JP2007274777A - 圧電素子及び駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子に接続される配線部材の接続部分が圧電素子の動作に与える影響を低減して動作特性の向上が図れる圧電素子及び駆動装置を提供すること。
【解決手段】伸縮動作しない非伸縮部１５を端部に有する圧電素子１であって、伸縮動作する伸縮部１３の表面に設けられ非伸縮部１５の表面位置にまで延出して設けられる電極１７、１８と、その電極１７、１８に接続され非伸縮部１５の位置に設けられる入力端子１１、１２とを備えて構成されている。プリント配線基板８８が非伸縮部１５の位置にある入力端子１１、１２と半田付けされることにより、その半田付け部分が伸縮部１３の伸縮動作に影響を与えることを回避でき、良好な動作特性を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気信号の入力により伸縮する圧電素子及びその圧電素子を用いた駆動装置に関するものである。

従来、圧電素子を用いた駆動装置として、特許第２６３３０６６号公報に記載されるように、圧電素子の伸縮に応じて駆動棒を往復移動させ、その駆動棒に摩擦係合される鏡筒を駆動棒に沿って移動させる駆動装置が知られている。この駆動装置に用いられる圧電素子は、例えば、図７に示すように、二つの電極１０１、１０２に伸縮作動する伸縮部１０３が挟まれるように配置されている。帯状の電極１０１、１０２にはそれぞれリード線１０４、１０５が接続され、このリード線１０４、１０５を通じて作動信号が入力される。

特許第２６３３０６６号公報

しかしながら、このような駆動装置及び圧電素子にあっては、圧電素子の伸縮動作が効率よく行われないおそれがある。すなわち、リード線１０４、１０５が圧電素子の伸縮部の側部に接続されているため、リード線１０４、１０５の接続部分が圧電素子の伸縮動作を阻害することになり、圧電素子の本来の動作が十分行われないおそれがある。特にリード線１０４、１０５が半田付けにより接続される場合、その接続状態により伸縮動作がバラツクおそれもある。

そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、圧電素子に接続される配線部材の接続部分が圧電素子の動作に与える影響を低減できる圧電素子及び駆動装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る圧電素子は、伸縮動作しない非伸縮部を端部に有する圧電素子において、伸縮動作する伸縮部の表面に設けられ、かつ前記非伸縮部の表面位置にまで延出して設けられる電極と、前記電極に接続され前記非伸縮部の位置に設けられる接続端子とを備えて構成されている。

この発明によれば、接続端子が非伸縮部に設けられていることにより、電極に駆動信号を入力するための配線部材が非伸縮部で接続端子と半田付けなどによって接続されることとなる。このため、配線部材との接続部分が伸縮部の位置に存在しないため、その接続部分が伸縮部の伸縮動作に影響を与えることを回避できる。従って、良好な動作特性を得ることができる。また、接続端子が電極の端部に形成されるため、配線部材を接続端子に接続する際の半田の濡れ性がよく接続工程が円滑に行える。

また本発明に係る圧電素子において、前記電極は、前記伸縮部を挟んで二つ設けられ、前記接続端子は、二つの前記電極のそれぞれに設けられ、かつ同一の前記非伸縮部側に設けられていることが好ましい。

この発明によれば、二つの接続端子が圧電素子の同一端部に形成されているため、圧電素子をリフローによって配線部材に接続することができる。従って、圧電素子を用いた製品の製造性が良好なものとなる。

また本発明に係る駆動装置は、圧電素子の伸縮に応じて駆動軸を往復移動させ、前記駆動軸に摩擦係合される被駆動部材を前記駆動軸に沿って移動させる駆動装置において、前記圧電素子は、端部に形成され伸縮動作しない非伸縮部、伸縮動作する伸縮部の表面に設けられ前記非伸縮部の表面位置にまで延出して設けられる電極、及び前記電極に接続され前記非伸縮部の位置に設けられる接続端子を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、圧電素子の接続端子が非伸縮部に設けられていることにより、電極に駆動信号を入力するための配線部材が非伸縮部で接続端子と半田付けなどによって接続されることとなる。このため、配線部材との接続部分が伸縮部の位置に存在しないため、その接続部分が伸縮部の伸縮動作に影響を与えることを回避できる。従って、圧電素子の伸縮性能が良好なものとなり、被駆動部材の移動性能の向上が図れる。また、圧電素子の接続端子が電極の端部に形成されるため、配線部材を接続端子に接続する際の半田の濡れ性がよく接続工程が円滑に行える。

