JP2008243902A - 積層圧電素子の接着方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧電効率の減少を最小限に抑え、接着剤の剥離を防止すること。
【解決手段】内部電極が積層され、外周部に不感帯部分を持つ積層圧電素子(341−1)の伸縮方向の一端面(341−1a)に圧電素子固定部(341−2)を接着し、積層圧電素子(341−1)の伸縮方向の他端面(341−1b)に振動摩擦部(342)を接着する際、圧電素子固定部(341−2)に、第1の環状接着剤ダマリ(341−2a)を形成し、第1の環状接着剤ダマリに柔軟接着剤を溜めて、積層圧電素子の一端面(341−1a)を圧電素子固定部(341−2)に接着する。振動摩擦部(342)に、積層圧電素子の他端部の位置をガイドするための位置決めガイド穴(342c)と第2の環状接着剤ダマリ(342d)とを形成し、第2の環状接着剤ダマリに柔軟性接着剤を溜めて、積層圧電素子の他端面(341−1b)を振動摩擦部(342)に接着する。
【選択図】 図16

Description

本発明はリニアアクチュエータに関し、特に、リニアアクチュエータの駆動源として使用される積層圧電素子の接着方法に関する。
従来から、カメラのオートフォーカス用アクチュエータやズーム用アクチュエータとして、圧電素子を使用したリニアアクチュエータが使用されている。
例えば、特許文献1は、レンズホルダを移動させるのに、圧電素子の伸縮方向の一端にガイド棒を接着し、ガイド棒にレンズホルダを移動可能に支持させ、ガイド棒とレンズホルダとの間に摩擦力を発生させる板バネとを備えた駆動装置を開示している。特許文献1では、圧電素子に伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように電圧を印加している。
また、特許文献2は、圧電素子と、この圧電素子に結合して圧電素子の伸縮方向に延在する駆動軸(耐摩耗性の振動棒)と、この駆動軸に摩擦結合した被駆動部材(レンズホルダ)とを備えた駆動装置を開示している。この特許文献2では、圧電素子に印加する駆動信号を工夫して、レンズホルダを駆動している。
さらに、特許文献3は、小型化され、レンズホルダの位置精度を向上することができる光学モジュールを開示している。この特許文献3に開示された光学モジュールは、レンズを保持するレンズホルダと、レンズホルダ支持体と、レンズの光軸まわりに回転対称な位置に設けられた複数の圧電素子と、圧電素子に固定さると共に、レンズの光軸まわりに回転対称な位置に設けられた複数の重りとを備えている。レンズホルダはレンズの光軸方向に移動可能である。レンズホルダ支持体は、内部に円筒部を有し、その円筒部の内周面にレンズホルダをレンズの光軸方向へ摺動可能に支持している。また、レンズホルダ支持部は、円筒部の内周面とレンズホルダの外周面との間に生じる静止摩擦力により、レンズホルダをレンズの光軸方向の任意の位置に保持する。複数の圧電素子は、伸びる速度と縮む速度とが異なるように電圧が印加され、かつレンズの光軸方向に伸縮する。そして、複数の圧電素子の伸縮方向の一方の面が、レンズホルダのレンズの光軸方向の一端部側の面に固定されている。複数の重りは、圧電素子における伸縮方向の他方の面に固定されている。
とにかく、特許文献3に開示された光学モジュールでは、圧電素子の伸縮により生じる重りの「慣性力」により、レンズホルダを移動させている。圧電素子としては、複数の圧電層(内部電極)を積層した積層圧電素子が使用される。特許文献3において、圧電素子の一端がレンズホルダ(移動部)に固定され、圧電素子の他端が重りに固定されている。すなわち、圧電素子とレンズホルダと重りとの組合せによってレンズユニットが構成され、レンズユニットがレンズホルダ支持体に対してレンズの光軸方向に摺動可能に支持されている。そして、特許文献3において、重りの他端は何処にも固定されておらず、圧電素子と重りはレンズホルダ(移動部)に対してぶら下がっている状態になっている。
上記特許文献1乃至3においては、図21に示されるように、圧電素子は、その伸縮方向の上下端面が接着剤により一様に筐体(支持部材、支持板、重り固定用部材)や駆動対象物(ガイド棒、駆動軸、レンズホルダ)に接着されている。ここでは、筐体や駆動対象物を、一纏めにして接着対象物と呼ぶことにする。
特許第2633066号公報 特許第3218851号公報 特開2006−184565号公報
ところで、積層圧電素子は、図22(A)に示されるように、柱状(直方体の形状)に構成されている。そして、図22(A)に示されるように、積層圧電素子の内部には、その外形よりもさらにサイズ(大きさ)が一回り小さい内部電極と圧電材料とが交互に積層されている。この内部電極が対向する部分が、積層圧電素子の変位に寄与する部分(部位)となる。
例えば、積層圧電素子のサイズが、0.9[mm]×0.9[mm]×1.5[mm]であるとき、有効内部電極サイズは、0.6[mm]×0.6[mm]である。圧電材料としてはPZTのような低Qm材が使用される。厚さ20[μm]の圧電材料と厚さ2[μm]の内部電極とを交互に櫛形に50層積層することによって、積層圧電素子が製造される。一方、上記部位(有効内部電極)の外側に位置する周辺部は、不感帯となり、電極対向部で発生する変位を抑制するように働く。
一般的に、積層圧電素子は、内部電極の大きさ(サイズ)が大きい程、変位に寄与する面積が大きくなり、効率的な圧電効果が得られる。しかしながら、内部電極のサイズが大き過ぎて内部電極が不要に外側面にはみ出すと、電気的短絡によって電圧が印加されず、圧電効果が得られない。そこで、図22(B)に示されるように、内部電極と外側面間にはある程度のクリアランス(上記の例では、0.15mm)が必要となる。
携帯電話等に搭載されるモバイル用途のカメラは年々小型化されており、そのカメラに搭載される積層圧電素子も1mm角程度と小型である。そのため、上記不感帯部分(クリアランス部)が積層圧電素子の変位を抑制する働きを無視することができなくなっている。
その影響として、図23(A)に示されるような、初期状態の直方体形状の積層圧電素子は、電圧が印加されると、図23(B)に示されるように、内部電極が存在する中央部の変位が最も大きくなり、その中央部の周辺部である不感帯部分の変位が最も小さくなる。
