JP2009165317A - Electromechanical conversion actuator and lens module - Google Patents

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Atsushi Sasaki
淳 佐々木
Miho Chiba
美帆 千葉
Daisuke Yamazaki
大輔 山崎
Shuji Aizawa
周二 相澤
Yukio Nishinomiya
幸雄 西宮
Koichi Okamoto
幸一 岡本
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Tokin Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable electromechanical conversion actuator having large specific gravity, corrosion resistance, and weight having the enhanced adhesion with a piezoelectric element, and to provide a lens module using the electromechanical conversion actuator, which has high moving speed and enables excellent lens driving. <P>SOLUTION: The electromechanical conversion actuator is composed of a magnet 1, the piezoelectric element 3, and the weight 2, the weight 2 being bonded to one end of the piezoelectric element 3, and the magnet 1 being bonded to the other end of the piezoelectric element 3. The composition of the weight 2 contains W of 85 to 98%, Ni of 1 to 12%, Mo of 0.1 to 2.0%, Fe of 1.0% or less, or W of 85 to 98%, Ni of 1 to 12%, Mo of 0.1 to 2.0%, and Co of 2.0% or less. The weight 2 is manufactured by sintering, and an average surface roughness Ra on the adhesive surface of the weight 2 with the piezoelectric element 3 is larger than 0.1 μm and less than 60 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は携帯電話、デジタルスチルカメラ等のカメラレンズ駆動機構に用いられる電気機械変換アクチュエータおよびその電気機械変換アクチュエータを用いたレンズモジュールに関するものである。   The present invention relates to an electromechanical conversion actuator used in a camera lens driving mechanism such as a mobile phone and a digital still camera, and a lens module using the electromechanical conversion actuator.

アクチュエータは様々な分野の産業機器、民生機器に使用されている。その中で圧電素子を電気機械変換素子として用いた電気機械変換アクチュエータは、位置決めを高精度に行うことができるという特徴を生かし、多くの機器に用いられている。通常、圧電素子をアクチュエータとして用いる場合、変位方向の一端を固定端として固定し、他端部分を移動させる対象物に何らかの方法で結合させて使用する。上記の固定端が動いてしまうとその分だけ圧電素子の他端での変位量が減少する変位漏れが生じ、対象物の移動量が減少してしまうため、駆動効率が低下する。これを防ぎ固定端の変位を小さくするために、圧電素子の固定端を重さのある部材すなわち錘に接着してアクチュエータを構成し、それを筐体などの基材に接着して使用する場合が多い。   Actuators are used in various industrial and consumer devices. Among them, an electromechanical conversion actuator using a piezoelectric element as an electromechanical conversion element is used in many devices, taking advantage of the feature that positioning can be performed with high accuracy. Usually, when a piezoelectric element is used as an actuator, one end in a displacement direction is fixed as a fixed end, and the other end portion is used by being coupled to an object to be moved by some method. When the fixed end moves, a displacement leakage that reduces the amount of displacement at the other end of the piezoelectric element occurs, and the amount of movement of the object decreases, resulting in a decrease in driving efficiency. In order to prevent this and to reduce the displacement of the fixed end, the fixed end of the piezoelectric element is bonded to a heavy member, that is, a weight, to constitute an actuator, and it is used by bonding it to a substrate such as a housing There are many.

また、カメラにオートフォーカスやズーム機能を持たせるためには、光軸に沿って光学レンズを微小に移動させる機構が必要であり、近年、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話にみられるように、機器の小型化が急速に進み、それに伴って電磁式のモーターによる方法の代わりに、圧電素子を用いた電気機械変換アクチュエータによるレンズ駆動装置が提案されている。例えば、特許文献1には、圧電素子に結合され、これと共に変位する駆動部材に被駆動部材を摩擦結合して成る駆動機構を備えた駆動装置であって、駆動部材と被駆動部材とを摩擦結合するための押圧力を付与する手段として、磁石を用いたものが示されている。   In addition, in order to give the camera an autofocus and zoom function, a mechanism for moving the optical lens minutely along the optical axis is necessary. In recent years, as seen in digital cameras and camera-equipped mobile phones, Accordingly, a lens driving device using an electromechanical conversion actuator using a piezoelectric element has been proposed instead of a method using an electromagnetic motor. For example, Patent Document 1 discloses a driving apparatus including a driving mechanism that is configured by frictionally coupling a driven member to a driving member that is coupled to a piezoelectric element and is displaced together with the piezoelectric element, and friction between the driving member and the driven member. A means using a magnet is shown as means for applying a pressing force for coupling.

特許文献1の駆動装置よりさらに小型で安定な駆動を可能とする方法として、図6に示すレンズ駆動装置を用いたレンズモジュールの構造が考えられる。図6はレンズモジュールの基本構成を示したもので、図6(a)は上面方向からの外観平面図、図6(b)は図6(a)のC−C線方向における側面断面図である。図6において、内周にレンズ60を備えた円筒状のレンズホルダ63と、レンズホルダ63をレンズの光軸方向に移動させる電気機械変換アクチュエータと、レンズホルダ63と電気機械変換アクチュエータを収容するハウジング64とを備え、電気機械変換アクチュエータは、磁石62と圧電素子61と錘69とからなり、圧電素子61の一端に錘69が接着され、圧電素子61の他端に磁石62が接着され、錘69はハウジング64に固定され、圧電素子61で発生する振動により磁石62を振動させ、磁石62の振動を駆動力としてレンズホルダ63の一部に設置された磁石62に対して吸着可能な材質から成る移動体65を摺動駆動することによりレンズホルダ63を移動させる機能を有している。なお、レンズホルダ63は、チルトあるいは回転防止のために、ガイドピン66に移動可能に支持されている。   As a method for enabling smaller and more stable driving than the driving device of Patent Document 1, the structure of a lens module using the lens driving device shown in FIG. 6 can be considered. 6A and 6B show a basic configuration of the lens module. FIG. 6A is an external plan view from the top surface direction, and FIG. 6B is a side cross-sectional view in the CC line direction of FIG. is there. 6, a cylindrical lens holder 63 having a lens 60 on the inner periphery, an electromechanical conversion actuator that moves the lens holder 63 in the optical axis direction of the lens, and a housing that houses the lens holder 63 and the electromechanical conversion actuator. 64. The electromechanical conversion actuator includes a magnet 62, a piezoelectric element 61, and a weight 69. The weight 69 is bonded to one end of the piezoelectric element 61, and the magnet 62 is bonded to the other end of the piezoelectric element 61. 69 is fixed to the housing 64, vibrates the magnet 62 by vibration generated by the piezoelectric element 61, and is made of a material that can be attracted to the magnet 62 installed in a part of the lens holder 63 by using the vibration of the magnet 62 as a driving force. It has a function of moving the lens holder 63 by slidingly driving the movable body 65. The lens holder 63 is movably supported by the guide pin 66 to prevent tilting or rotation.