また本発明に係る駆動装置において、前記電極は、前記伸縮部を挟んで二つ設けられ、前記接続端子は、二つの前記電極のそれぞれに設けられ、かつ同一の前記非伸縮部側に設けられていることが好ましい。

この発明によれば、二つの接続端子が圧電素子の同一端部に形成されているため、圧電素子をリフローによって配線部材に接続することができる。従って、圧電素子の組み付けが容易に行え、装置の製造性の向上が図れる。

また本発明に係る駆動装置において、前記圧電素子の一方の端部に前記駆動軸が取り付けられ、他方の端部に前記接続端子に接続される配線部材が取り付けられていることが好ましい。

この発明によれば、圧電素子の端部に配線部材が接続されるため、圧電素子を装置に組み付ける際に配線部材が邪魔になりにくく、組み付け性が良好なものとなる。また、配線部材として帯状のプリント配線基板を用いれば、二つの接続端子を一つの配線部材で接続することができ、組み付け性がより良好なものとなる。

また本発明に係る駆動装置において、前記圧電素子において前記配線部材が取り付けられる端部が自由端とされ、前記配線部材が取り付けられる他方の端部に形成される非伸縮部が一方の端部に形成される非伸縮部より重く設けられていることが好ましい。

この発明によれば、配線部材が取り付けられる他方の端部に形成される非伸縮部を重く構成することにより、その非伸縮部を錘部材として機能させることができる。このため、圧電素子の伸縮の際にその一方側の端部を大きく変位させることができ、被駆動部材を効率よく移動させることができる。

本発明によれば、圧電素子に接続される配線部材の接続部分が圧電素子の動作に与える影響を低減でき、圧電素子を効率よく作動させることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る駆動装置の断面図である。図２は、本実施形態に係る駆動装置に用いられる圧電素子１の拡大側面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る駆動装置は、圧電素子１の伸縮に応じて駆動軸２を往復移動させ、駆動軸２に摩擦係合される被駆動部材３を駆動軸２に沿って移動させるものである。

圧電素子１は、電気信号の入力により伸縮可能な電気機械変換素子であり、所定の方向へ伸長及び収縮可能となっている。この圧電素子１は、プリント配線基板８８を介して制御部８１に接続され、その制御部８１により電気信号を入力されることにより伸縮する。例えば、圧電素子１には、二つの入力端子１１、１２が設置される。この入力端子１１、１２に印加される電圧を繰り返して増減させることにより、圧電素子１が伸長及び収縮を繰り返すこととなる。

プリント配線基板８８は、可撓性を有するフレキシブル配線基板を用いることが好ましい。この場合、プリント配線基板８８が圧電素子１の自由端の動きを妨げないため、圧電素子１の伸縮動作が円滑に行われる。

図２に示すように、圧電素子１は、その端部に非伸縮部１４、１５が形成されている。非伸縮部１４は、圧電素子１において駆動軸２が取り付けられる側の端部に形成されている。非伸縮部１５は、圧電素子１の自由端側であって、非伸縮部１４の反対側の端部に形成されている。非伸縮部１４、１５は、圧電素子１の伸縮動作に寄与しない部分であり、一般にダミー層と称される部分である。

非伸縮部１４、１５の間には、伸縮部１３が形成されている。伸縮部１３は、圧電素子１への電気信号の入力により伸縮動作する部分であり、活性層と称される部分である。この伸縮部１３は、例えば伸縮方向に沿って複数の内部電極１６が並設され、それらの内部電極１６の間にセラミックスを配設して構成される。

伸縮部１３の側部には、電極１７、１８が配設されている。電極１７、１８は、圧電素子１の表面に形成される電極であり、それぞれ内部電極１６に接続されている。電極１７、１８は、例えば伸縮部１３を挟んだ両側にそれぞれ設置される。電極１７、１８は、非伸縮部１５の側部の位置まで延出して設けられている。電極１７には入力端子１１が接続され、電極１８には入力端子１２が接続されている。