図23(B)に示されるように変形する積層圧電素子に対して、従来は、図21に示されるように、接着対象物に対して、積層圧電素子の上下端面を一様に接着剤で接着していた。このような、従来の接着方法の場合、積層圧電素子の上下端面が弓形に変形しようとする力に対して、これを阻止しようとする方向に接着剤の力が働く。従って、この時の変位量の最大値は、図23(B)に示されるように、上下端面が未接着でフリーな状態の場合の積層圧電素子に比べて小さくなる。
また、図21に示されるような、従来の接着方法では、積層圧電素子の変位(伸縮)の際に接着剤(接着部)に応力がかかるので、接着剤が接着対象物または積層圧電素子の端面から剥離してしまうという恐れもある。
そこで本発明の課題は、圧電効率の減少を最小限に抑えることができる、積層圧電素子の接着方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、接着剤の剥離を防止することができる、積層圧電素子の接着方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、説明が進むにつれて明らかになるだろう。
本発明の第1の態様によれば、内部電極が積層され、外周部に不感帯部分を持つ積層圧電素子(341−1;441−1)の伸縮方向の端面(341−1a;341−1b;441−1a;441−1b)を、接着対象物(341−2;342;441−2;442)に接着する方法において、前記積層圧電素子の前記不感帯部分で、前記積層圧電素子の前記端面に柔軟性接着剤を塗布して、前記積層圧電素子の前記端面(341−1a;341−1b;441−1a;441−1b)を前記接着対象物(341−2;342;441−2;442)に接着することを特徴とする積層圧電素子の接着方法が得られる。
上記本発明の第1の態様による積層圧電素子の接着方法において、前記接着対象物(341−2;441−2)に、前記積層圧電素子の前記不感帯部分と対応する位置に環状接着剤ダマリ(341−2a;441−2a)を形成し、該環状接着剤ダマリに前記柔軟性接着剤を溜めて、前記積層圧電素子の前記端面(341−1a;441−1a)を前記接着対象物(341−2;441−2)に接着するようにしてよい。その代わりに、前記接着対象物(342;442)に、前記積層圧電素子の一端部の位置をガイドするための位置決めガイド穴(342c;442c)と前記積層圧電素子の前記不感帯部分と対応する位置に環状接着剤ダマリ(342d;442d)とを形成し、前記環状接着剤ダマリに前記柔軟性接着剤を溜めて、前記積層圧電素子の前記端面(341−1b;441−1b)を前記接着対象物(342;442)に接着するようにしてよい。或いは、前記接着対象物の前記積層圧電素子の前記端面との接触面を、前記内部電極の大きさと実質的に等しいサイズになるような先細り形状とし、前記積層圧電素子の前記端面の前記不感帯部分に前記柔軟性接着剤を塗布して、前記積層圧電素子の前記端面を前記接着対象物に接着するようにしてもよい。
本発明の第2の態様によれば、内部電極が積層され、外周部に不感帯部分を持つ積層圧電素子(341−1;441−1)の伸縮方向の第1及び第2の端面(341−1a,341−1b:441−1a,441−1b)を、それぞれ、第1及び第2の接着対象物(341−2,342;441−2,442)に接着する方法において、前記積層圧電素子の前記不感帯部分で、前記積層圧電素子の前記第1及び第2の端面(341−1a,341−1b:441−1a,441−1b)に柔軟性接着剤を塗布して、前記積層圧電素子の前記第1及び第2の端面をそれぞれ前記第1及び第2の接着対象物(341−2,342;441−2,442)に接着することを特徴とする積層圧電素子の接着方法が得られる。
本発明の第2の態様による積層圧電素子の接着方法において、前記第1の接着対象物は前記積層圧電素子を固定するための圧電素子固定部(341−2;441−2)から成り、第2の接着対象物は振動摩擦部(342;442)から成ってよい。この場合、前記積層圧電素子(341−1;441−1)の前記第1の端面(341−1a;441−1a)に前記圧電素子固定部(341−2;441−2)が前記柔軟性接着剤で接着され、前記積層圧電素子(341−1;441−1)の前記第2の端面(341−1b;441−1b)に前記振動摩擦部(342;442)が前記柔軟性接着剤で接着される。そして、前記圧電素子固定部(341−2;441−2)に、前記積層圧電素子の前記不感帯部分と対応する位置に第1の環状接着剤ダマリ(341−2a;441−2a)を形成し、該第1の環状接着剤ダマリに前記柔軟性接着剤を溜めて、前記積層圧電素子の前記第1の端面(341−1a;441−1a)を前記圧電素子固定部(341−2;441−2)に接着し、前記振動摩擦部(342;442)に、前記積層圧電素子の他端部の位置をガイドするための位置決めガイド穴(342c:442c)と前記積層圧電素子の前記不感帯部分と対応する位置に第2の環状接着剤ダマリ(342d;442d)とを形成し、前記第2の環状接着剤ダマリに前記柔軟性接着剤を溜めて、前記積層圧電素子の前記第2の端面(341−1b;441−1b)を前記振動摩擦部(342;442)に接着するようにしてよい。
尚、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。
本発明では、積層圧電素子の変位を抑制する部分(不感帯部分)で柔軟性接着剤を塗布しているので、圧電効率の減少を最小限に抑えることができる。また、柔軟性接着剤を変形させることによって、接着剤の剥離を防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の一実施の形態によるリニアアクチュエータ20を示す外観斜視図である。ここでは、図1に示されるように、直交座標系(X,Y,Z)を使用している。図1に図示した状態では、直交座標系(X,Y,Z)において、X軸は前後方向(奥行方向)であり、Y軸は左右方向(幅方向)であり、Z軸は上下方向(高さ方向)である。そして、図1に示す例においては、上下方向Zがレンズの光軸O方向である。
図示のリニアアクチュエータ20は、第1のベース部21と第2のベース部22とから成る静止部材を備えている。第1及び第2のベース部21及び22は、互いにレンズの光軸O方向に所定距離離間して配置されている。図示の例では、第1のベース部21は上下方向Z(レンズの光軸O方向)の上側に配置され、第2のベース部22は上下方向Z(レンズの光軸O方向)の下側に配置されている。第1のベース部21と第2のベース部22との間には、実質的に四角筒形状の外側カバー24が設けられている。この外側カバー24の内部に、リニアアクチュエータ20のアクチュエータ本体(後述する)が搭載されている。
