JP2007143248A - 圧電アクチュエータおよび機器 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーハング実装構造の圧電アクチュエータでは、リード基板を圧電素子表面から所定間隔離して配置する為、全体の厚みが厚くなるという課題がある。本発明では製造が容易で、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。
【解決手段】両面に電極が形成された板状の圧電素子８２と、前記圧電素子が両面に配置される補強板８１を備え、前記圧電素子の振動によって、ロータ６１を回転させる圧電アクチュエータ６６であって、前記補強板８１には、前記ロータ６１に当接される当接部材８１Ａが設けられ、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８５Ｂとは反対側の面に形成される表側電極８５Ａとを有して構成され、前記表側電極同士は当接部材に設けられた電極導通手段によって導通されることにより圧電アクチュエータ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では、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）。表側電極は、基板からのオーバーハングパターンやワイヤーボンディングで接続されている。また裏側電極は、補強板に接合されることにより、補強板に導通している。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、その表側の電極同士を導通させるため、それぞれの表側電極と導通している２枚の基板を接続させる必要がある。この圧電アクチュエータでは、部品点数を削減する為、一枚の基板を折りまげることにより、まず基板同士の接続を不要とし、そしてその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の実装構造では、全体の厚みが厚くなるという問題がある。この状態を、図１６、図１７を用いて説明する。図１６はオーバーハング実装構造の斜視図であり、図１７はその側断面図である。図１７において、補強板８１の両面に配置された圧電素子８２の表側電極８５Ａとリード基板８４を、オーバーハング部８４１Ａにて接続させる。この時、オーバーハング部８４１Ａが圧電素子表面の電極に接続しないように、リード基板８４を圧電素子表面から所定間隔ｄを離して配置する必要がある。また、圧電素子表面の電極が、複数に分割されている場合は、落下、振動によりオーバーハング部がたわみ、他の電極に短絡しないよう、さらにその間隔を離す必要がある。そして、このリード基板８４は両面の圧電素子に対して必要であり、片側の実装構造に対し、２倍の厚みが必要となる。このため、圧電アクチュエータ全体の厚み方向の寸法がより大きくなるという問題がある。

また、このような構造の圧電アクチュエータの実装構造では、一枚の基板を基板折り曲げ部８４２にて折りまげて、オーバーハング部８４１Ａを両面の圧電素子の電極に接合させるため、リード基板８４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。

一方、表側電極とリード基板８４をワイヤーボンディングで接続した図１８のような構造がある。図１８はワイヤーボンディング実装構造の斜視図である。この場合においては、ワイヤーの可撓性を利用して、リード基板８４を圧電素子８２と平面的にずらした位置に配置が可能となり、その厚みを減らす効果はある。しかし、ワイヤーに可撓性があるがゆえに、その位置が決まらず、圧電素子８２表面の電極に接触しないように、圧電素子８２の表面から所定間隔離して配置する必要がある。また、圧電素子表面の電極が、複数に分割されている場合は、落下、振動によりワイヤーがたわみ、他の電極に短絡しないよう、さらにその間隔を離す必要がある。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。さらに製造上においては、圧電素子の振動に影響を及ぼすことのないように、そのワイヤーの直径はできるだけ細い例えばφ２０〜３０μｍのものを使用する必要がある。この場合、ワイヤーそのものの強度は低く、その位置は非常に不規則で、ばらつきやすい。そのため、作業ばらつきを考慮した厚み方向の寸法の余裕が必要であり、圧電アクチュエータの厚み寸法がより一層大きくなる。さらには、このワイヤーボンディングは両面の圧電素子に対して必要であり、片側の実装構造に対し、その厚みは２倍必要となる。このため、圧電アクチュエータ全体の厚み方向の寸法がより大きくなるという問題がある。

また、ワイヤーボンディング構造では、後で行う表面電極へのワイヤーボンディングの接続品質が不安定になる。なぜなら、ワイヤーボンディングは、ボンディングツールからの振動と熱をワイヤーに加え圧電素子の表側電極に接合するが、圧電素子を広い接触面積で安定的に保持、固定することが振動、熱を確実に伝え、安定した接続品質の必須要件となる。最初の表面電極への実装は、前述の必須用件を満たせるが、補強板に対し反対側の表面電極へのワイヤーボンディングは、最初に実装されたワイヤーが、不規則な位置に配置されてしまうため、そのワイヤーを避け余裕を持った位置での保持、固定しかできず十分な接触面積が確保できないためである。その結果、著しく接続品質が不安定になる。