圧電素子61に伸長時と縮小時とでは異なる速度で伸縮する電圧を印加し、磁石62を光軸と平行に振動させ、移動体65を伸縮方向へ移動させることで、レンズホルダ63を光軸方向に移動させることができる。   A voltage that expands and contracts at different speeds during expansion and contraction is applied to the piezoelectric element 61, the magnet 62 is vibrated in parallel with the optical axis, and the moving body 65 is moved in the expansion / contraction direction, thereby moving the lens holder 63 to the optical axis. Can be moved in the direction.

上記のようなカメラ機構に用いられるアクチュエータにも当然小型化が要求されるため、錘69には重さを極力大きくするように比重の大きい組成の材料が使用されている。その中でタングステンは比重19.3g/ccと非常に大きく、錘の材料に適しており、従来タングステンを主成分としたタングステン合金が錘の材料に用いられている。   Since the actuator used in the camera mechanism as described above is naturally required to be downsized, the weight 69 is made of a material having a high specific gravity so as to make the weight as large as possible. Among them, tungsten has a very high specific gravity of 19.3 g / cc and is suitable as a weight material. Conventionally, a tungsten alloy mainly composed of tungsten has been used as the weight material.

しかしながらタングステン合金は非常に酸化されやすく、耐食性に問題がある。そのため、特許文献2には、タングステン合金を圧電素子などによる電気機械変換アクチュエータの錘の材料として用いる場合、錘の表面にNiメッキを施して、耐食性を向上させる方法が記載されている。   However, tungsten alloys are very oxidizable and have a problem with corrosion resistance. Therefore, Patent Document 2 describes a method of improving corrosion resistance by applying Ni plating to the surface of a weight when using a tungsten alloy as a weight material of an electromechanical conversion actuator using a piezoelectric element or the like.

一方、特許文献3には、小型振動発生装置の回転軸に固定される錘として、タングステン合金の材料組成が、W:85%以上98%以下、Ni:1%以上12%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、Fe:1.0%以下もしくはW:85%以上98%以下、Ni:1%以上12%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、Co:2.0%以下、の範囲の材料が示され、このタングステン合金は比重が大きく、耐食性が良好でNiめっきが不要であることが記載されている。   On the other hand, in Patent Document 3, as a weight fixed to the rotating shaft of the small vibration generator, the material composition of tungsten alloy is W: 85% to 98%, Ni: 1% to 12%, Mo: 0 1% or more and 2.0% or less, Fe: 1.0% or less or W: 85% or more and 98% or less, Ni: 1% or more and 12% or less, Mo: 0.1% or more and 2.0% or less, Co : A material in the range of 2.0% or less is shown, and it is described that this tungsten alloy has a large specific gravity, good corrosion resistance, and does not require Ni plating.

特開平7−274546号公報JP 7-274546 A 特開2005−218244号公報JP 2005-218244 A 特開平7−166287号公報JP 7-166287 A

しかし、特許文献2に示されるようにタングステン合金にNiメッキを施す場合、その分の製造費用が発生するのでコストが高くなってしまう。またNiメッキは小型部材になると表面を平坦にすることが難しくなるので接着面の平坦性が得難くなる。さらに圧電素子との接着を接着剤により行う場合、Niメッキ面は通常の金属表面より接着剤に対する接着力が劣るため、接着強度が低下する問題がある。それを克服するために接着剤の量を増やし、圧電素子の側面にも接着剤が付着するようにして接着強度を大きくしているが、それにより圧電素子の動きが拘束され、変位量が減少したり、はみ出した接着剤が部材固定用治具にまではみ出し、治具からの取り出しが困難になる等の問題がある。   However, as shown in Patent Document 2, when Ni plating is applied to a tungsten alloy, the manufacturing cost corresponding to that is generated, and the cost becomes high. Further, when Ni plating becomes a small member, it becomes difficult to flatten the surface, and it becomes difficult to obtain flatness of the bonding surface. Further, when bonding to the piezoelectric element is performed using an adhesive, the Ni plating surface has a lower adhesive strength than the normal metal surface, so that there is a problem that the adhesive strength is lowered. To overcome this, the amount of adhesive is increased and the adhesive strength is increased by adhering the adhesive to the side of the piezoelectric element, but this restricts the movement of the piezoelectric element and reduces the amount of displacement. Or the protruding adhesive protrudes to the member fixing jig, making it difficult to remove from the jig.

一方、特許文献3に示されたタングステン合金材料はNiメッキが不要であるが、これを錘部材として圧電素子による電気機械変換アクチュエータに用いる場合、特許文献3の場合のように圧電素子にかしめて取り付けることはできなく、接着固定が不可欠である。しかし、このタングステン合金も錘として圧電素子と接着する場合、十分な接着強度が得られなく、信頼性が不十分であるという問題がある。   On the other hand, the tungsten alloy material disclosed in Patent Document 3 does not require Ni plating, but when this is used as a weight member for an electromechanical conversion actuator using a piezoelectric element, it is caulked to the piezoelectric element as in Patent Document 3. It cannot be attached and adhesive fixing is essential. However, when this tungsten alloy is also bonded to the piezoelectric element as a weight, there is a problem that sufficient adhesive strength cannot be obtained and reliability is insufficient.