入力端子１１、１２は、配線部材であるプリント配線基板８８と接続するための接続端子として機能するものであり、非伸縮部１５の位置に設けられている。この入力端子１１、１２は、半田付けによりプリント配線基板８８と接続されている。また、入力端子１１、１２は、圧電素子１の角部に形状に合わせて断面Ｌ字形に形成することが好ましい。この場合、入力端子１１、１２が圧電素子１の側部のみならず端部側の表面を覆うこととなり、リフローによりプリント配線基板８８と接続しやすくなる。

入力端子１１、１２が設置される非伸縮部１５は、反対側に設けられる非伸縮部１４より大きく形成することが好ましい。この場合、非伸縮部１５の側部に入力端子１１、１２を設置するためのスペースが広くなり、入力端子１１、１２が設置しやすくなる。また、非伸縮部１５を大きくすることにより、非伸縮部１４より非伸縮部１５が重くなる。これにより、非伸縮部１５を錘部材として機能させることができ、圧電素子１の伸縮の際に駆動軸２を取り付けた側の端部を大きく変位させることができ、被駆動部材３を効率よく移動させることができることとなる。

また、非伸縮部１５を非伸縮部１４より質量の大きい材料で構成してもよい。例えば非伸縮部１５をセラミックスでなく金属により構成することにより非伸縮部１４より重く構成することができる。この場合であっても、非伸縮部１５を錘部材として機能させることができ、被駆動部材３を効率よく移動させることができる。

図１において、駆動軸２は、圧電素子１の伸縮方向に長手方向を向けて圧電素子１に取り付けられている。例えば、駆動軸２の一端が圧電素子１に当接され接着剤２１を用いて接着されている。この駆動軸２は、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。駆動軸２は、固定枠４から内側へ延びる仕切り部４ａ、仕切り部４ｃにより長手方向に沿って移動可能に支持されている。仕切り部４ｂ、仕切り部４ｃは、被駆動部材３の移動領域を仕切るための部材であり、駆動軸２の支持部材としても機能している。固定枠４は、圧電素子１、駆動軸２及び被駆動部材などを収容し組み付けるための筐体として機能する。

駆動軸２の材質は、軽く高剛性のものが適しており、その条件を満たすものとしてはベリリウムが理想的であるが、この材料は稀少金属であるため高価で且つ加工性が悪いという欠点を持っている。そこで本実施形態においては、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。（ここで、黒鉛複合体とは炭素の六角板状結晶体であるグラファイトとグラファイト以外の物質との複合体を意味し、カーボングラファイトとはグラファイトと無定形炭素からなる物質を意味する。また、グラファイトは黒鉛とも言われる。）この黒鉛複合体であるカーボングラファイトは、ベリリウムと似た特性を有しながら（ベリリウムの比重は約１．８５、カーボングラファイトの比重は約１．８である）、ベリリウムと異なって比較的安価であり加工しやすいという特性を有している。なお、駆動軸２の形状は円柱状に限定されるものではなく、角柱状でもよい。

仕切り部４ｂ、仕切り部４ｃには、駆動軸２を貫通させる貫通孔４ａがそれぞれ形成されている。仕切り部４ｂは、駆動軸２の圧電素子１取付部分の近傍箇所、すなわち駆動軸２の基端箇所を支持している。仕切り部４ｃは、駆動軸２の先端箇所を支持している。駆動軸２は、圧電素子１に取り付けられることにより、圧電素子１の伸長及び収縮の繰り返し動作に応じて、その長手方向に沿って往復移動する。

なお、図１では、駆動軸２を仕切り部４ｂ、４ｃによりその先端側と基端側の二箇所で支持する場合を示しているが、駆動軸２をその先端側又は基端側の一方で支持する場合もある。例えば、仕切り部４ｂの貫通孔４ａを駆動軸２の外径より大きく形成することにより、駆動軸２が仕切り部４ｃにより先端箇所のみで支持されることとなる。また、仕切り部４ｃの貫通孔４ａを駆動軸２の外径より大きく形成することにより、駆動軸２が仕切り部４ｂにより基端箇所のみで支持されることとなる。