第1のベース21は、レンズの光軸Oを中心軸とした円筒部211を有する。この円筒部211に、第1群固定レンズFLが固定して配置されている。
なお、図示はしないが、第2のベース22の中央部には、基板に配置された撮像素子が搭載される。この撮像素子は、第1群固定レンズFL、第2群レンズ(後述する)、および第3群レンズ(後述する)により結像された被写体像を撮像して電気信号に変換する。撮像素子は、例えば、CCD(charge coupled device)型イメージセンサ、CMOS(complementary metal oxide semiconductor)型イメージセンサ等により構成される。
図2は、図1のリニアアクチュエータ20から外側カバー24を取り外して示したリニアアクチュエータ20の斜視図である。図3は、図2に示したリニアアクチュエータ20の分解斜視図である。
図2および図3に示されるように、リニアアクチュエータ20は、ズームレンズ駆動ユニット30と、オートフォーカスレンズ駆動ユニット40とを備えている。ズームレンズ駆動ユニット30は第1のベース部21側に配置され、オートフォーカスレンズ駆動ユニット40は第2のベース部22側に配置されている。換言すれば、ズームレンズ駆動ユニット30は上下方向Z(レンズの光軸O方向)の上側に配置され、オートフォーカスレンズ駆動ユニット40は上下方向Z(レンズの光軸O方向)の下側に配置されている。
ここでは、ズームレンズ駆動ユニット30を第1の駆動ユニットとも呼び、オートフォーカスレンズ駆動ユニット40を第2の駆動ユニットとも呼ぶ。後述するように、ズームレンズ駆動ユニット(第1の駆動ユニット)30およびオートフォーカスレンズ駆動ユニット(第2の駆動ユニット)40の各々は、レンズの光軸Oを2回回転軸とした実質的に2回回転対称な構造をしている。
第1のベース部21は、レンズの光軸Oを中心とした対角線方向の角部に上下方向Zに沿って下方へ突出する一対の第1の突出部212を有する。第2のベース部22は、レンズの光軸Oを中心とした対角線方向の角部に上下方向Zに沿って下方へ突出する一対の第2の突出部222を有する。後述するように、一対の第1の突出部212には一対の第1の圧電ユニット341が設けられ、一対の第2の突出部222には一対の第2の圧電ユニット441が設けられる。
図3に示されるように、静止部材は一対のメインシャフト28を含む。一対のメインシャフト28は、レンズの光軸Oまわりに回転対称な位置に配置されている。一対のメインシャフト28は、第1のベース部21と第2のベース22との間でレンズの光軸方向Oと平行に延在している。一対のメインシャフト28の一端(上端)は第1のベース部21に固定され、他端(下端)は第2のベース部22に固定されている。
本例では、ズームレンズは第2群可動レンズ(第1のレンズ)と呼ばれ、オートフォーカスレンズは第3群可動レンズ(第2のレンズ)と呼ばれる。ズームレンズ駆動ユニット(第1の駆動ユニット)30と第1のベース部21との組合せは第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)と呼ばれる。オートフォーカスレンズ駆動ユニット(第2の駆動ユニット)40と第2のベース部22との組合せは第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)と呼ばれる。
図4乃至図6を参照して、第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)について説明する。図4は第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)の斜視図であり、図5は第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)の分解斜視図であり、図6は第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)の部分断面斜視図である。
ズームレンズ駆動ユニット(第1の駆動ユニット)30は、第1のレンズ可動部32と第1のレンズ駆動部34とから構成される。第1のレンズ可動部32は、第1乃至第3のズームレンズ(第2群可動レンズ)ZL、ZL、ZLを保持する第1のレンズホルダ321を含む。第1のレンズホルダ321は、静止部材(第1のベース部21)に対してレンズの光軸O方向に移動可能である。第1のレンズ駆動部34は、第1のレンズ可動部32をレンズの光軸O方向に摺動可能に支持しながら、後述するように第1のレンズ可動部32を駆動する。
第1のレンズ駆動部34は、一対の第1の圧電ユニット341と、第1の振動摩擦部342とを有する。一対の第1の圧電ユニット341は、レンズの光軸Oまわりに回転対称な位置に配置されている。一対の第1の圧電ユニット341は、レンズの光軸O方向に伸縮する。一対の圧電ユニット341の伸縮方向の一端は第1のベース部21に固定されている。第1の振動摩擦部342は、一対の圧電ユニット341の伸縮方向の他端に結合されている。第1の振動摩擦部342は、一対のメインシャフト28に滑動自在に配置されている。
第1の振動摩擦部342は、前後方向Xに互いに離間して、レンズの光軸Oまわりに回転対称な位置に配置され、上下方向Zに沿って延在する一対の第1の側壁部342−1を有する。この一対の第1の側壁部342−1は、その内壁面として、第1のレンズ可動部32を収容する一対の第1の内周面342aを持つ。
また、第1の振動摩擦部342は、一対のメインシャフト28が挿入される一対の第1の貫通孔342bを持つ。これにより、第1の振動摩擦部342は、レンズの光軸Oまわりの回転が規制され、レンズの光軸O方向にのみ振動可能である。
一対の第1の圧電ユニット341の各々は、レンズの光軸O方向に複数の圧電層を積層した第1の積層圧電素子341−1と、この第1の積層圧電素子341−1の一端面(上端面)に一端面が結合された第1の圧電素子固定部341−2とを有する。第1の圧電素子固定部341−2は重りとして働く。第1の圧電素子固定部341−2は第1のベース部21に固定される。第1の積層圧電素子341−1の他端面(下端面)は第1の振動摩擦部342に結合されている。
