押圧され、導通部８６１が両側の裏側電極８５Ａにそれぞれ食い込むように圧接されて導通する。
なお、第二実施形態では突起状の導通部８６１が圧接されているので、図１１に示されるように、凹部８１４内面に第一実施形態のような絶縁層８１３Ａが形成されていなくてもよい。また、導通部８６１の両先端には、裏側電極８５Ａとの導通をより確実にするためにはんだが供給されていてもよい。

このような第二実施形態によれば、第一実施形態の(１)〜(３)および(５)〜(７)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(８) 裏側電極導通部８６が突起状に形成され、裏側電極８５Ａに圧接されているので、裏側電極８５Ａを確実に導通させることができる。また、裏側電極導通部８６が裏側電極８５Ａに圧着されているので、裏側電極導通部８６が外れるのを確実に防止できる。これにより、振動体６６，７６の振動や外乱による裏側電極導通部８６の断線等の不具合発生を防止できる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態は、第一実施形態における補強板８１および表側電極導通部８７の構成が異なる他は、第一実施形態と同様である。
第二実施形態では、補強板８１は、セラミックス等の任意の非導電性材料で構成されている。このため、補強板８１と裏側電極８５Ａとが接触していても、両者の間は絶縁されるので、補強板８１において裏側電極８５Ａに接する部分には第一実施形態のような絶縁層８１３，８１３Ａが形成されていない。

図１２には、本発明の第三実施形態にかかる振動体６６が示されている。この図１２に示されるように、補強板８１の腕部８１Ｂにはめっき等によって導電部８８が形成されている。導電部８８は、腕部８１Ｂの厚み方向に貫通して形成され、腕部８１Ｂの反対側の面にも露出している。表側電極導通部８７は、腕部８１Ｂの両面に形成され、それぞれ表側電極８５Ｂとこの導電部８８とに接触して両者を導通している。導電部８８は、リード基板８４が設けられた面において、リード基板８４からのオーバーハング部８４１Ａによって導通パターン８４１に導通している。このような構造により、補強板８１両側の表側電極８５Ｂがリード基板８４の導通パターン８４１に導通している。

このような第三実施形態によれば、第一実施形態の(１)〜(４)、(６)、および(７)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(９) 補強板８１が非導電性材料で構成されているので、裏側電極８５Ａとの間に絶縁層を形成することなく裏側電極８５Ａと絶縁できるので、補強板８１の構成を簡単にできる。
また、補強板８１に導電部８８が形成されているので、表側電極導通部８７を補強板８１の導電部８８に導通させることができるから、補強板８１を非導電性材料で構成しながらも表側電極８５Ｂの導通構造を簡単にでき、振動体６６，７６の薄型化、小型化を実現できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
裏側電極導通部は、各実施形態の態様のものに限らず、対向する裏側電極同士を導通させることができる任意の構成を採用できる。例えば第二実施形態の裏側電極導通部８６では、空間８６Ａをはんだや導電性接着剤等の導電性材料で埋めてもよい。この場合には、凹部８１４の内面に絶縁層を形成すればよい。
また、裏側電極導通部は、はんだクリームや導電性接着剤などの粘性を有する材料を充填する構成に限らず、例えば裏側電極同士を直接リード線で接続する構成であってもよい。
なお、裏側電極導通部としては、裏側電極同士を直接接続して導通させる構成に限らず、例えば裏側電極がそれぞれリード基板に接続され、リード基板が共通の導通パターンに接続されることにより、導通パターンを介して間接的に導通している構成も含まれる。

裏側電極導通部と基板の導通パターンとの接続は、オーバーハング部によるものに限らず、例えば別部材を介して裏側電極と基板とを接続したり、対向する裏側電極間にばねを設けて互いに導通させる構成としてもよい。
図１３は、本発明の変形例を示す図である。この図１３では、裏側電極導通部８６と導通パターン８４１とをリード線８４２によって導通している。このような構成によれば、リード基板８４をまず補強板８１に取り付けておき、その後リード線８４２で裏側電極導通部８６と導通パターン８４１とを接続できるので、作業手順の自由度を高くすることができる。