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。

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、前記圧電素子が両面に配置される補強板を備え、前記圧電素子の振動によって、被駆動体を移動させる圧電アクチュエータであって、前記補強板には、前記移動体に当接される当接部材が設けられ、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、前記表側電極同士は、当接部材に設けられた電極導通手段によって電気的に導通される、ことを特徴とする。

この発明によれば、補強板の両面に配置された圧電素子の表面電極同士が、当接部材に設けられた電極導通手段によってあらかじめ導通されるので、補強板に配置された少なくとも片側の圧電素子にのみ駆動電圧を入力する為の実装構造を配置するだけでよく、圧電アクチュエータの薄型化が促進される。また作業性としては、オーバーハングによる実装構造においては、一枚の基板を折り曲げる必要もなくなり導通作業が簡単になる。ワイヤーボンディングによる実装構造では、片面のみの実装である為、圧電素子を広い接触面積で安定的に保持、固定することが可能となり、安定した接続品質を得ることが可能となる。

本発明では、当接部材に設けられた電極導通手段は、絶縁性の材料で構成され、電気的な導通が可能なパターンを備えた当接部材であることが望ましい。
この発明によれば、当接部材に設けられたパターンにより、表側電極同士を導通することができる。また、パターンを複数設けることにより、表側電極が複数に分割された場合でも、対となるそれぞれの電極同士を導通させることができる。

本発明では、当接部材はセラミック材で構成されることが望ましい。
この発明によれば、当接部材がアルミナ、窒化アルミ、ジルコニアなどの無機物でしかもＨｖ１８００程度の硬い材質のセラミック基板で構成されることにより、電極導通手段の機能に加え当接部材としての強度および耐久性の向上を同一の部品で行い、しかも圧電アクチュエータの薄型化を実現できる。

本発明では、当接部材は、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、当接部材そのものが電極導通手段となるため、当接部材の加工を行うことなく圧電アクチュエータの薄型化を実現できる。

本発明では、当接部材は、圧電素子より平面的に突出した位置に配置されていることが望ましい。
この発明によれば、当接部材の配置される位置に係わらず、電極導通手段を有することにより、表側電極同士の導通が可能となり、圧電アクチュエータの薄型化を実現できる。

本発明では、電極導通手段を有する当接部材とは別に、前記当接部材とは反対側に設けられ、前記補強板と一体的に形成され、前記圧電素子より平面的に突出した凸部に設けられた電極導通手段も有することが望ましい。
この発明によれば、圧電素子の振動を励振、安定させる効果もある前記凸部にも電極導通手段を設けることにより、凸部付近の電極同士を導通させることが可能となる。

本発明では、当接部材に設けられた電極導通手段とは、絶縁材料より形成された当接部材と、当該当接材料により位置決め、保持され、電気導通しかつ弾性力のあるバネ部材より形成され、当該バネ部材により表側電極同士を導通させることが望ましい。
この発明によれば、当接部材を組み込むだけで、そのバネ部材により表面電極同士の導通と、当接部材そのものの固定、保持の機能を兼ね備えることが可能となり、圧電アクチュエータの薄型化と作業性の向上が可能となる。またバネ部材の長さや位置を変える事により、複雑に電極分割された場合でも、所望の電極同士を導通させることが可能となる。

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、補強板の両面に配置された圧電素子の表面電極同士が当接部材に設けられた電極導通手段によってあらかじめ導通されるので、補強板の両面に配置された少なくとも片側の圧電素子にのみ駆動電圧を入力する為の実装構造を配置するだけでよく、圧電アクチュエータの薄型化が促進される。

この発明によれば、作業性としては、オーバーハングによる実装構造においては、一枚の基板を折り曲げる必要もなくなり導通作業が簡単になる。またワイヤーボンディングによる実装構造では、片面のみの実装である為、圧電素子を広い接触面積で安定的に保持、固定することが可能となり、安定した接続品質を得ることが可能となる。

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、圧電アクチュエータの基本構造、駆動原理、駆動電圧入力方法について説明する。本圧電アクチュエータでは，板状の圧電素子の横効果(分極方向に対し垂直な方向の伸縮)の振動を駆動源としている。そして、圧電素子と同一平面内に配置したロータに伸縮運動を伝達することで駆動力を得る。