詳述すると、図6に示されるように、第1のベース部21の一対の第1の突出部212は、一対の第1の圧電ユニット341の第1の圧電素子固定部(重り)341−2が嵌挿される一対の第1の円柱状穴212aを持つ。これにより、第1の圧電素子固定部341−2は、第1のベース部21に固定される。尚、第1の積層圧電素子341−1の一端面(上端面)と第1の圧電素子固定部341−2との間の接合と、第1の積層圧電素子341−1の他端面(下端面)と第1の振動摩擦部342との間の接合については、後で詳述する。
一対の第1の圧電ユニット341と第1の振動摩擦部342とは、図5に示されるように、レンズの光軸Oに対して並置されている。したがって、ズームレンズ駆動ユニット(第1の駆動ユニット)30を低背化することができる。その結果、第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)も低背化することができる。
図7をも参照して、第1のレンズ可動部32は、第1のレンズホルダ321と第1の振動摩擦部342の第1の内周面342aとの間に配置された一対の第1のパッド322を含む。一対の第1のパッド322は、前後方向Xに互いに離間して、レンズの光軸Oまわりに回転対称な位置に配置され、第1の振動摩擦部342の一対の第1の内周面342aと摩擦結合する。詳述すると、一対の第1のパッド322の各々は、左右方向Yの両端部で半径方向外側に突出する一対の第1の第1の突出部322−1を持つ。この一対の第1の突出部322−1は、第1の振動摩擦部342の第1の内周面342aと接触する接触面を持つ。すなわち、第1の振動摩擦部342の第1の内周面342aは摩擦駆動面として作用し、一対の第1の突出部322−1の接触面は被摩擦駆動面として作用する。
一対の第1のパッド322と第1のレンズホルダ321との間には、第1のバネ323が介挿されている。第1のバネ323は、一部切欠したリング形状をしている。すなわち、この第1のバネ323によって、一対の第1のパッド322の一対の第1の突出部322−1は第1の振動摩擦部342の第1の内周面342aに押し当てられる。とにかく、第1のバネ323は、一対の第1のパッド322を半径方向外側へ付勢する第1の付勢手段として働く。
したがって、被摩擦駆動面(一対の第1の突出部322−1の接触面)が磨り減っても、一対の第1のパッド322が第1のバネ(第1の付勢手段)323で半径方向外側へ押し出されるため、一対の第1の突出部322−1がなくなるまで、安定した摩擦力を得ることができる。
また、第1のレンズホルダ321は、その上端面から前後方向Xに沿って半径方向外側に突出する一対の第1の上側凸部321−1と、その下端面から半径方向外側に突出する二対の第1の下側凸部321−2とを持つ。一方、一対の第1のパッド322の各々は、その上端部に対応する第1の上側凸部321−1が嵌合される第1の上側凹部322−2と、その下端部に対応する一対の第1の下側凸部321−2が嵌合される一対の第1の下側凹部322−3とを持つ。これにより、一対の第1のパッド322の上下方向Z(レンズの光軸O方向)と周方向の位置が規制され、一対の第1のパッド322は、第1のバネ323により半径方向外側にのみ移動可能である。とにかく、第1のレンズホルダ321の一対の第1の上側凸部321−1と二対の第1の下側凸部321−2と一対の第1のパッド322の第1の上側凹部322−2と一対の第1の下側凹部322−3との組合せは、一対の第1のパッド322におけるレンズの光軸O方向および周方向の位置を規制する第1の位置規制手段として働く。
このように、第1のレンズ可動部32は、第1のレンズホルダ321の周囲全体から第1のレンズ駆動部34によってレンズの光軸(O)方向の力を受ける。このため、第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)は、第1乃至第3のズームレンズZL、ZL、ZLのような大重量物を駆動するのに理にかなった構造をしている。また、第1のレンズ可動部32(第1のレンズホルダ321)の駆動中での第1乃至第3のズームレンズZL、ZL、ZLの傾きを減少させることができる。
図8乃至図10を参照して、第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)について説明する。図8は第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)の斜視図であり、図9は第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)の分解斜視図であり、図10は第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)の部分断面斜視図である。
オートフォーカスレンズ駆動ユニット(第2の駆動ユニット)40は、第2のレンズ可動部42と第2のレンズ駆動部44とから構成される。第2のレンズ可動部42は、オートフォーカスレンズ(第3可動群レンズ)AFLを保持する第2のレンズホルダ421を含む。第2のレンズホルダ421は、静止部材(第2のベース部22)に対してレンズの光軸O方向に移動可能である。第2のレンズ駆動部44は、第2のレンズ可動部42をレンズの光軸O方向に摺動可能に支持しながら、後述するように第2のレンズ可動部42を駆動する。
第2のレンズ駆動部44は、一対の第2の圧電ユニット441と、第2の振動摩擦部442とを有する。一対の第2の圧電ユニット441は、レンズの光軸Oまわりに回転対称な位置に配置されている。一対の第2の圧電ユニット441は、レンズの光軸O方向に伸縮する。一対の圧電ユニット441の伸縮方向の一端は第2のベース部22に固定されている。第2の振動摩擦部442は、一対の第2の圧電ユニット441の伸縮方向の他端に結合されている。第1の振動摩擦部442は、一対のメインシャフト28に滑動自在に配置されている。
第2の振動摩擦部442は、前後方向Yに互いに離間して、レンズの光軸Oまわりに回転対称な位置に配置され、上下方向Zに沿って延在する一対の第2の側壁部442−1を有する。この一対の第2の側壁部442−1は、その内壁面として、第2のレンズ可動部42を収容する一対の第2の内周面442aを持つ。