本発明の課題は、上記の問題点を解決し、大きな比重と耐食性があり、かつ、圧電素子との接着強度を強固にした錘を有する信頼性の高い電気機械変換アクチュエータおよびその電気機械変換アクチュエータを用いた移動速度が大きく良好なレンズ駆動が可能なレンズモジュールを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a highly reliable electromechanical conversion actuator having a large specific gravity and corrosion resistance, and having a weight with a strong adhesive strength with a piezoelectric element, and the electromechanical conversion actuator An object of the present invention is to provide a lens module capable of driving a lens with a large moving speed using the lens.

上記課題を解決するため、本発明による電気機械変換アクチュエータは、磁石と圧電素子と錘とからなり、前記圧電素子の一端に前記錘が接着され、前記圧電素子の他端に前記磁石が接着されて構成された電気機械変換アクチュエータにおいて、前記錘の組成がW:85%以上98%以下、Ni:1%以上12%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、Fe:1.0%以下、または、W:85%以上98%以下、Ni:1%以上12%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、Co:2.0%以下であり、前記錘が焼結方法により製造され、前記錘の前記圧電素子との接着面の平均表面粗さRaが0.1μmより大きく60μm未満であることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an electromechanical conversion actuator according to the present invention includes a magnet, a piezoelectric element, and a weight. The weight is bonded to one end of the piezoelectric element, and the magnet is bonded to the other end of the piezoelectric element. In the electromechanical conversion actuator configured as described above, the composition of the weight is W: 85% to 98%, Ni: 1% to 12%, Mo: 0.1% to 2.0%, Fe: 1. 0% or less, or W: 85% to 98%, Ni: 1% to 12%, Mo: 0.1% to 2.0%, Co: 2.0% or less, An average surface roughness Ra of an adhesion surface of the weight with the piezoelectric element is greater than 0.1 μm and less than 60 μm.

また、本発明によるレンズモジュールは、内周にレンズを備えた円筒状のレンズホルダと、前記レンズホルダを前記レンズの光軸方向に移動させる電気機械変換アクチュエータと、前記レンズホルダと前記電気機械変換アクチュエータを収容する筐体とを備え、前記電気機械変換アクチュエータは、磁石と圧電素子と錘とからなり、前記圧電素子の一端に前記錘が接着され、前記圧電素子の他端に前記磁石が接着され、前記錘は前記筐体に固定され、前記圧電素子で発生する振動により前記磁石を振動させ、該磁石の振動を駆動力として前記レンズホルダの一部に設置された前記磁石に対して吸着可能な材質から成る移動体を摺動駆動することにより前記レンズホルダを移動させる機能を有するレンズモジュールであって、前記錘の組成がW:85%以上98%以下、Ni:1%以上12%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、Fe:1.0%以下、または、W:85%以上98%以下、Ni:1%以上12%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、Co:2.0%以下であり、前記錘が焼結方法により製造され、前記錘の前記圧電素子との接着面の平均表面粗さRaが0.1μmより大きく60μm未満であることを特徴とする。   The lens module according to the present invention includes a cylindrical lens holder having a lens on an inner periphery, an electromechanical conversion actuator that moves the lens holder in an optical axis direction of the lens, the lens holder, and the electromechanical conversion. A housing for accommodating the actuator, and the electromechanical conversion actuator includes a magnet, a piezoelectric element, and a weight. The weight is bonded to one end of the piezoelectric element, and the magnet is bonded to the other end of the piezoelectric element. The weight is fixed to the housing, vibrates the magnet by vibration generated by the piezoelectric element, and is attracted to the magnet installed in a part of the lens holder using the vibration of the magnet as a driving force. A lens module having a function of moving the lens holder by sliding a movable body made of a possible material, the composition of the weight being W 85% or more and 98% or less, Ni: 1% or more and 12% or less, Mo: 0.1% or more and 2.0% or less, Fe: 1.0% or less, or W: 85% or more and 98% or less, Ni: 1% or more and 12% or less, Mo: 0.1% or more and 2.0% or less, and Co: 2.0% or less. The weight is manufactured by a sintering method, and the weight is bonded to the piezoelectric element. The average surface roughness Ra is greater than 0.1 μm and less than 60 μm.

また、前記筐体の形状は前記レンズホルダの側面を1mm以下の隙間を介して内接する直方体形状であり、前記錘の前記筐体に固定される部分の面形状は三角形または台形であってもよい。   Further, the shape of the housing is a rectangular parallelepiped shape in which the side surface of the lens holder is inscribed through a gap of 1 mm or less, and the surface shape of the portion fixed to the housing of the weight may be a triangle or a trapezoid. Good.

本発明では磁石と圧電素子と錘からなり、圧電素子の一端に錘を、他端に磁石を接着して構成された電気機械変換アクチュエータにおいて、比重が大きく、Niメッキしなくても耐食性が良好である上記組成のタングステン合金を錘の材料として用い、その錘の圧電素子との接着面の平均表面粗さRaを0.1μmより大きく60μm未満とすることにより圧電素子と錘との強固な接着強度が得られる。   In the present invention, an electromechanical actuator composed of a magnet, a piezoelectric element, and a weight, with a weight attached to one end of the piezoelectric element and a magnet attached to the other end, has a large specific gravity and good corrosion resistance without Ni plating. Using the tungsten alloy having the above composition as the material of the weight, and making the average surface roughness Ra of the bonding surface of the weight with the piezoelectric element greater than 0.1 μm and less than 60 μm, the piezoelectric element and the weight are firmly bonded. Strength is obtained.

この結果、高温高湿環境下でも安定で、Niメッキが不要で製造コストを低くすることができる錘を有し、圧電素子と錘との強固な接着が容易に得られ、十分な信頼性を備える電気機械変換アクチュエータが可能となる。   As a result, it has a weight that is stable even in a high temperature and high humidity environment, can eliminate the need for Ni plating, and can reduce the manufacturing cost. Thus, strong adhesion between the piezoelectric element and the weight can be easily obtained, and sufficient reliability can be obtained. An electromechanical conversion actuator can be provided.