まず基本構造について、図１（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）は、圧電アクチュエータ６６の平面図を示し、図１（ｂ）は側断面図を示す。図１（ｂ）において、圧電アクチュエータ６６は、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とを備えた積層構造となっている。これは、外力に起因する圧電素子８２の損傷を低減するとともに、後述する駆動電圧入力方法において、信号入力の手段のひとつとなっている。圧電素子８２は、補強板８１に対し分極方向９３が対称になるようにそれぞれ配置される。

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。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８５Ｂと、裏側電極８５Ｂとは反対側の面に形成される表側電極８５Ａとが形成されている。

補強板８１においてロータ６１に近い側の短辺略中央には、当接部材８１Ａが配置されている。当接部材８１Ａは、セラミックなどの高剛性の任意の材料で構成され、その側面からの形状は凹部８１Ｂを成し、あらかじめ接着剤などを塗布しておく。そして、その溝部分に圧電アクチュエータ６６をはさみこむように配置され、固定及び断面方向の位置決めがされる。溝部の深さは略半分のため、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。また、補強板８１と一体的に形成された凸部８１３により平面的な位置決めがされる。そして、当接部材８１Ａ先端は、ロータ６１の外周面に当接されている。ここで、補強板８１の固定位置がばらつくとロータ６１との接触状態が変わるが、その変化を低減させるために、当接部材８１Ａのロータ６１との接触面を凹形状や凸形状にしても良い。図２（ａ）は、別の例の接触部の平面図で、当接部材８１Ａのロータ６１との接触面は、凸形状に形成された状態を示す。図２（ｂ）は別の例の、接触部の断面図であり、当接部材８１Ａは断面方向に凸形状に形成された状態を示す。図２（ｃ）は別の例の、接触部の断面図であり、当接部材８１Ａは断面方向に凹形状にされた状態を示す。ここで、ロータ６１の断面形状を凸や凹にすることにより、同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、図１（ａ）において補強板８１のロータ６１から遠い側の短辺略中央には、略五角形の凸部８１２が一体的に形成されている。凸部８１２はロータ６１に当接されずフリーの状態となるため励振し易く、圧電アクチュエータ６６が振動を開始する際に振圧電アクチュエータ６６全体の励振を補助する役割を果たす。振動を効率よく伝達する為に、圧電アクチュエータ６６はロータ６１方向にバネ９２Ａにより加圧されている。
また、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。

次に駆動原理について図３（ａ）（ｂ）（ｃ）を用い説明する。
前述の通り、図３（ａ）に示す板状の圧電素子８２の横効果(分極方向に対し垂直な方向の伸縮、図中の矢印方向)の振動を駆動源としている。そして、圧電素子に、共振点付近の交流信号を印加し、共振状態で振動させることで大きな変位を得ることができる。更に、当接部材８１Ａ（図示せず）の軌跡が単純な往復運動ではなく、楕円運動をするような構成としている。楕円運動は損失の少ない駆動ができ，単純な往復運動の場合と比べ効率が向上することが明らかとなっている。楕円運動を発生させる為には，次の二つの要素が必要であることが明らかにされている。（例えば参考文献１参照）
要素１ 形状：複数の振動モードの共振周波数が近接する形状
要素２ アンバランスな要素：圧電素子の長手または短手に沿った中心線に対し線対称とならないアンバランスな要素を設ける

まず、要素１について説明する。
圧電素子８２では，複数の振動モードとして，縦１次と屈曲２次の振動を採用した。縦１次振動は、図３（ｂ）に示すように、圧電素子の長手方向に伸び縮みする振動であり、屈曲２次振動は図３（ｃ）に示すように、圧電素子の幅方向（短手方向）にS字に折れ曲がるような振動である。ここで、これらの振動が各々単独で起こっても，往復の運動となるだけで、楕円振動とはならない。まず、これら２つの共振周波数を近付け、縦１次と屈曲２次の振動が同時に起こる混合モードの振動とする必要がある。ここで、横効果の圧電セラミックスの縦振動と屈曲振動の共振周波数を近づけるには、圧電素子の長さと幅をある値に設定すればよい。本実施例では、長さ×幅を仮に７ｍｍ×２ｍｍに設定した。しかし、横効果の圧電素子は、本来分極方向に対し垂直方向に直線的に伸縮するだけである。前記形状にしたことにより、屈曲振動する必要条件は満たしたが、次に説明する要因２が備わり初めて求める楕円振動を行うことができる。