表側電極導通部は、表側電極と補強板とを導通する構成に限らず、例えば前述の図１３に示されるように、リード線８４２等によって表側電極８５Ｂとリード基板８４の導通パターン８４１とを直接導通させてもよい。この場合には、補強板８１が導電性材料または非導電性材料であるとに無関係に表側電極８５Ｂをリード基板８４に導通させることができるので、補強板８１の材料選択の自由度を高めることができる。
裏側電極導通部の形成位置は、補強板の凹部に限らず、例えば圧電素子の外形形状（例えば短辺寸法）を補強板より大きく形成して、圧電素子が補強板から突出した部分の裏側電極に設けてもよい。あるいは、圧電素子に補強板から突出する突出部を形成し、この突出部において対向する裏側電極を導通するように裏側電極導通部を設けてもよい。

各実施形態において、裏側電極導通部の裏側電極との接合部分には、はんだが供給されていてもよい。この場合において、はんだは、例えばリード基板の導通パターン全体にはんだめっきされることにより供給されていてもよいし、あるいはディスペンス方式でリード基板の導通パターンのオーバーハング部にのみ供給されていてもよい。
ここで、オーバーハング部にはんだめっきを施す場合には、リード基板の導通パターン全体にはんだがコーティングされてしまう。これに対して、ディスペンス方式ではんだを供給する場合には、はんだが必要な部分（オーバーハング部）のみに所望の量だけ供給される。したがって、例えば導通パターン全体を金めっきで形成し、オーバーハング部のみにはんだを供給して裏側電極との接合を行うとともに、金めっきの接続抵抗の低さを利用して導通パターン上に他の部品を接続することも可能となる。このような構成によれば、部品の配置上、構造上の自由度を向上させることができる。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の第一実施形態にかかるレンズユニットを示す斜視図。 第一実施形態にかかるレンズユニットを示す斜視図。 第一実施形態のカム部材の動作図。 第一実施形態のカム部材の動作図。 第一実施形態の振動体の拡大斜視図。 第一実施形態の振動体の一部拡大斜視図。 図６のVII-VII断面図。 図６のVIII-VIII断面図。 本発明の第一実施形態の振動体の縦一次振動モードの振幅を示す図。 本発明の第一実施形態の振動体の屈曲二次振動モードの振幅を示す図。 本発明の第二実施形態にかかる振動体の側断面図。 本発明の第三実施形態の振動体の斜視図。 本発明の振動体の変形例を示す斜視図。

符号の説明

１…駆動装置、１０…レンズユニット（機器）、６１，７１…回動軸、６６，７６…振動体（圧電アクチュエータ）、８１…補強板、８１Ｂ…腕部、８２…圧電素子、８４…リード基板、８５Ａ…裏側電極、８５Ｂ…表側電極、８６…裏側電極導通部、８７…表側電極導通部、８１３，８１３Ａ…絶縁層、８１４…凹部、８４１…導通パターン、８４１Ａ…オーバーハング部（リード）、８４２…リード線。

Claims (11)

1. 両面に電極が形成された板状の圧電素子と、
   前記圧電素子が両面に配置されるとともに前記圧電素子と絶縁される補強板とを備え、
   前記電極は、前記補強板に接する面に形成される裏側電極と、これらの裏側電極とは反対側の面に形成される表側電極とを有して構成され、
   前記裏側電極は複数形成され、前記補強板を挟んで対応する前記裏側電極同士は、裏側電極導通部によって導通される
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記表側電極は、前記補強板に導通される
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記補強板は、導電性材料で構成され、
   前記裏側電極が接する面には、絶縁層が形成されている
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
4. 請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記補強板は、非導電性材料で構成される
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記圧電素子は、前記補強板から突出して形成され、
   前記裏側電極導通部は、前記圧電素子の前記補強板から突出した部分の前記裏側電極同士を導通する
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記補強板には、前記圧電素子の側端面よりも凹んだ凹部が形成され、
   前記裏側電極導通部は、前記凹部に形成される
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
7. 請求項６に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記凹部は、当該圧電アクチュエータの振動の節近傍に配置される
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記裏側電極導通部は、リードによって形成される
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記裏側電極導通部は、前記裏側電極間に介装され当該裏側電極間で圧接される突起を有する
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
10. 請求項８または請求項９のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
    前記裏側電極導通部と前記裏側電極との接合部分は、当該接合部分にディスペンス方式で供給されるはんだで導通されている
    ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする機器。

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