以上のように、本発明により、大きな比重と耐食性があり、かつ、圧電素子との接着強度を強固にした錘を有する信頼性の高い電気機械変換アクチュエータおよびその電気機械変換アクチュエータを用いた移動速度が大きく良好なレンズ駆動が可能なレンズモジュールが得られる。   As described above, according to the present invention, a highly reliable electromechanical conversion actuator having a weight having high specific gravity and corrosion resistance and having a strong adhesive strength with a piezoelectric element, and a moving speed using the electromechanical conversion actuator A lens module capable of driving a lens with a large size can be obtained.

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.

図1は、本発明による電気機械変換アクチュエータの一実施例を示す斜視図であり、測定のため電気機械変換アクチュエータを基板上に固定したときの斜視図である。図1において、本実施例の電気機械変換アクチュエータは磁石1と圧電素子3と錘2とからなり、圧電素子3の一端に錘2が接着され、圧電素子3の他端に磁石1が接着されて構成されて基板4上に固定されている。   FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an electromechanical transducer according to the present invention, and is a perspective view when the electromechanical transducer is fixed on a substrate for measurement. In FIG. 1, the electromechanical conversion actuator of this embodiment includes a magnet 1, a piezoelectric element 3, and a weight 2. The weight 2 is bonded to one end of the piezoelectric element 3, and the magnet 1 is bonded to the other end of the piezoelectric element 3. And is fixed on the substrate 4.

本実施例に使用する錘2の作製方法を以下に述べる。まず所定の組成になるように各金属粉末を秤量し、混合する。この混合粉末を任意の形状に金型でプレスし、これを水素雰囲気中で焼成し、焼結タングステン合金試料を得る。その後、図1の形状に切断し、圧電素子との接着面を研磨して錘2を得る。   A method for manufacturing the weight 2 used in this embodiment will be described below. First, each metal powder is weighed and mixed so as to have a predetermined composition. This mixed powder is pressed into a desired shape with a mold and fired in a hydrogen atmosphere to obtain a sintered tungsten alloy sample. Then, it cut | disconnects in the shape of FIG. 1, and the weight 2 is obtained by grind | polishing the adhesive surface with a piezoelectric element.

ここで、本発明の効果を確認するために、圧電素子との接着面の表面の材質および表面粗さが本発明の範囲である実施例の試料および本発明の範囲外まで変えた比較例の試料を作製し、接着強度試験を行った。また、タングステン合金の組成についても本発明の範囲および本発明の範囲外まで変えた比較例の試料を別途作製し、耐食性および電気機械変換アクチュエータとしての変位量の評価を行った。   Here, in order to confirm the effect of the present invention, the sample of the example in which the material and the surface roughness of the surface to be bonded to the piezoelectric element are within the scope of the present invention, and the comparative example in which the scope of the present invention was changed out of the range A sample was prepared and an adhesive strength test was performed. In addition, a sample of a comparative example in which the composition of the tungsten alloy was changed within the scope of the present invention and beyond the scope of the present invention was separately prepared, and the corrosion resistance and the displacement amount as an electromechanical conversion actuator were evaluated.

先ず、接着強度試験用の試料としては錘の形状として2mm×2mm×5mmの角柱を用い、この角柱の2mm×2mmの端面に圧電素子の角柱(1mm×1mm×5mm)の端面を熱硬化型エポキシ系接着剤により接着した試験片を作製した。錘の組成としてはW90重量%、Ni8重量%、Mo1.5重量%、Fe0.5重量%のものを用い、その接着面の粗さを変えたものを作製した。また、比較例の一つとしてタングステン−ニッケル合金にNiメッキを施した上記錘と同一形状の錘を作製し同様に試験片を作製した。接着硬化は100℃で1時間保持しておこなった。   First, a 2 mm × 2 mm × 5 mm prism is used as the weight for the sample for adhesion strength test, and the end surface of the prism of the piezoelectric element (1 mm × 1 mm × 5 mm) is thermoset on the 2 mm × 2 mm end surface of this prism. A test piece bonded with an epoxy adhesive was prepared. As the weight composition, W 90 wt%, Ni 8 wt%, Mo 1.5 wt%, Fe 0.5 wt% were used. Further, as one of comparative examples, a weight having the same shape as the weight obtained by applying Ni plating to a tungsten-nickel alloy was produced, and a test piece was similarly produced. Adhesive curing was performed by holding at 100 ° C. for 1 hour.

図2は接着強度試験方法を示す図であり、上記試験片を図2に示すように、錘9を治具10によって固定し、圧電素子11の接着部12から3mm離れた点を圧電素子11の長さ方向に垂直な方向から押し、接着部分の破断する荷重を測定した。荷重速度は2mm/minでおこなった。表1に上記の接着強度試験の結果を示す。   FIG. 2 is a diagram showing an adhesion strength test method. As shown in FIG. 2, the weight 9 is fixed by a jig 10 and a point 3 mm away from the bonding portion 12 of the piezoelectric element 11 is fixed to the piezoelectric element 11. The load at which the bonded portion breaks was measured by pressing from the direction perpendicular to the length direction. The loading speed was 2 mm / min. Table 1 shows the results of the above adhesive strength test.