次に、要素２について説明する。
要素２のアンバランスな要素とは、長手方向に沿った中心線または短手方向に沿った中心線に対し、線対称とならないアンバランスな要素を設けることである。これにより、屈曲振動のきっかけをつくり、縦１次と屈曲２次の振動が同時に起こる混合モードの振動となる。つまり、縦１次共振周波数と屈曲２次共振周波数が近いため、伸びながら屈曲し、かつ伸びと屈曲の発生タイミングに遅れがあるため、ふくらみが出来、当接部材８１Ａが楕円軌跡を描く振動となっている。
圧電アクチュエータ６６では、圧電素子の分割された電極に、長手方向に沿った中心線に対して非対称に電圧を印加することにより、アンバランスな要素を得ている。これを図１にて説明する。

表側電極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表側電極８５Ａが複数（本実施形態では四つ）形成されることとなる。そして、対角線上に配置され斜線で示した二つの電極に電圧を印加することにより、当接部材８１Ａが矢印９４方向に楕円軌跡を描き、ロータ６１が矢印９５の方向に回転する。一方、斜線で示さない他方の対角線に配置された二つの電極に電圧を印加することにより、当接部材８１Ａは矢印９４方向とは逆の方向に楕円軌跡を描き、ロータ６１も矢印９５とは逆方向に回転する。

ここで、安定的なアンバランス要素を得るために、表側電極への電圧印加は、補強板８１の表裏両面に配置された２枚の圧電素子８２に対して、同じ位置の表側電極に印加される必要がある。つまり、斜線で示した電極と補強板８１をはさみ、平面透視した同じ位置にある表側電極とが、電気的に導通していることが望ましい。

次に、駆動電圧入力方法について図４を用いて説明する。図４は、圧電アクチュエータ６６全体の斜視図である。補強板８１の腕部８１Ｂの面上には、導電性のある材料より成るスペーサ（図示せず）が配置され、その上にリード基板８４が設けられている。このリード基板８４には、補強板８１側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、圧電アクチュエータ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。また導通パターン８４１にはオーバーハング部（リード）８４１Ａがあり、この部分は表側電極８５Ａにそれぞれ導通されている。ここで、対角線上に対となっている、電極ａ１とａ２、電極ａ３とａ４は、図示しない印加装置内部にて接続されている。リード基板８４において、補強板８１側の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導電性のある材料より成るスペーサ（図示せず）を介し、補強板８１と導通している。

図５に補強板８１に対しリード基板８４とは反対側に設けられた圧電素子８２の対角線上の２組各２個の電極導通構造を示す。分割電極ｂ１−ｂ２、ｂ３−ｂ４は、それぞれリード線８４３で電気的な導通がとられている。導通の方法は、はんだや導電ペーストの塗布や印刷による方法などの任意の方法でも良い。ここで、図４の斜線で示した電極ａ１とａ２と導通すべき電極は、平面透視して同じ位置にある電極ｂ１とｂ２である。
ここまでで、補強板８１の表裏に設けられたそれぞれの圧電素子８２において、対角線上に配置された電極同士の導通が行われたことになる。

次に、補強板８１の表裏に設けられた圧電素子８２の、表側電極同士の導通構造を図６および図７にて説明する。図６は、圧電アクチュエータ６６の当接部材８１Ａの拡大斜視図である。また図７は図６のＶIII−ＶIIIの断面図である。図７に示されるように、電極ａ２は当接部材８１Ａに設けられたパターン８８とスルーホール９００、肉盛り状のはんだ８７によって電極ｂ２と導通される。同様に表側電極ａ４と電極ｂ４も導通される。これらによって、補強板８１の表裏に設けられた圧電素子８２の対角線上に配置された電極同士、つまり分割電極ａ１−ａ２−ｂ１−ｂ２及び電極ａ３−ａ４−ｂ３−ｂ４が導通できたことになる。

つまり、当接部材８１Ａに設けられた電極導通手段により、表側電極同士が導通できる。ここで、本実施例では、補強板８１のロータ６１に近い側の短辺略中央として説明したが、その当接部材８１Ａの位置は任意の位置でも同様の効果が得られることは言うまでもない。