また、第2の振動摩擦部442は、一対のメインシャフト28が挿入される一対の第2の貫通孔442bを持つ。これにより、第2の振動摩擦部442は、レンズの光軸Oまわりの回転が規制され、レンズの光軸O方向にのみ振動可能である。
一対の第2の圧電ユニット441の各々は、レンズの光軸O方向に複数の圧電層を積層した第2の積層圧電素子441−1と、この第2の積層圧電素子441−1の一端面(下端面)に一端面が結合された第2の圧電素子固定部441−2とを有する。第2の圧電素子固定部441−2は重りとして働く。第2の圧電素子固定部441−2は第2のベース部22に固定される。第2の積層圧電素子441−1の他端面(上端面)は第2の振動摩擦部442に結合されている。
詳述すると、図10に示されるように、第2のベース部22の一対の第2の突出部222は、一対の第2の圧電ユニット441の第2の圧電素子固定部(重り)441−2が嵌挿される一対の第2の円柱状穴222aを持つ。これにより、第2の圧電素子固定部441−2は、第2のベース部22に固定される。尚、第2の積層圧電素子441−1の一端面(下端面)と第2の圧電素子固定部441−2との間の接合と、第2の積層圧電素子441−1の他端面(上端面)と第2の振動摩擦部442との間の接合については、後で詳述する。
一対の第2の圧電ユニット441と第2の振動摩擦部442とは、図9に示されるように、レンズの光軸Oに対して並置されている。したがって、フォーカスレンズ駆動ユニット(第2の駆動ユニット)40を低背化することができる。その結果、第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)も低背化することができる。
図11をも参照して、第2のレンズ可動部42は、第2のレンズホルダ421と第2の振動摩擦部442の第2の内周面442aとの間に配置された一対の第2のパッド422を含む。一対の第2のパッド422は、左右方向Yに互いに離間して、レンズの光軸Oまわりに回転対称な位置に配置され、第2の振動摩擦部442の一対の第2の内周面442aと摩擦結合する。詳述すると、一対の第2のパッド422の各々は、前後方向Xの両端部で半径方向外側に突出する一対の第2の突出部422−1を持つ。この一対の第2の突出部422−1は、第2の振動摩擦部442の第1の内周面442aと接触する接触面を持つ。すなわち、第2の振動摩擦部442の第2の内周面442aは摩擦駆動面として作用し、一対の第2の突出部422−1の接触面は被摩擦駆動面として作用する。
図11に加えて更に図12、図13をも参照して、一対の第2のパッド422と第2のレンズホルダ421との間には、第2のバネ423が介挿されている。第2のバネ423は、一部切欠したリング形状をしている。すなわち、この第2のバネ423によって、一対の第2のパッド422の一対の第2の突出部422−1は第2の振動摩擦部442の第2の内周面442aに押し当てられる。とにかく、第2のバネ423は、一対の第2のパッド422を半径方向外側へ付勢する第2の付勢手段として働く。
したがって、被摩擦駆動面(一対の第2の突出部422−1の接触面)が磨り減っても、一対の第2のパッド422が第2のバネ(第2の付勢手段)423で半径方向外側へ押し出されるため、一対の第2の突出部422−1がなくなるまで、安定した摩擦力を得ることができる。
また、第2のレンズホルダ421は、その上端面から左右方向Yに沿って半径方向外側に突出する一対の第2の上側凸部421−1と、その下端面から半径方向外側に突出する二対の第2の下側凸部421−2とを持つ。
一方、図14をも参照して、一対の第2のパッド422の各々は、その上端部に対応する第2の上側凸部421−1が嵌合される第2の上側凹部422−2と、その下端部に対応する一対の第2の下側凸部421−2が嵌合される一対の第2の下側凹部422−3とを持つ。これにより、一対の第2のパッド422の上下方向Z(レンズの光軸O方向)と周方向の位置が規制され、一対の第2のパッド422は、第2のバネ423により半径方向外側にのみ移動可能である。とにかく、第2のレンズホルダ421の一対の第2の上側凸部421−1と二対の第2の下側凸部421−2と一対の第2のパッド422の第2の上側凹部422−2と一対の第2の下側凹部422−3との組合せは、一対の第2のパッド422におけるレンズの光軸O方向および周方向の位置を規制する第2の位置規制手段として働く。
このように、第2のレンズ可動部42は、第2のレンズホルダ421の周囲全体から第2のレンズ駆動部44によってレンズの光軸(O)方向の力を受ける。このため、第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)は、オートフォーカスレンズAFLのような大重量物を駆動するのに理にかなった構造をしている。また、第2のレンズ可動部42(第2のレンズホルダ421)の駆動中でのオートフォーカスレンズAFLの傾きを減少させることができる。
図2に示されるように、これら構成要素を組立てたとき、ズームレンズ駆動ユニット(第1の駆動ユニット)30の第1の振動摩擦部342と、オートフォーカスレンズ駆動ユニット(第2の駆動ユニット)40の第2の振動摩擦部442とは、それらの間に互いにギャップを空けた状態で、組み合わされる。そのため、第1の振動摩擦部342の第1の内周面342aと第2の振動摩擦部442の第2の内周面442aとは、レンズの光軸O方向において互いにオーバーラップしている。この結果、第1のレンズ可動部32の第1の可動範囲と第2のレンズ可動部42の第2の可動範囲とは、レンズの光軸O方向において互いにオーバーラップする。その結果、リニアアクチュエータ20を低背化することができる。
次に、図15を参照して、積層圧電素子に供給される電流と積層圧電素子に発生する変位について説明する。なお、図15は、上記特許文献2の図5に図示されたものと同じものである。図15(A)および(B)は、それぞれ、駆動回路(図示せず)により積層圧電素子に供給される電流の変化と、積層圧電素子の変位を示すものである。
図15(A)に示すように、積層圧電素子に大電流(正方向)と所定の一定電流(負方向)とを交互に流す。このような状況では、図15(B)に示すように、積層圧電素子は、大電流(正方向)に対応した急激な変位(伸び)と、一定電流(負方向)に対応した穏やかな変位(縮み)とが交互に生じる。
すなわち、積層圧電素子に矩形波電流を印加して(図15(A))、積層圧電素子に対してのこぎり波状の変位(伸縮)を生じ(図15(B))させる。