Figure 2009165317
Figure 2009165317

表1からわかるように、上記組成のタングステン合金の場合には、錘の表面粗さRaが0.1μm以下または60μm以上である比較例の場合、接着強度はNiメッキを施した錘の場合と同等もしくはそれ以下となり、接着面の表面粗さRaを0.1μmより大きく60μm未満とすることで、Niメッキしたタングステン−ニッケル合金の錘より大きな接着強度が得られることがわかる。W−Ni−Mo−Co系合金の本発明の組成範囲にある合金でも同様な接着面の表面粗さRaと接着強度の関係が得られた。また焼結後の研磨加工しない状態の面でも、表面粗さRaを0.1μmより大きく60μm未満とするように焼結条件を設定して作製した場合には、接着強度はNiメッキ品に比較し大きいという結果が得られた。   As can be seen from Table 1, in the case of the tungsten alloy having the above composition, in the case of the comparative example in which the surface roughness Ra of the weight is 0.1 μm or less or 60 μm or more, the adhesive strength is the same as that of the weight plated with Ni. It can be seen that when the surface roughness Ra of the bonding surface is greater than 0.1 μm and less than 60 μm, an adhesive strength greater than that of the Ni-plated tungsten-nickel alloy weight can be obtained. A similar relationship between the surface roughness Ra of the bonding surface and the bonding strength was obtained even in the W-Ni-Mo-Co alloy having the composition range of the present invention. In addition, even when the surface is not polished after sintering, when the sintering condition is set so that the surface roughness Ra is greater than 0.1 μm and less than 60 μm, the adhesive strength is comparable to that of the Ni-plated product. The result was large.

本発明の上記効果は、Raが0.1μmより大きく60μm未満の範囲では微細な接着表面の凹凸が接着剤との接触面積を大きくしていると共に、荷重方向と垂直方向に凹凸があるためその凹部に入った接着剤部分が、荷重を受けているためと考えられる。Raが0.1μm以下では荷重を受けるほどの凹凸部がなく、また60μm以上では凹凸が大きいため凹凸の数量が少なく強度が低下したものと推測できる。   The above effect of the present invention is that, in the range where Ra is greater than 0.1 μm and less than 60 μm, the fine unevenness of the adhesive surface increases the contact area with the adhesive and the unevenness in the direction perpendicular to the load direction. This is probably because the adhesive portion that entered the recess was subjected to a load. When Ra is 0.1 μm or less, there is no uneven portion enough to receive a load, and when it is 60 μm or more, the unevenness is large.

次に、電気機械変換アクチュエータの錘の耐食性および電気機械変換アクチュエータとしての変位量の評価を行った。評価用試料は板状の錘上に断面1mm×1mm、高さ1.5mmの積層型の圧電素子を熱硬化型エポキシ系接着剤により接着し、さらに1mm×1mm×1.5mmの磁石を圧電素子の上面に接着し電気機械変換アクチュエータを構成した。変位量を測定するために、上記電気機械変換アクチュエータの錘の下面を10mm×10mm×1mmのプラスチック板に熱硬化型エポキシ系接着剤により接着し評価用試料を作製した。ここで、錘の圧電素子との接着面の表面粗さRaは0.3μmに加工し、本発明の効果を確認するために、錘のタングステン合金の組成については本発明の範囲および本発明の範囲外まで変えた比較例の試料およびタングステン―ニッケル合金にNiメッキを施した試料も作製した。   Next, the corrosion resistance of the weight of the electromechanical conversion actuator and the amount of displacement as the electromechanical conversion actuator were evaluated. A sample for evaluation was obtained by bonding a laminated piezoelectric element having a cross section of 1 mm × 1 mm and a height of 1.5 mm on a plate-shaped weight with a thermosetting epoxy adhesive, and further applying a 1 mm × 1 mm × 1.5 mm magnet to the piezoelectric. An electromechanical conversion actuator was constructed by bonding to the upper surface of the element. In order to measure the amount of displacement, the lower surface of the weight of the electromechanical conversion actuator was bonded to a 10 mm × 10 mm × 1 mm plastic plate with a thermosetting epoxy adhesive to produce a sample for evaluation. Here, the surface roughness Ra of the bonding surface of the weight with the piezoelectric element is processed to 0.3 μm, and in order to confirm the effect of the present invention, the composition of the tungsten alloy of the weight is within the scope of the present invention and the present invention. Samples of comparative examples and samples obtained by subjecting a tungsten-nickel alloy to Ni plating were also produced.

耐食性の評価は、温度85℃、湿度85%の条件で500時間保持する恒温恒湿試験を行い、試験後に取出した試料の錘の表面を観察し、腐食していないか外観を観察することにより行った。   Corrosion resistance is evaluated by conducting a constant temperature and humidity test that is held for 500 hours under conditions of a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%, and observing the surface of the weight of the sample taken after the test and observing the appearance for corrosion. went.

図3はアクチュエータとしての変位量の評価方法を示す図である。図3に示すように、作製した評価用試料のプラスチック板34を平坦な台30上に設置し、発振器38とアンプ37を用いて圧電素子33を駆動し、磁石31の上面の変位をレーザー変位計36により測定した。駆動条件は周波数100kHz、駆動電圧±1Vの正弦波で行った。   FIG. 3 is a diagram showing a method for evaluating a displacement amount as an actuator. As shown in FIG. 3, the plastic plate 34 of the produced sample for evaluation is placed on a flat table 30, the piezoelectric element 33 is driven using an oscillator 38 and an amplifier 37, and the displacement of the upper surface of the magnet 31 is changed by laser displacement. The total was measured by 36. The driving conditions were a sine wave with a frequency of 100 kHz and a driving voltage of ± 1V.

変位減少率は、図3と同様な評価系で圧電素子単体を台30上に設置して測定したときの変位量に対し、圧電素子に錘と磁石を接着してアクチュエータを構成した時の磁石の上面での変位量を測定し、その減少率で評価した。   The displacement reduction rate is a magnet when an actuator is configured by adhering a weight and a magnet to the piezoelectric element with respect to the displacement when the single piezoelectric element is installed on the table 30 and measured by the same evaluation system as in FIG. The amount of displacement on the upper surface of the film was measured and evaluated by the rate of decrease.

表2に錘の組成がW−Ni−Mo−Fe合金からなる場合の恒温恒湿試験による錘の表面状態、および変位減少率、上記の接着強度試験と同様な試料と評価方法により測定した圧電素子との接着部の破断強度の評価結果をまとめて示す。   Table 2 shows the surface state of the weight by the constant temperature and humidity test when the weight composition is made of a W—Ni—Mo—Fe alloy, the displacement reduction rate, and the piezoelectric measured by the same sample and evaluation method as in the above adhesive strength test. The evaluation result of the breaking strength of the adhesion part with an element is shown collectively.