また、図１では、駆動軸２を支持する仕切り部４ｂ、４ｃが固定枠４と一体になっている場合について示したが、これらの仕切り部４ｂ、４ｃは固定枠４と別体のものを固定枠４に取り付けて設けてもよい。別体の場合であっても、一体となっている場合と同様な機能、効果が得られる。

被駆動部材３は、駆動軸２に移動可能に取り付けられている。この被駆動部材３は、駆動軸２に対し摩擦係合されて取り付けられ、駆動軸２の長手方向に沿って移動可能となっている。例えば、被駆動部材３は、板バネ７により駆動軸２に圧接されて所定の摩擦係数で係合しており、一定の押圧力で駆動軸２に押し付けられることによってその移動の際に一定の摩擦力が生ずるように取り付けられている。この摩擦力を超えるように駆動軸２が移動することにより、慣性により被駆動部材３がその位置を維持し、その被駆動部材３に対し相対的に駆動軸２が移動する。

圧電素子１は、支持部材５により固定枠４に取り付けられている。支持部材５は、圧電素子１をその伸縮方向に対して側方から支持して取り付けるものであり、圧電素子１と固定枠４との間に配設されている。この場合、支持部材５により圧電素子１２をその伸縮方向と直交する方向から支持することが好ましい。この支持部材５は、圧電素子１を側方から支持して取り付ける取付部材として機能している。

支持部材５は、所定以上の弾性特性を有する弾性体により形成され、例えばシリコーン樹脂により形成される。支持部材５は、圧電素子１を挿通させる挿通孔５ａを形成して構成され、その挿通孔５ａに圧電素子１を挿通させた状態で固定枠４に組み付けられている。支持部材５の固定枠４への固着は、接着剤２２による接着により行われる。また、支持部材５と圧電素子１の間の固着も、接着剤による接着により行われる。この支持部材５を弾性体によって構成することにより、圧電素子１をその伸縮方向に移動可能に支持することができる。図１において、支持部材５が圧電素子１の両側に二つ図示されているが、この支持部材５、５は環状の支持部材５の断面をとることによって二つに図示されたものである。

なお、支持部材５の固定枠４への固着及び圧電素子１への固着は、固定枠４と圧電素子１の間に支持部材５を圧入し、支持部材５の押圧によって行ってもよい。例えば、支持部材５を弾性体により構成し、かつ、固定枠４と圧電素子１の間より大きく形成して、その間に圧入して設置する。これにより、支持部材５は、固定枠４及び圧電素子１に密着して配設される。この場合、圧電素子１は、支持部材５により伸縮方向に直交する方向の両側から押圧される。これによって、圧電素子１が支持される。

また、ここでは支持部材５をシリコーン樹脂で形成する場合について説明したが、支持部材５をバネ部材により構成してもよい。例えば、固定枠４と圧電素子１の間にバネ部材を配置し、このバネ部材によって圧電素子１を固定枠４に対し支持してもよい。

被駆動部材３には、レンズ枠９１を介して移動レンズ９０が取り付けられている。移動レンズ９０は、カメラの撮影光学系を構成するものであり、駆動装置の移動対象物となるものである。この移動レンズ９０は、被駆動部材３と一体的に設けられ、被駆動部材３と共に移動するように設けられている。移動レンズ９０の光軸Ｏ上には、図示しない固定レンズなどが配設され、カメラの撮影光学系を構成している。また、光軸Ｏ上には、撮像素子８２が配設されている。撮像素子８２は、撮影光学系により結像された画像を電気信号に変換する撮像手段であり、例えばＣＣＤにより構成される。撮像素子８２は、制御部８１と接続されており、画像信号を制御部８１に出力する。

駆動装置には、被駆動部材３の移動位置を検出する検出器８３が設けられている。検出器８３としては、例えば光学式の検出器が用いられ、フォトリフレクタ、フォトインタラプタなどが用いられる。具体的には、検出器８３としてリフレクタ８３ａ、検出部８３ｂを備えたものを用いる場合、被駆動部材３と一体に形成されるレンズ枠９１にリフレクタ８３ａを取り付け、検出部８３ｂからリフレクタ８３ａ側へ検出光を出射し、リフレクタ８３ａ側で反射してくる反射光を検出部８３ｂで検出することにより被駆動部材３及び移動レンズ９０の移動位置を検出する。