図15に加えて図5および図6をも参照して、ズームレンズ駆動機構(ズームレンズ駆動ユニット30)の動作について説明する。先ず、第1のレンズ可動部32を上下方向Zに沿って上方向に移動する場合の動作について説明する。
先ず、図15(A)に示すように、一対の第1の積層圧電素子341−1に正方向の大電流を流すと、図15(B)に示すように、一対の第1の積層圧電素子341−1は急速に厚み方向の伸び変位を生じる。その結果、第1の振動摩擦部342はレンズの光軸O方向(上下方向Z)に沿って下方向に急速に移動する。このとき、第1のレンズ可動部32は、その慣性力により、第1の振動摩擦部342の第1の内周面342aと一対の第1のパッド322の被摩擦駆動面322−1との間の摩擦力に打ち勝って実質的にその位置にとどまるので、移動しない。
次に、図15(A)に示すように、一対の第1の積層圧電素子341−1に負方向の一定電流を流すと、図15(B)に示すように、一対の第1の積層圧電素子341−1は緩やかに厚み方向の縮み変位を生じる。その結果、第1の振動摩擦部342はレンズの光軸O方向(上下方向Z)に沿って上方向に緩やかに移動する。このとき、一対の第1のパッド322が第1のバネ323によりその半径方向に押圧され、第1の振動摩擦部342の第1の内周面342aと一対の第1のパッド322の被摩擦駆動面322−1とは面接触し、接触面に発生する摩擦力により結合しているので、第1のレンズホルダ32は第1の振動摩擦部342と共に実質的にレンズの光軸O方向(上下方向Z)に沿って上方向に移動する。
このように、一対の第1の積層圧電素子341−1に正方向の大電流と負方向の所定の一定電流を交互に流して、一対の第1の積層圧電素子341−1に伸び変位と縮み変位を交互に生じさせることにより、第1のレンズホルダ321(第1のレンズ可動部32)をレンズ光軸O方向(上下方向Z)に沿って上方向へ連続して移動させることができる。
第1のレンズ可動部32をレンズ光軸O方向(上下方向Z)に沿って下方向に移動させるには、上記と逆に一対の第1の積層圧電素子341−1に負方向の大電流と、正方向の所定の一定電流とを交互に流すことによって、達成することができる。
図15に加えて図9および図10をも参照して、オートフォーカス駆動機構(オートフォーカスレンズ駆動ユニット40)の動作について説明する。先ず、第2のレンズ可動部42を上下方向Zに沿って下方向に移動する場合の動作について説明する。
先ず、図15(A)に示すように、一対の第2の積層圧電素子441−1に正方向の大電流を流すと、図15(B)に示すように、一対の第2の積層圧電素子441−1は急速に厚み方向の伸び変位を生じる。その結果、第2の振動摩擦部442はレンズの光軸O方向(上下方向Z)に沿って上方向に急速に移動する。このとき、第2のレンズ可動部42は、その慣性力により、第2の振動摩擦部442の第2の内周面442aと一対の第2のパッド422の被摩擦駆動面422−1との間の摩擦力に打ち勝って実質的にその位置にとどまるので、移動しない。
次に、図15(A)に示すように、一対の第2の積層圧電素子441−1に負方向の一定電流を流すと、一対の第2の積層圧電素子441−1は緩やかに厚み方向の縮み変位を生じる。その結果、第2の振動摩擦部442はレンズの光軸O方向(上下方向Z)に沿って下方向に緩やかに移動する。このとき、一対の第2のパッド422が第2のバネ423によりその半径方向に押圧され、第2の振動摩擦部442の第2の内周面442aと一対の第2のパッド422の被摩擦駆動面422−1とは面接触し、接触面に発生する摩擦力により結合しているので、第2のレンズホルダ42は第1の振動摩擦部442と共に実質的にレンズの光軸O方向(上下方向Z)に沿って下方向に移動する。
このように、一対の第2の積層圧電素子441−1に正方向の大電流と負方向の所定の一定電流を交互に流して、一対の第2の積層圧電素子441−1に伸び変位と縮み変位を交互に生じさせることにより、第2のレンズホルダ421(第2のレンズ可動部42)をレンズ光軸O方向(上下方向Z)に沿って下方向へ連続して移動させることができる。
第2のレンズ可動部42をレンズ光軸O方向(上下方向Z)に沿って上方向に移動させるには、上記と逆に一対の第2の積層圧電素子441−1に負方向の大電流と、正方向の所定の一定電流とを交互に流すことによって、達成することができる。
次に、第1の圧電ユニット341に用いられる第1の積層圧電素子341−1および第2の圧電ユニット441に用いられる第2の積層圧電素子441−1について説明する。
積層圧電素子は直方体の形状をしており、その素子サイズは、0.9[mm]×0.9[mm]×1.5[mm]である。圧電材料としてPZTのような低Qm材を使用している。厚さ20[μm]の圧電材料と厚さ2[μm]の内部電極とを交互に櫛形に50層積層することによって、積層圧電素子を製造する。そして、積層圧電素子の有効内部電極サイズは、0.6[mm]×0.6[mm]である。換言すれば、積層圧電素子の有効内部電極の外側に位置する周辺部には、幅0.15[mm]のリング状の不感帯部分(クリアランス)が存在する。
以下で詳細に説明するように、本発明においては、上記不感帯部分で、積層圧電素子の端面を接着対象物に柔軟性接着剤で接着する。
次に図6に加えて図16をも参照して、第1の積層圧電素子341−1の一端面(第1の端面)341−1aと第1の圧電素子固定部341−2との間の接合方法と、第1の積層圧電素子341−1の他端面(第2の端面)341−1bと第1の振動摩擦部342との間の接合方法について説明する。
第1の圧電素子固定部341−2は、第1の積層圧電素子341−1の不感帯部分と対応する位置に第1の環状接着剤ダマリ341−2aを持つ。これにより、この第1の環状接着剤ダマリ341−2aに溜まっている柔軟性接着剤によって、第1の積層圧電素子341−1の一端面(第1の端面、上端面)341−1aが第1の圧電素子固定部341−2に接合される。換言すれば、第1の積層圧電素子341−1の一端面(第1の端面、上端面)341−1aを第1の圧電素子固定部341−2に接着(接合)する際に、第1の積層圧電素子341−1の不感帯部分に柔軟性接着剤を塗布している。