Figure 2009165317
Figure 2009165317

表2より、本発明の範囲では破断強度が大きく、変位減少率が少なく、恒温恒湿試験後も外観の変化がないという結果が得られた。   From Table 2, it was found that within the scope of the present invention, the breaking strength was high, the displacement reduction rate was small, and the appearance did not change even after the constant temperature and humidity test.

それに対しタングステン量が85%未満もしくは98%より大きい試料では変位減少率が大きい結果となった。ニッケル量が1%未満もしくは12%より大きい試料でも変位減少率が大きい結果となった。モリブデン量が0.1%未満では高温高湿後に錆が発生し、破断強度も小さい結果となった。またモリブデン量が2%以上の試料では変位減少率が大きい結果となった。鉄が1%より大きい試料では恒温恒湿後に錆が発生し、破断強度が小さくなった。また、Niメッキを施した試料は破断荷重が小さい結果となった。   On the other hand, samples with a tungsten content of less than 85% or greater than 98% resulted in a large displacement reduction rate. A sample with a nickel content of less than 1% or greater than 12% resulted in a large displacement reduction rate. When the amount of molybdenum was less than 0.1%, rust was generated after high temperature and high humidity, and the breaking strength was small. In addition, a sample having a molybdenum content of 2% or more showed a large displacement reduction rate. In the sample with iron larger than 1%, rust was generated after constant temperature and humidity, and the breaking strength was reduced. The sample plated with Ni had a small breaking load.

表3に、錘の組成がW−Ni−Mo−Co合金からなる場合の同様な評価結果を示す。   Table 3 shows similar evaluation results when the weight composition is made of a W—Ni—Mo—Co alloy.

Figure 2009165317
Figure 2009165317

表3より、本発明の範囲では破断強度が大きく、変位減少率が少なく、恒温恒湿試験後も外観に変化がない結果が得られた。それに対しタングステン量が85%未満もしくは98%より大きい試料では変位減少率が大きい結果となった。ニッケル量が1%未満もしくは12%より大きい試料でも変位減少率が大きい結果となった。モリブデン量が0.1%未満では高温高湿後に錆が発生し、破断荷重も小さい結果となった。またモリブデン量が2%以上の試料では変位減少率が大きい結果となった。コバルトが2%より大きい試料では恒温恒湿後に錆が発生し、破断強度が小さくなった。   From Table 3, the results were that the breaking strength was large, the displacement reduction rate was small within the range of the present invention, and the appearance did not change even after the constant temperature and humidity test. On the other hand, samples with a tungsten content of less than 85% or greater than 98% resulted in a large displacement reduction rate. A sample with a nickel content of less than 1% or greater than 12% resulted in a large displacement reduction rate. When the amount of molybdenum was less than 0.1%, rust was generated after high temperature and high humidity, and the breaking load was small. In addition, a sample having a molybdenum content of 2% or more showed a large displacement reduction rate. In the sample with more than 2% cobalt, rust was generated after constant temperature and humidity, and the breaking strength was reduced.

図4は本発明によるレンズモジュールの一実施例を示す図であり、レンズモジュールの基本構成を示したもので、図4(a)は上面方向からの外観平面図、図4(b)は図4(a)のA−A線方向における側面断面図である。図4において、内周にレンズ44を備えた円筒状のレンズホルダ45と、レンズホルダ45をレンズ44の光軸方向に移動させる電気機械変換アクチュエータと、レンズホルダ45と電気機械変換アクチュエータを収容するハウジング43とを備え、電気機械変換アクチュエータは、磁石41と圧電素子47と錘49とからなり、圧電素子47の一端に錘49が接着され、圧電素子47の他端に磁石41が接着され、錘49はハウジング43に固定され、圧電素子47で発生する振動により磁石41を振動させ、磁石41の振動を駆動力としてレンズホルダ43の一部に設置された磁石41に対して吸着可能な材質から成る移動体46を摺動駆動することによりレンズホルダ45を移動させる機能を有している。   FIG. 4 is a view showing an embodiment of a lens module according to the present invention, and shows the basic configuration of the lens module. FIG. 4 (a) is an external plan view from the upper surface direction, and FIG. It is side surface sectional drawing in the AA line direction of 4 (a). 4, a cylindrical lens holder 45 having a lens 44 on the inner periphery, an electromechanical conversion actuator that moves the lens holder 45 in the optical axis direction of the lens 44, and the lens holder 45 and the electromechanical conversion actuator are accommodated. The electromechanical actuator includes a magnet 41, a piezoelectric element 47, and a weight 49. The weight 49 is bonded to one end of the piezoelectric element 47, and the magnet 41 is bonded to the other end of the piezoelectric element 47. The weight 49 is fixed to the housing 43, vibrates the magnet 41 by vibration generated by the piezoelectric element 47, and can be attracted to the magnet 41 installed in a part of the lens holder 43 by using the vibration of the magnet 41 as a driving force. It has a function to move the lens holder 45 by slidingly driving the moving body 46 made of the above.