検出器８３は、制御部８１に接続されている。検出器８３の出力信号は制御部８１に入力される。制御部８１は、駆動装置全体の制御を行うものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路などにより構成される。また、制御部８１は、圧電素子１を作動させるための駆動回路を備えており、圧電素子１に対し駆動のための電気信号を出力する。

図３は、図１のIII−IIIにおける被駆動部材３の摩擦係合部分の断面図である。

図３に示すように、被駆動部材３は、板バネ７により駆動軸２に圧接されて摩擦係合している。被駆動部材３にはＶ字状の溝３ａが形成されている。この溝３ａには、その表面に沿って摺動板３ｂが付設されている。摺動板３ｂは、駆動軸２と摺動する板体であり、溝３ａの表面形状に応じて断面Ｖ字状に屈曲して設けられている。摺動板３ｂの被駆動部材３への付設は、例えば接着により行われる。また、被駆動部材３と共に摺動板３ｂを一体成形して設けてもよい。この摺動板３ｂは、例えば被駆動部材３より硬質な素材により構成される。

駆動軸２は、溝３ａ内に配され、摺動板３ｂに当接して設置されている。この駆動軸２を被駆動部材３との間で挟むように、板バネ７が設けられている。板バネ７は、駆動軸２に対し交差する方向に向けて配設されており、例えば駆動軸２の軸方向と直交する方向に配設される。

板バネ７は、Ｌ字状に屈曲して形成されており、駆動軸２と当接する板片７１とその板片７１に対し屈曲して形成される板片７２とを備えている。ここで、Ｌ字状とは、板片７１、７２が９０度の垂直になっている場合のみならず、それらのなす角が９０±２０度程度のほぼＬ字状になっているものも含むものである。

板片７１、７２の各端部は、それぞれ被駆動部材３に掛止されている。すなわち、板バネ７の両端はネジ止めなどされておらず、被駆動部材３にそれぞれ掛止されて取り付けられている。板片７１の端部は、被駆動部材３に鈎状に形成される掛止部３ｄに掛止されている。板片７２の端部は、被駆動部材３に鈎状に形成される掛止部３ｅに掛止されている。板片７２の端部には、外側に屈曲する鈎部７２ａが形成されている。鈎部７２ａは、掛止部３ｅと係合しており、板片７２がその長手方向にすり抜けることが防止されている。

板片７１の端部には、外側に突出する突起部７１ａが形成されている。突起部７１ａは、板バネ７を被駆動部材３と点接触させるための部位である。この突起部７１ａは、例えば、板バネ７の端部の中央部分を長手方向に沿って逆Ｖ字状に屈曲させて形成される。

板バネ７の板片７１の中間部分には、逆Ｖ字状に屈曲させた摺動部７１ｃが形成されている。摺動部７１ｃは、駆動軸２に当接され、駆動軸２を押圧している。これにより、被駆動部材３と駆動軸２が所定の押圧力で圧接され、所定の摩擦係数で摩擦係合した状態となっている。この摺動部７１ｃは、被駆動部材３の溝３ａと対面する位置に形成される。

板バネ７の屈曲部分には、外側へ突出する湾曲部７３が形成されている。湾曲部７３は、板片７１と板片７２の屈曲部分に設けられ、板片７１と板片７２を直角に屈曲した場合と比べてその屈曲外側へ湾曲状に突出させて形成されている。

このように、断面Ｖ字状の摺動板３ｂと断面逆Ｖ字状の摺動部７１ｃにより駆動軸２を挟み込むことにより、被駆動部材３が駆動軸２に複数箇所で線接触することになり、駆動軸２に対し安定して摩擦係合させることができる。また、複数箇所の線接触状態により被駆動部材３が駆動軸２に係合しているため、実質的に被駆動部材３が駆動軸２に面接触状態で係合していると同様な係合状態となり、安定した摩擦係合が実現できる。

なお、図２においては摺動板３ｂが断面Ｖ字状とされ摺動部７１ｃが断面逆Ｖ字状とされているが、摺動板３ｂ及び摺動部７１ｃを駆動軸２の周面に沿った断面円弧状の板体として構成して、駆動軸２に面接触させてもよい。この場合、被駆動部材３が駆動軸２に面接触状態で係合するため、被駆動部材３を駆動軸２に対しより安定して摩擦係合することができる。