図８に当接部材８１Ａの製造方法の略図を示す。製造方法はグリーンシート法とよばれるセラミック基板の製法である。基材９１０は、アルミナ、窒化アルミ、ジルコニアなどの無機物を原料とし、これを粉末にして凝固剤などを混合して粘土状にしたものを板状に形成する。その後低温焼成した物をグリーンシートと称す。プレス加工によりスルーホール９００用の穴を空ける。その後Ｍｏ、Ｔｇなど高融点金属をスクリーン印刷してスルーホール９００の内部に充填させると同時に、表面のパターン８８も形成する。これを約１５００℃にて焼成して基板とする。基板完成後はダイシング予定線９２０に従い切断、まず棒状にする。その後それぞれの棒状の基板に対し凹部８１Ｂを切削加工する。そして、ダイシング予定線９２１にて切断、個片とする。

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)補強板の両面に配置された圧電素子の表面電極同士が電極導通手段によってあらかじめ導通されるので、補強板に配置された少なくとも片側の圧電素子にのみ駆動電圧を入力する為の実装構造を配置するだけでよく、圧電アクチュエータの薄型化が促進される。

（２）また、補強板の両面に配置された圧電素子の表面電極同士が電極導通手段によってあらかじめ導通されるので、オーバーハングによる実装構造においては、一枚の基板を折り曲げる必要もなくなり導通作業が簡単になる。また、ワイヤーボンディングによる実装構造では、片面のみの実装である為、圧電素子を広い接触面積で安定的に保持、固定することが可能となり、安定した接続品質を得ることが可能となる。

（３）また、当接部材に設けられたパターンにより、表側電極同士を導通することができる。また、パターンを複数設けることにより、表側電極が複数に分割された場合でも、対となるそれぞれの電極同士を導通させることができる。

（４）当接部材８１Ａがセラミック基板で構成されることにより、そのパターンが電極導通部材としての機能を果たすと同時に、ロータ６１に当接される基板の基材部は、セラミックで構成されているため、当接部材の強度及び耐久性の向上を同一の部品で行い、圧電アクチュエータの薄型化を実現できる。

（５）当接部材の配置される位置に係わらず、電極導通手段を有することにより、表側電極同士の導通が可能となり、圧電アクチュエータの薄型化を実現できる。

［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、第一実施形態に対し補強板８１に対しリード基板８４とは反対側に設けられた圧電素子８２の対角線上の２組各２個の電極導通構造がワイヤーではない点、が異なりその他の構成は第一実施形態と同様である。

図９（ａ）は、本発明の第二実施形態にかかる圧電アクチュエータ６６の当接部材８１Ａとは反対側に設けられ、補強板８１と一体的に形成され、前記圧電素子より平面的に突出した凸部８１２の斜視図である。略五角形の凸部８１２は、補強板８１と一体的に形成され、ロータ６１に遠い側の短辺略中央に設けられている。凸部８１２の表面には絶縁膜９１が塗布されている。さらにその表面には、イオンプレーティング法などの薄膜形成法により、パターン８８が形成されている。そして、肉盛り状のはんだ８７で電極同士が導通している。

この表側電極同士の導通状態を図９（ｂ）（ｃ）にて説明する。図９（ｂ）は、圧電アクチュエータ６６のリード基板８４のある側から見た平面図であり、図９（ｃ）は
その反対面より見た平面図である。図９（ｂ）において、電極ａ１は肉盛り状のはんだ８７と凸部８１２に設けられたパターン８８により電極ｂ１と導通する。一方電極ａ２と電極ｂ２は、当接部材８１Ａに設けられた導通手段により導通される。そして、これらの電極は、オーバーハング部（リード）８４１Ａを介し図示しない駆動電圧印加装置内にて導通される。これにより、電極ａ１−ａ２−ｂ１−ｂ２が導通され、その反対の対角線上にある電極ａ３−ａ４−ｂ３−ｂ４も同様の方法で導通できることになる。

以上の第二実施形態によれば、第一実施形態の(１)〜(５)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。
（６）圧電素子の振動を励振、安定させる効果もある前記凸部にも電極導通手段を設けることにより、凸部付近の電極同士を導通させることが可能となる。これにより、部品点数を増やすことなく電極同士を導通させることが可能となる。

［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、第一実施形態に対し表側電極が複数に分割されていない点と、当接部材が導電性材料で形成されている点、が異なりその他の構成は第一実施形態と同様である。