現状のカメラモジュールサイズを考慮するとハウジング43およびレンズホルダ45はできるだけ小型化する必要があり、このため、ハウジング43の形状はレンズホルダ45の側面を1mm以下の隙間を介して内接する直方体形状であることが望ましい。また、本実施例の電気機械アクチュエータにおいても、圧電素子47の小型化と共に、錘49も小型化、低背化が必要であり、錘49は高さ1.0mm以下が望ましい。また錘49は磁石41と移動体46との摺動を妨げないように、摺動面よりアクチュエータの内側に位置することが望ましい。よって錘49の摺動面に対して垂直方向の長さはハウジング43の内側の角から磁石摺動面までの距離よりも短いことが望ましい。この結果、錘49の形状としてはアクチュエータをハウジング43の角に配置することを考慮すると、なるべく形状を大きくし、重さを大きくするため、変位方向に対し垂直な方向での面形状は三角形もしくは台形が望ましい。そこで本実施例においては錘49の上記形状を一辺の長さが2mmの直角二等辺三角形の形状とし、高さは1mmとした。ハウジング43は外形10×10×7mmである。   Considering the current camera module size, the housing 43 and the lens holder 45 must be made as small as possible. For this reason, the shape of the housing 43 is a rectangular parallelepiped shape in which the side surface of the lens holder 45 is inscribed through a gap of 1 mm or less. It is desirable. Also in the electromechanical actuator of the present embodiment, it is necessary to reduce the size and the height of the weight 49 along with the miniaturization of the piezoelectric element 47, and the weight 49 is desirably 1.0 mm or less in height. The weight 49 is preferably located inside the actuator from the sliding surface so as not to prevent the sliding of the magnet 41 and the moving body 46. Therefore, the length in the direction perpendicular to the sliding surface of the weight 49 is preferably shorter than the distance from the inner corner of the housing 43 to the magnet sliding surface. As a result, considering the arrangement of the actuators at the corners of the housing 43 as the shape of the weight 49, the surface shape in the direction perpendicular to the displacement direction is triangular or A trapezoid is desirable. Therefore, in this embodiment, the weight 49 has the shape of a right-angled isosceles triangle having a side length of 2 mm and a height of 1 mm. The housing 43 has an outer shape of 10 × 10 × 7 mm.

本実施例においてはアクチュエータを構成する錘49の材料組成はW90重量%、Ni8重量%、Mo1.5重量%、Fe0.5重量%のものを用いた。また、比較のため表3の結果で変位減衰量が大きいW99重量%、Ni0.5重量%、Mo0.3重量%、Fe0.2重量%の組成を用いた錘を使用したアクチュエータによるレンズモジュールも製作し評価した。錘49の圧電素子47との接着面の表面粗さRaは0.3μmとした。ハウジング43にアクチュエータの錘49をエポキシ系熱硬化型接着剤により固定した。   In this embodiment, the material composition of the weight 49 constituting the actuator was W 90 wt%, Ni 8 wt%, Mo 1.5 wt%, and Fe 0.5 wt%. For comparison, a lens module by an actuator using a weight having a composition of W99 wt%, Ni 0.5 wt%, Mo 0.3 wt%, Fe 0.2 wt%, which has a large displacement attenuation amount as shown in Table 3, is also provided. Made and evaluated. The surface roughness Ra of the adhesion surface of the weight 49 to the piezoelectric element 47 was 0.3 μm. The actuator weight 49 was fixed to the housing 43 with an epoxy thermosetting adhesive.

磁石との摺動部には磁石に吸着する鋼板が移動体46としてレンズホルダ45側に設置されている。レンズホルダ45は略円筒形で、この内周側にレンズ44を保持しており、レンズ44は、円筒の中心軸方向とレンズの光軸とが一致するように取り付けてある。   A steel plate that is attracted to the magnet is installed on the lens holder 45 side as a moving body 46 at the sliding portion with the magnet. The lens holder 45 has a substantially cylindrical shape and holds a lens 44 on the inner peripheral side thereof. The lens 44 is attached so that the central axis direction of the cylinder coincides with the optical axis of the lens.

図5はレンズモジュールの評価系を示す構成図であり、発振器38とアンプ37を用いて圧電素子47を駆動し、レンズホルダ45の上面の上昇時の変位をレーザー変位計により測定し、移動速度を算出した。駆動条件は周波数100kHz、駆動電圧±1Vである。駆動電圧波形は三角波で行い、電圧増加時間と電圧減少時間の比率は7:3とした。測定結果を表4に示す。   FIG. 5 is a block diagram showing an evaluation system for a lens module. The piezoelectric element 47 is driven using an oscillator 38 and an amplifier 37, the displacement of the upper surface of the lens holder 45 is measured with a laser displacement meter, and the moving speed is measured. Was calculated. The driving conditions are a frequency of 100 kHz and a driving voltage of ± 1V. The drive voltage waveform was a triangular wave, and the ratio of voltage increase time to voltage decrease time was 7: 3. Table 4 shows the measurement results.

Figure 2009165317
Figure 2009165317

本実施例のレンズモジュールでは移動速度が4.5mm/secであったのに対し、変位減少率が大きかった比較例は2.5mm/secと小さな値となった。これより本発明のレンズモジュールでは、アクチュエータの変位減少率が少ないため移動速度を大きくでき、良好なレンズ駆動が得られる。   In the lens module of this example, the moving speed was 4.5 mm / sec, while in the comparative example in which the displacement reduction rate was large, the value was as small as 2.5 mm / sec. As a result, in the lens module of the present invention, since the displacement reduction rate of the actuator is small, the moving speed can be increased and good lens driving can be obtained.

以上より、本発明により、高温高湿環境下でも安定で、Niメッキが不要で製造コストを低くすることができる錘を有し、圧電素子と錘との強固な接着が容易に得られ、十分な信頼性を備える電気機械変換アクチュエータが可能となり、その電気機械変換アクチュエータを用いた移動速度が大きく良好なレンズ駆動が可能なレンズモジュールが得られる。   As described above, the present invention has a weight that is stable even in a high-temperature and high-humidity environment, that does not require Ni plating, and that can reduce the manufacturing cost, and that a strong adhesion between the piezoelectric element and the weight can be easily obtained. Thus, an electromechanical conversion actuator having high reliability is possible, and a lens module capable of driving a lens with a high moving speed using the electromechanical conversion actuator can be obtained.

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではないことは言うまでもなく、目的に応じて磁石や圧電素子、錘の形状や寸法、配置、移動体やレンズホルダ、ハウジングの材質、形状などを選択、設計することができる。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and magnets, piezoelectric elements, shapes and dimensions of weights, arrangements, moving bodies, lens holders, housing materials, shapes, etc., depending on the purpose. Can be selected and designed.