図４は、圧電素子１を作動させる駆動回路の回路図である。

図４に示すように、駆動回路８５は、制御部８１内に配置されて設けられている。この駆動回路８５は、圧電素子１のドライブ回路として機能するものであり、圧電素子１に対し駆動用の電気信号を出力する。駆動回路８５は、制御部８１の制御信号生成部（図示なし）から制御信号を入力し、その制御信号を電圧増幅又は電流増幅して圧電素子１の駆動用電気信号を出力する。駆動回路８５は、例えば入力段を論理回路Ｕ１〜Ｕ３により構成し、出力段に電界効果型のトランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１、Ｑ２を備えたものが用いられる。トランジスタＱ１、Ｑ２は、出力信号として、Ｈ出力（高電位出力）、Ｌ出力（低電位出力）及びＯＦＦ出力（オープン出力）を出力可能に構成されている。

図５に駆動回路８５に入力される入力信号、図６に駆動回路８５から出力される出力信号を示す。図５（Ａ）は、被駆動部材３を圧電素子１に接近させる方向（図１において右方向）に移動させる際に入力される入力信号であり、図５（Ｂ）は、被駆動部材３を圧電素子１から離間させる方向（図１において左方向）に移動させる際に入力される入力信号である。また、図６（Ａ）は、被駆動部材３を圧電素子１に接近させる方向（図１において右方向）に移動させる際に出力される出力信号であり、図６（Ｂ）は、被駆動部材３を圧電素子１から離間させる方向（図１において左方向）に移動させる際に出力される出力信号である。

図６（Ａ）、（Ｂ）の出力信号は、図５（Ａ）、（Ｂ）の入力信号と同一タイミングでオンオフするパルス信号となっている。図６（Ａ）、（Ｂ）における二つの信号は、圧電素子１の入力端子１１、１２に入力される。この入力端子１１、１２には、台形波形状の電圧信号を入力してもよいが、図６に示す矩形状のパルス信号を入力して圧電素子１を作動させることができる。この場合、圧電素子１の駆動信号が矩形状のパルス信号でよいため、その信号生成が容易なものとなる。

図６（Ａ）、（Ｂ）の出力信号は、同一周波数となる二つの矩形状のパルス信号により構成されている。この二つのパルス信号は、互いの位相を異ならせることにより、互いの信号の電位差が段階的に大きくなり急激に小さくなる信号又は電位差が急激に大きくなって段階的に小さくなる信号となっている。このような二つの信号を入力することにより、圧電素子１の伸長速度と収縮速度を異ならせることができ、被駆動部材３を移動させることができる。

例えば、図６（Ａ）、（Ｂ）において、一方の信号がＨ（ハイ）となりＬ（ロー）に低下した後に他方の信号がＨとなるように設定されている。それらの信号において、一方の信号がＬになった際に一定のタイムラグｔ_ＯＦＦの経過後、他方の信号がＨとなるように設定される。また、二つの信号が両方ともＬの場合には、出力としてはオフ状態（オープン状態）とされる。

この図６の（Ａ）、（Ｂ）の出力信号、すなわち圧電素子１を作動させる電気信号は、可聴周波数を超える周波数の信号が用いられる。図６（Ａ）、（Ｂ）において、二つの信号の周波数は、可聴周波数を超える周波数信号とされ、例えば、３０〜８０ｋＨｚの周波数信号とされ、より好ましくは４０〜６０ｋＨｚとされる。このようは周波数の信号を用いることにより、圧電素子１の可聴領域における作動音を低減することができる。

また、圧電素子１を作動させる駆動信号（電気信号）の駆動周波数をｆとし、圧電素子１及び駆動軸２における振動の共振周波数をｆ_０とした場合、ｆ≧２^１／２・ｆ_０の関係を満たすことが好ましい。この場合、圧電素子１の伸縮動作による振動の振動伝達率を１以下の範囲に抑えることができ、共振の影響を低減することができる。周波数の組み合わせとしては、例えば共振周波数ｆ_０を７０ｋＨｚ以下とし、駆動周波数ｆを５０〜１００ｋＨｚとすることにより、上述したｆ≧２^１／２・ｆ_０の関係を満たすことができる。