一方、第1の振動摩擦部342は、第1の積層圧電素子341−1の他端部の位置をガイドするための第1の位置決めガイド穴342cと、第1の積層圧電素子341−1の不感帯部分と対応する位置に第2の環状接着剤ダマリ342dとを持つ。これにより、第1の位置決めガイド穴342cに沿って第1の積層圧電素子341−1の他端部が位置決めガイドされた状態で、第2の環状接着剤ダマリ342dに溜まっている柔軟性接着剤によって、第1の積層圧電素子341−1の他端面(第2の端面、下端面)341−1bが第1の振動摩擦部342に接合される。換言すれば、第1の積層圧電素子341−1の他端面(第2の端面、下端面)341−1bを第1の振動摩擦部342に接着(接合)する際に、第1の積層圧電素子341−1の不感帯部分に柔軟性接着剤を塗布している。
次に、図10に加えて図17をも参照して、第2の積層圧電素子441−1の一端面(第1の端面)441−1aと第2の圧電素子固定部441−2との間の接合方法と、第2の積層圧電素子441−1の他端面(第2の端面)441−1bと第2の振動摩擦部442との間の接合方法について説明する。
第2の圧電素子固定部441−2は、第2の積層圧電素子441−1の不感帯部分と対応する位置に第3の環状接着剤ダマリ441−2aを持つ。これにより、この第3の環状接着剤ダマリ441−2aに溜まっている柔軟性接着剤によって、第2の積層圧電素子441−1の一端面(第1の端面、下端面)441−1aが第2の圧電素子固定部441−2に接合される。換言すれば、第2の積層圧電素子441−1の一端面(第1の端面、下端面)441−1aを第2の圧電素子固定部441−2に接着(接合)する際に、第2の積層圧電素子441−1の不感帯部分に柔軟性接着剤を塗布している。
一方、第2の振動摩擦部442は、第2の積層圧電素子441−1の他端部の位置をガイドするための第2の位置決めガイド穴442cと、第2の積層圧電素子441−1の不感帯部分と対応する位置に第4の環状接着剤ダマリ442dとを持つ。これにより、第2の位置決めガイド穴442cに沿って第2の積層圧電素子441−1の他端部が位置決めガイドされた状態で、第4の環状接着剤ダマリ442dに溜まっている柔軟性接着剤によって、第1の積層圧電素子441−1の他端面(第2の端面、上端面)441−1bが第2の振動摩擦部442に接合される。換言すれば、第2の積層圧電素子441−1の他端面(第2の端面、上端面)441−1bを第2の振動摩擦部442に接着(接合)する際に、第2の積層圧電素子441−1の不感帯部分に柔軟性接着剤を塗布している。
このようにして、本実施の形態では、積層圧電素子の伸縮方向の上下端面を接着対象物に接着する際に、積層圧電素子の不感帯部分に柔軟性接着剤を塗布している。
図18に従来の接着方法と本発明の接着方法とによる積層圧電素子の変位量を示す。図18において、(A)は従来の接着方法による変位量を示し、(B)は本発明の接着方法による変位量を示す。
図18(A)と図18(B)とを比較すると、積層圧電素子の端面に一様に接着剤を塗布する、従来の接着方法の場合(図18(A))に比較して、積層圧電素子の端面に不感帯部分で柔軟性接着剤を塗布する、本発明の接着方法の場合(図18(B))の方が、効率良く積層圧電素子の変位量を確保することができることが分かる。換言すれば、積層圧電素子への印加電圧が同じである場合、本発明の接着方法の方が従来の接着方法に比べてより大きい変位量を得ることができる。具体的には、本発明の接着方法の場合の変位量が約90nmであるとき、従来の接着方法の場合の変位量が約50nmである。
その結果、可動部を同じ距離だけ移動させる場合に、本発明の接着方法を使用したアクチュエータの方が、従来の接着方法を使用したアクチュエータに比べて、消費電力を低くすることができる。さらに、本発明の接着方法の方が、従来の接着方法に比べて、柔軟性接着剤を変形させることが出来る為、接着剤の剥離を防止することができる。
本発明の接着方法の要旨は、不感帯部分で積層圧電素子の端面に柔軟性接着剤を塗布する方法であるので、上述した実施の形態にのみ限定されないのは勿論である。
例えば、図19に示されるように、接着対象物の接触面を、積層圧電素子の内部電極の大きさと実質的に等しいサイズになるような先細りの形状にすることによって、不感帯部分で積層圧電素子の端面に柔軟性接着剤を塗布するようにしても良い。或いは、図20に示されるように、不感帯部分より貫通する接着剤注入穴を複数個所開け、逆側より環状接着剤ダマリに柔軟性接着剤を注入しても良い。
以上、本発明についてその好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、種々の変形が当業者によって可能であるのは明らかである。例えば、上述した実施の形態では、ズームレンズ駆動ユニット(第1の駆動ユニット)30およびオートフォーカスレンズ駆動ユニット(第2の駆動ユニット)40の各々は、レンズの光軸Oを2回回転軸とした実質的に2回回転対称な構造をしているが、一般的に、ズームレンズ駆動ユニット(第1の駆動ユニット)およびオートフォーカスレンズ駆動ユニット(第2の駆動ユニット)の各々は、レンズの光軸OをN(Nは2以上の整数)回回転軸とした実質的にn回回転対称な構造をしていて良い。
本発明の一実施の携帯によるリニアアクチュエータを示す外観斜視図である。 図1に図示したリニアアクチュエータから外側カバーを取り外したリニアアクチュエータの斜視図である。 図2に図示したリニアアクチュエータの分解斜視図である。 図1に図示したリニアアクチュエータに使用される第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)の斜視図である。 図4に図示した第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)の分解斜視図である。 図4に図示した第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)の部分断面斜視図である。 図4に図示した第2群レンズ駆動機構(第1のレンズ駆動機構)に使用される第1のレンズ可動部の斜視図である。 図1に図示したリニアアクチュエータに使用される第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)の斜視図である。 図8に図示した第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)の分解斜視図である。 図8に図示した第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)の部分断面斜視図である。 