本発明による電気機械変換アクチュエータの一実施例を示す斜視図。The perspective view which shows one Example of the electromechanical conversion actuator by this invention. 接着強度試験方法を示す図。The figure which shows the adhesive strength test method. アクチュエータとしての変位量の評価方法を示す図。The figure which shows the evaluation method of the displacement amount as an actuator. 本発明によるレンズモジュールの一実施例を示す図、図4(a)は上面方向からの外観平面図、図4(b)は図4(a)のA−A線方向における側面断面図。The figure which shows one Example of the lens module by this invention, Fig.4 (a) is an external appearance top view from an upper surface direction, FIG.4 (b) is side surface sectional drawing in the AA line direction of Fig.4 (a). レンズモジュールの評価系を示す構成図。The block diagram which shows the evaluation system of a lens module. 小型で安定な駆動を可能とするレンズモジュールの基本構成を示す図、図6(a)は上面方向からの外観平面図、図6(b)は図6(a)のC−C線方向における側面断面図。FIG. 6A is a diagram showing a basic configuration of a lens module that enables small and stable driving, FIG. 6A is an external plan view from the top surface direction, and FIG. 6B is a CC line direction in FIG. 6A. Side surface sectional drawing.

符号の説明Explanation of symbols

1、31、41、62 磁石
2、9、49、69 錘
3、11、33、47、61 圧電素子
4 基板
10 治具
12 接着部
30 台
34 プラスチック板
36 レーザー変位計
37 アンプ
38 発振器
43、64 ハウジング
44、60 レンズ
45、63 レンズホルダ
46、65 移動体
66 ガイドピン
1, 31, 41, 62 Magnets 2, 9, 49, 69 Weights 3, 11, 33, 47, 61 Piezoelectric element 4 Substrate 10 Jig 12 Bonding part 30 Base 34 Plastic plate 36 Laser displacement meter 37 Amplifier 38 Oscillator 43, 64 Housing 44, 60 Lens 45, 63 Lens holder 46, 65 Moving body 66 Guide pin

Claims (3)

磁石と圧電素子と錘とからなり、前記圧電素子の一端に前記錘が接着され、前記圧電素子の他端に前記磁石が接着されて構成された電気機械変換アクチュエータにおいて、前記錘の組成がW:85%以上98%以下、Ni:1%以上12%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、Fe:1.0%以下、または、W:85%以上98%以下、Ni:1%以上12%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、Co:2.0%以下であり、前記錘が焼結方法により製造され、前記錘の前記圧電素子との接着面の平均表面粗さRaが0.1μmより大きく60μm未満であることを特徴とする電気機械変換アクチュエータ。   An electromechanical conversion actuator comprising a magnet, a piezoelectric element, and a weight, wherein the weight is bonded to one end of the piezoelectric element, and the magnet is bonded to the other end of the piezoelectric element. : 85% to 98%, Ni: 1% to 12%, Mo: 0.1% to 2.0%, Fe: 1.0% or less, or W: 85% to 98%, Ni 1% or more and 12% or less, Mo: 0.1% or more and 2.0% or less, and Co: 2.0% or less. The weight is manufactured by a sintering method, and the weight is bonded to the piezoelectric element. An electromechanical conversion actuator having an average surface roughness Ra of greater than 0.1 μm and less than 60 μm. 内周にレンズを備えた円筒状のレンズホルダと、前記レンズホルダを前記レンズの光軸方向に移動させる電気機械変換アクチュエータと、前記レンズホルダと前記電気機械変換アクチュエータを収容する筐体とを備え、前記電気機械変換アクチュエータは、磁石と圧電素子と錘とからなり、前記圧電素子の一端に前記錘が接着され、前記圧電素子の他端に前記磁石が接着され、前記錘は前記筐体に固定され、前記圧電素子で発生する振動により前記磁石を振動させ、該磁石の振動を駆動力として前記レンズホルダの一部に設置された前記磁石に対して吸着可能な材質から成る移動体を摺動駆動することにより前記レンズホルダを移動させる機能を有するレンズモジュールであって、前記錘の組成がW:85%以上98%以下、Ni:1%以上12%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、Fe:1.0%以下、または、W:85%以上98%以下、Ni:1%以上12%以下、Mo:0.1%以上2.0%以下、Co:2.0%以下であり、前記錘が焼結方法により製造され、前記錘の前記圧電素子との接着面の平均表面粗さRaが0.1μmより大きく60μm未満であることを特徴とするレンズモジュール。   A cylindrical lens holder having a lens on the inner periphery, an electromechanical conversion actuator that moves the lens holder in the optical axis direction of the lens, and a housing that houses the lens holder and the electromechanical conversion actuator The electromechanical conversion actuator includes a magnet, a piezoelectric element, and a weight, the weight is bonded to one end of the piezoelectric element, the magnet is bonded to the other end of the piezoelectric element, and the weight is attached to the casing. A moving body made of a material that is fixed and vibrates with the vibration generated by the piezoelectric element and that can be attracted to the magnet installed in a part of the lens holder by using the vibration of the magnet as a driving force. A lens module having a function of moving the lens holder by dynamic driving, wherein the weight has a composition of W: 85% to 98%, Ni: 1% or more 2% or less, Mo: 0.1% to 2.0%, Fe: 1.0% or less, or W: 85% to 98%, Ni: 1% to 12%, Mo: 0.1 % To 2.0%, Co: 2.0% or less, the weight is manufactured by a sintering method, and the average surface roughness Ra of the surface of the weight to be bonded to the piezoelectric element is greater than 0.1 μm. A lens module characterized by being less than 60 μm. 前記筐体の形状は前記レンズホルダの側面を1mm以下の隙間を介して内接する直方体形状であり、前記錘の前記筐体に固定される部分の面形状は三角形または台形であることを特徴とする請求項2に記載のレンズモジュール。   The shape of the housing is a rectangular parallelepiped shape in which the side surface of the lens holder is inscribed through a gap of 1 mm or less, and the surface shape of the portion fixed to the housing of the weight is a triangle or a trapezoid. The lens module according to claim 2.
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