次に、本実施形態に係る駆動装置の動作について説明する。

図１において、圧電素子１に電気信号が入力され、その電気信号の入力により圧電素子１が伸長及び収縮を繰り返す。この伸長及び収縮に応じて駆動軸２が往復運動する。このとき、圧電素子１の伸長速度と収縮速度を異ならせることにより、駆動軸２が一定の方向へ移動する速度とその逆方向へ移動する速度が異なることとなる。これにより、被駆動部材３及び移動レンズ９０を所望の方向へ移動させることができる。

圧電素子１が伸縮する際、圧電素子１の入力端子１１、１２が非伸縮部１５の位置に設けられているので、入力端子１１、１２とプリント配線基板８８との半田接続部分が圧電素子１の伸縮動作の妨げにならない。このため、圧電素子１の伸縮動作により効率よく被駆動部材３及び移動レンズ９０を移動させることができる。

また、非伸縮部１５を非伸縮部１４より重く構成することにより、非伸縮部１５を錘部材として機能させることができ、圧電素子１の伸縮力が駆動軸２側へ伝達されやすくなり、被駆動部材３及び移動レンズ９０の移動特性の向上が図れる。

さらに、圧電素子１が伸縮する際に、その伸縮による振動が生ずるが、圧電素子１を支持部材５によって伸縮方向に対し側方から支持されているため、圧電素子１の伸縮により生ずる振動が圧電素子１及び駆動軸２の外部へ伝達されにくい。このため、圧電素子１及び駆動軸２が固定枠４などの外部の部材と共振することが抑制され、その共振の影響を低減することができる。従って、被駆動部材３及び移動レンズ９０を正確に移動させることができる。

以上のように、本実施形態に係る圧電素子１によれば、入力端子１１、１２が非伸縮部１５に設けられていることにより、電極１７，１８に駆動信号を入力するための配線部材が非伸縮部１５で入力端子１１、１２と半田付けされている。このため、プリント配線基板８８などの配線部材との接続部分が伸縮部１３の位置に存在しないため、その接続部分が伸縮部１３の伸縮動作に影響を与えることを回避できる。例えば、配線部材との半田接続部分が伸縮部１３の位置にあると、半田接続部分が強固なため伸縮部１３の伸縮動作の妨げになるが、本実施形態に係る圧電素子１ではそのような不具合を回避できる。従って、良好な動作特性を得ることができる。

また本実施形態に係る圧電素子１によれば、入力端子１１、１２が電極１７、１８の端部に形成されるため、配線部材を入力端子１１、１２に接続する際の半田の濡れ性がよく、配線部材の接続作業が円滑に行える。すなわち、入力端子１１、１２が電極１７、１８の端部に形成されるため、半田付けする際に入力端子１１、１２に与えた熱が他の部分に逃げにくく、半田の濡れ性が良好なものとなる。これにより、入力端子１１、１２への配線部材の接続が容易に行え、接続作業が円滑なものとなる。

さらに、二つの入力端子１１、１２が圧電素子１の同一端部に形成されているため、圧電素子１をリフローによってプリント配線基板８８などの配線部材に取り付けることができる。従って、圧電素子１を用いた駆動装置の製造が効率よく行え、その製造性が良好なものとなる。

本実施形態に係る駆動装置によれば、圧電素子１の入力端子１１、１２が非伸縮部１５の位置に設けられていることにより、電極１７、１８に配線部材が非伸縮部１５の位置で入力端子１１、１２と半田付けされることとなる。このため、配線部材との接続部分が伸縮部１３の位置に存在しないため、その接続部分が伸縮部１３の伸縮動作に影響を与えることを回避できる。従って、圧電素子１の伸縮性能が良好なものとなり、被駆動部材３の移動性能の向上が図れる。

また、圧電素子１の入力端子１１、１２が電極１７、１８の端部に形成されるため、配線部材を入力端子１１、１２に接続する際の半田の濡れ性がよく接続工程が円滑に行える。

また、本実施形態に係る駆動装置によれば、二つの入力端子１１、１２が圧電素子１の同一端部に形成されているため、圧電素子１をリフローによって配線部材に接続することができる。従って、圧電素子１の組み付けが容易に行え、駆動装置の製造性の向上が図れる。