図１０（ａ）には、本発明の第三実施形態にかかる圧電アクチュエータ６６の平面図が示され、図１（ｂ）は、補強板８１の短辺略中央の長手方向に沿った位置での側断面図である。
図１０（ｂ）において、表側電極８５Ａ同士は、肉盛り状のはんだ８７と、導電性材料で形成されている当接部材８１Ａとにより、表側電極同士が導通される。表側電極８５Ａと同電位となる当接部材８１Ａと、裏側電極８５Ｂと同電位となる補強板８１との電気的ショートを防止するため、両者間に隙間８９を設けている。つまり、補強板８１において、ロータ６１に近い側の短辺は圧電素子８２の外形形状より小さく形成され、当接部材８１Ａとの隙間８９を確保している。
また補強板８１と同電位となる裏側電極もロータ６１に近い側の短辺は圧電素子８２の外形形状より小さく形成され同様に隙間を確保している。

ここで、隙間８９の確保の方法としては、当接部材８１Ａ側に凹部８１Ｄを設けても同様の効果が得られることは言うまでもない。

以上の第三実施形態によれば、第一実施形態の(１)（２）(５)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。
（７）当接部材８１Ａを導電性のある材料で構成することにより、その電極導通部材としての機能と、本来の当接部材としての機能を兼ね備えることができるのでその構造を簡単にできる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態は、第一実施形態に対し当接部材に設けられる電極導通手段が、絶縁材料より形成された当接部材と、当該当接材料により位置決め、保持され、電気導通しかつ弾性力のあるバネ部材より形成され、当該バネ部材により表側電極同士を導通させる点が異なり、その他の構成は第一実施形態と同様である。

図１１（ａ）に本実施形態の斜視図を示す。 図１１（ｂ）は、電極導通部材８７と表側電極８５Ａとの接点部を通り、補強板８１の長手方向に沿った断面図である。当接部材８１Ａはセラミックや樹脂など絶縁性があり硬い材料より成っている。当接部材８１Ａと一体に成型され、突出して設けられた複数の電極導通部材８７はバネ性のある材料であり、プレス加工でその形を形成されている。そしてその両端は、それぞれ表側電極に接触し両電極の電気的導通を確保している。ここで、その先端は曲げ加工が施され圧電素子の電極にキズがつかないように工夫されている。

このような第四実施形態によれば、第一実施形態の(１)（２）（４）(５)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）はんだや導電ペーストを用いることなく表側電極と裏側電極の導通が可能となり、導通作業が当接部材８１Ａを組み込むだけで実現でき、圧電アクチュエータの製造が容易になる。また、はんだや導電性ペーストを硬化、反応させる加熱工程がなくなり熱による圧電素子の性能劣化を防ぐことが可能となる

［第五実施形態］
以下、本発明の第五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１２は、レンズユニット１０を右上方から見た斜視図であり、図１３は、レンズユニット１０を左上方から見た斜視図である。図１４（Ａ）、（Ｂ）は、カム部材６０の動作図であり、図１５（Ａ）、（Ｂ）は、カム部材７０の動作図である。

図１２ないし図１５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６６と、カム部材７０を回動駆動する圧電アクチュエータ７６とを備えている。そして、これらのうち、カム部材６０，７０および圧電アクチュエータ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、ロータ６１を有する略扇状の形状をしており、カム部材６０とロータ６１は固定されており、一体となり回転する。またカム部材６０は、筐体２０の外面部２５Ａに対して、ロータ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、ロータ７１を有する略レバー状の形状をしており、カム部材７０とロータ７１は固定されており、一体となり回転する。またカム部材７０は、筐体２０の外面部２５Ｂに対して、ロータ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、ロータ６１，７１の外周面には、ロータ６１，７１に略直交する平面内で振動する圧電アクチュエータ６６，７６が当接されている。この際、ロータ６１，７１に対する圧電アクチュエータ６６，７６の当接方向は特に限定されず、ロータ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、この開口内に圧電アクチュエータ６６，７６を配置し、ロータ６１，７１の外周面に圧電アクチュエータ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、圧電アクチュエータ６６，７６と接触しない大きさを有する。そして、この場合の圧電アクチュエータ６６，７６の支持は、筐体２０の外面部２５Ａ，２５Ｂ又はカバー部材１０Ａに固定されたバネ９２Ａ，９２Ｂによりロータ６１，７１方向に加圧されている。
また、ロータ６１，７１の外周面においては、特に圧電アクチュエータ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。圧電アクチュエータ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、ロータ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。