図8に図示した第3群レンズ駆動機構(第2のレンズ駆動機構)に使用される第2のレンズ可動部の斜視図である。 図11に図示した第2のレンズ可動部の分解斜視図である。 図12に図示した第2のレンズ可動部に使用される第2のバネを示す斜視図である。 図12に図示した第2のレンズ可動部に使用される第2のパッドを示す斜視図である。 積層圧電素子に供給される電流と積層圧電素子に発生する変位を説明するための波形図である。 第1の積層圧電素子の一端面と第1の圧電素子固定部との間の接合方法と、第1の積層圧電素子の他端面と第1の振動摩擦部との間の接合方法とを説明するための図である。 第2の積層圧電素子の一端面と第2の圧電素子固定部との間の接合方法と、第2の積層圧電素子の他端面と第2の振動摩擦部との間の接合方法とを説明するための図である。 従来の接着方法と本発明の接着方法とによる積層圧電素子の変位量を説明するための図である。 本発明の他の接着方法を説明するための図である。 本発明の更に他の接着方法を説明するための図である。 従来の積層圧電素子の接着方法を説明するための図である。 積層圧電素子の透視斜視図(A)と上面図(B)である。 積層圧電素子の初期状態と電圧印加時の状態を示す図である。
符号の説明
20 リニアアクチュエータ
21 第1のベース部
211 円筒部
212 第1の突出部
212a 第1の円柱状穴
22 第2のベース部
222 第2の突出部
222a 第2の円柱状穴
24 外側カバー
28 メインシャフト
30 ズームレンズ駆動ユニット(第1の駆動ユニット)
32 第1のレンズ可動部
321 第1のレンズホルダ
321−1 第1の上側凸部
321−2 第1の下側凸部
322 第1のパッド
322−1 第1の突出部
322−2 第1の上側凹部
322−3 第1の下側凹部
323 第1のバネ
34 第1のレンズ駆動部
341 第1の圧電ユニット
341−1 第1の積層圧電素子
341−1a 一端面(上端面)
341−1b 他端面(下端面)
341−2 第1の圧電素子固定部(重り)
341−2a 第1の環状接着剤ダマリ
342 第1の振動摩擦部
342a 第1の内周面
342b 第1の貫通孔
342c 第1の位置決めガイド穴
342d 第2の環状接着剤ダマリ
342−1 第1の側壁部
40 オートフォーカスレンズ駆動ユニット(第2の駆動ユニット)
42 第2のレンズ可動部
421 第2のレンズホルダ
421−1 第2の上側凸部
421−2 第2の下側凸部
422 第2のパッド
422−1 第2の突出部
422−2 第2の上側凹部
422−3 第2の下側凹部
423 第2のバネ
44 第2のレンズ駆動部
441 第2の圧電ユニット
441−1 第2の積層圧電素子
441−1a 一端面(下端面)
441−2 第2の圧電素子固定部(重り)
441−2a 第3の環状接着剤ダマリ
442 第2の振動摩擦部
442a 第2の内周面
442b 第2の貫通孔
442c 第2の位置決めガイド穴
442d 第4の環状接着剤ダマリ
442−1 第2の側壁部
O レンズの光軸
FL 第1群固定レンズ
ZL、ZL、ZL 第2群可動レンズ(ズームレンズ)
AFL 第3群可動レンズ(オートフォーカスレンズ)

Claims (7)

  1. 内部電極が積層され、外周部に不感帯部分を持つ積層圧電素子の伸縮方向の端面を、接着対象物に接着する方法において、
    前記積層圧電素子の前記不感帯部分で、前記積層圧電素子の前記端面に柔軟性接着剤を塗布して、前記積層圧電素子の前記端面を前記接着対象物に接着することを特徴とする積層圧電素子の接着方法。
  2. 前記接着対象物に、前記積層圧電素子の前記不感帯部分と対応する位置に環状接着剤ダマリを形成し、
    該環状接着剤ダマリに前記柔軟性接着剤を溜めて、前記積層圧電素子の前記端面を前記接着対象物に接着することを特徴とする、請求項1に記載の積層圧電素子の接着方法。
  3. 前記接着対象物に、前記積層圧電素子の一端部の位置をガイドするための位置決めガイド穴と前記積層圧電素子の前記不感帯部分と対応する位置に環状接着剤ダマリとを形成し、
    前記環状接着剤ダマリに前記柔軟性接着剤を溜めて、前記積層圧電素子の前記端面を前記接着対象物に接着することを特徴とする、請求項1に記載の積層圧電素子の接着方法。
  4. 前記接着対象物の前記積層圧電素子の前記端面との接触面を、前記内部電極の大きさと実質的に等しいサイズになるような先細り形状とし、
    前記積層圧電素子の前記端面の前記不感帯部分に前記柔軟性接着剤を塗布して、前記積層圧電素子の前記端面を前記接着対象物に接着することを特徴とする、請求項1に記載の積層圧電素子の接着方法。
  5. 内部電極が積層され、外周部に不感帯部分を持つ積層圧電素子の伸縮方向の第1及び第2の端面を、それぞれ、第1及び第2の接着対象物に接着する方法において、
    前記積層圧電素子の前記不感帯部分で、前記積層圧電素子の前記第1及び第2の端面に柔軟性接着剤を塗布して、前記積層圧電素子の前記第1及び第2の端面を、それぞれ、前記第1及び第2の接着対象物に接着することを特徴とする積層圧電素子の接着方法。
  6. 前記第1の接着対象物は前記積層圧電素子を固定するための圧電素子固定部から成り、前記第2の接着対象物は振動摩擦部から成り、
    前記積層圧電素子の前記第1の端面に前記圧電素子固定部が前記柔軟性接着剤で接着され、前記積層圧電素子の前記第2の端面に前記振動摩擦部が前記柔軟性接着剤で接着される、請求項5に記載の積層圧電素子の接着方法。
  7. 前記圧電素子固定部に、前記積層圧電素子の前記不感帯部分と対応する位置に第1の環状接着剤ダマリを形成し、
    該第1の環状接着剤ダマリに前記柔軟性接着剤を溜めて、前記積層圧電素子の前記第1の端面を前記圧電素子固定部に接着し、
    前記振動摩擦部に、前記積層圧電素子の他端部の位置をガイドするための位置決めガイド穴と前記積層圧電素子の前記不感帯部分と対応する位置に第2の環状接着剤ダマリとを形成し、
    前記第2の環状接着剤ダマリに前記柔軟性接着剤を溜めて、前記積層圧電素子の前記第2の端面を前記振動摩擦部に接着することを特徴とする、請求項6に記載の積層圧電素子の接着方法。
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