また、圧電素子１の端部に配線部材が接続されるため、圧電素子１を装置に組み付ける際に配線部材が邪魔になりにくく、組み付け性が良好なものとなる。また、配線部材として帯状のプリント配線基板８８を用いることにより、二つの入力端子１１、１２を一つの配線部材で接続することができ、組み付け性がより良好なものとなる。

また、配線部材が取り付けられる他方の端部に形成される非伸縮部１５を重く構成することにより、その非伸縮部１５を錘部材として機能させることができる。このため、圧電素子１が伸縮する際に駆動軸２側の端部を大きく変位させることができ、被駆動部材３を効率よく移動させることができる。

さらに、本実施形態に係る駆動装置をカメラの撮影光学系における構成部品のアクチュエータとして用いることにより、駆動機構を小型に構成でき、カメラの小型化が実現できる。また、携帯電話のカメラの撮影光学系における構成部品のアクチュエータとして用いることにより、駆動機構を小型に構成でき、携帯電話の小型化が実現できる。その他、ｗｅｂカメラなどのアクチュエータとして用いることもできる。

なお、上述した実施形態は本発明に係る圧電素子及び駆動装置の一例を示すものである。本発明に係る圧電素子及び駆動装置は、これらの実施形態に係る圧電素子及び駆動装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る圧電素子、駆動装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、本実施形態では、移動レンズを駆動する駆動装置に適用した場合について説明したが、移動レンズ以外の物を駆動する駆動装置に適用してもよい。

また、本実施形態では、圧電素子１を支持部材５を介し固定枠４に取り付けて圧電素子１の端部を自由端にした場合について説明したが、圧電素子１の端部を直接固定枠４に取り付けるものであってもよい。

本発明の実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。 図１の駆動装置における圧電素子の拡大図である。 図１のIII−IIIにおける被駆動部材の断面図である。 図１の駆動装置における駆動回路を示す図である。 図４の駆動回路に入力される入力信号の波形図である。 図４の駆動回路から出力される出力信号の波形図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１…圧電素子、２…駆動軸、３…被駆動部材、４…固定枠、５…支持部材、７…板バネ、１１…入力端子、１２…入力端子、１３…伸縮部、１４…非伸縮部、１５…非伸縮部、１６…内部電極、１７…電極、１８…電極、８８…プリント配線基板。

Claims (6)

1. 伸縮動作しない非伸縮部を端部に有する圧電素子において、
   伸縮動作する伸縮部の表面に設けられ、かつ前記非伸縮部の表面位置にまで延出して設けられる電極と、
   前記電極に接続され前記非伸縮部の位置に設けられる接続端子と、
   を備えた圧電素子。
2. 前記電極は、前記伸縮部を挟んで二つ設けられ、
   前記接続端子は、二つの前記電極のそれぞれに設けられ、かつ同一の前記非伸縮部側に設けられていること、
   を特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
3. 圧電素子の伸縮に応じて駆動軸を往復移動させ、前記駆動軸に摩擦係合される被駆動部材を前記駆動軸に沿って移動させる駆動装置において、
   前記圧電素子は、端部に形成され伸縮動作しない非伸縮部、伸縮動作する伸縮部の表面に設けられ前記非伸縮部の表面位置にまで延出して設けられる電極、及び前記電極に接続され前記非伸縮部の位置に設けられる接続端子を備えたこと、
   を特徴とする駆動装置。
4. 前記電極は、前記伸縮部を挟んで二つ設けられ、
   前記接続端子は、二つの前記電極のそれぞれに設けられ、かつ同一の前記非伸縮部側に設けられていること、
   を特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記圧電素子の一方の端部に前記駆動軸が取り付けられ、他方の端部に前記接続端子に接続される配線部材が取り付けられていることを特徴とすることを特徴とする請求項３又は４に記載の駆動装置。
6. 前記圧電素子において前記配線部材が取り付けられる端部が自由端とされ、
   前記配線部材が取り付けられる他方の端部に形成される非伸縮部が一方の端部に形成される非伸縮部より重く設けられていること、
   を特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の駆動装置。

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