次に、図１４に基づいて、レンズユニット１０の動作を説明する。
まず、ロータ６１の外周に当接している圧電アクチュエータ６６が振動することにより、ロータ６１が所定角度で回動する。回動することによりロータ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１４（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１４（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、電圧の印加を他方の対角線上の電極８５Ａに切り替えて、図１４（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１４（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１５においても同様に、ロータ７１の外周に当接している圧電アクチュエータ７６が振動することにより、ロータ７１が所定角度で回動する。回動することによりロータ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１５（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１５（Ｂ）のように、筐体２０の端部側に寄る。
反対に、図１５（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１５（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に電圧を印加する表側電極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１４，図１５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。

以上の第五実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(９) 圧電アクチュエータ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、当接部材８１Ａがロータ６１，７１に接触しているので、圧電アクチュエータ６６，７６の振動を停止した場合には、凸部材８１Ａとロータ６１，７１外周との間の摩擦によりロータ６１，７１の回動角度を維持できる。

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。

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。

［参考文献１］
マイクロメカトロニクス（日本時計学会誌）Ｖｏｌ．４９ Ｎｏ，１９２ ２００５年６月 Ｐ２４〜２９ 論文 「薄型超音波モータの開発」

第一実施形態にかかる圧電アクチュエータの平面図、側断面図。 第一実施形態にかかる当接部材とロータの接触状態の別例を示す図。 第一実施形態圧電アクチュエータの駆動原理の説明図。 第一実施形態の駆動電圧入力方法の説明図。 第一実施形態にかかる圧電アクチュエータの裏面図。 第一実施形態の圧電アクチュエータの一部拡大斜視図。 図６のVIII-VIII断面図。 第一実施形態の当接部材の製造方法を示す斜視図。 第二実施形態にかかる圧電アクチュエータの図面。 第三実施形態の平断面図。 第四実施形態の圧電アクチュエータの一部斜視図と断面図。 第五実施形態にかかるレンズユニットを示す斜視図。 第五実施形態にかかるレンズユニットを示す斜視図。 第五実施形態のカム部材の動作図。 第五実施形態のカム部材の動作図。 従来例のオーバーハング実装構造の斜視図。 従来例のオーバーハング実装構造の側断面図。 従来例のワイヤーボンディング実装構造の斜視図。

符号の説明

１…駆動装置、１０…レンズユニット（機器）、６１，７１…ロータ、６６，７６…圧電アクチュエータ（振動体）、８１…補強板、８１Ａ…当接部材、８１Ｂ…腕部、８１Ｄ…凹部、８２…圧電素子、８３Ａ、８３Ｂ…溝、８４…リード基板、８５Ａ…表側電極、８５Ｂ…裏側電極、８７…はんだ、８８…パターン、８９…隙間、９１…絶縁膜、９２Ａ、９２Ｂ…バネ、９３…分極方向、９４、９５…矢印、８１２…凸部、８１３…凸部、８４１…導通パターン、８４１Ａ…オーバーハング部（リード）、８４３…リード線、９００…スルーホール、９１０…基材、９２０…ダイシング予定線、ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４…分割電極、ｄ…所定間隔。

Claims (8)

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補強板を備え、
   前記圧電素子の振動によって、被駆動体を移動させる圧電アクチュエータであって、
   前記補強板には、前記移動体に当接される当接部材が設けられ、
   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、
   前記表側電極同士は、当接部材に設けられた電極導通手段によって電気的に導通される、
   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、
   当接部材に設けられた電極導通手段とは、絶縁性の材料で構成され、電気的な導通が可能なパターンを備えた当接部材である、
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 請求項２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記絶縁性の材料とは、セラミック材である
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
4. 請求項１記載の圧電アクチュエータにおいて、
   当接部材に設けられた電極導通手段とは、
   当接部材が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、
   前記当接部材は、圧電素子より平面的に突出した位置に配置されている
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
6. 請求項１記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記当接部材に設けられた電極導通手段と
   前記当接部材とは被駆動体に対して反対側に設けられ、
   前記補強板と一体的に形成され、
   前記圧電素子より平面的に突出した凸部に設けられた電極導通手段
   の両方により、前記表側電極同士が電気的に導通される
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
7. 請求項１記載の圧電アクチュエータにおいて、
   当接部材に設けられた電極導通手段とは、
   絶縁材料より形成された当接部材と、当該当接材料により位置決め、保持され、電気導通しかつ弾性力のあるバネ部材より形成され、
   当該バネ部材により表側電極同士を導通させる
   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８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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