JP2016039707A - 圧電駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】活性部の変位を阻害しないように活性部を保護することが可能であり、シンプルな構造で機械的強度を向上させることができる圧電駆動装置を提供すること。【解決手段】第１樹脂部５２ａが、取付面４２ａから、活性部２６ａと不活性部２６ｂ１との界面に対応する素子本体２０の外側面までを覆っている。活性部２６ａと不活性部２６ｂ１との界面２６ｃ１に対応する位置で、素子本体２０の外側面を第１樹脂部５２ａが覆っており、熱収縮チューブ５３は、活性部２６ａの中央部に対応する素子本体２０の外側面を一体的に覆っている。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、たとえば圧電素子によりシャフトなどの被駆動体を振動させることで、被駆動体に取り付けられたレンズ保持枠などを、被駆動体の軸方向に駆動する圧電駆動装置に関する。

圧電素子は、圧電効果および逆圧電効果を利用し、機械的な変位と電気的な変位とを相互に変換する素子である。このような圧電素子は、たとえば、圧電セラミックスを成形・焼成して素子本体を得た後、これに電極を形成し、さらに分極処理を施すことによって製造される。

圧電素子により得られる機械的変位は比較的微小であるため、圧電素子は、たとえば精密かつ正確な制御が要求される駆動装置として好適に利用される。より具体的には、レンズ駆動用、ＨＤＤのヘッド駆動用、インクジェットプリンタのヘッド駆動用、燃料噴射弁駆動用等の用途が挙げられる。

たとえば、圧電素子を用いた駆動装置としては、圧電素子の端部に、駆動軸を取付け、その接合部を補強しているものが開示されている（特許文献１等参照）。

しかしながら、従来の積層型圧電素子では、特に厳しい耐久性が要求される用途に用いられる場合に、特に素子本体の積層方向の中央部（活性部の中央）において、駆動時等の大きな負荷や何らかの外力により折れてしまうおそれがあることが問題になっている。その原因としては、圧電素子の分極時に活性部に内部応力が生じることが考えられる。この内部応力が、素子本体をシャフトなどに取り付けた状態で、シャフトに沿って移動する移動部材の振動や、落下などの外部衝撃に対して非常に脆くなることが考えられる。

なお、素子本体の活性部は、積層方向に変位が生じることから、活性部の変位を阻害しないように活性部を保護することが重要である。

特開平８−２８６０９３号

本発明の目的は、活性部の変位を阻害しないように活性部を保護することが可能であり、シンプルな構造で機械的強度を向上させることができる圧電駆動装置を提供することである。

本発明者等は、鋭意検討の結果、積層型圧電素子の素子本体において、最も脆弱な部分が、活性部における積層方向の中央部であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明に係る圧電駆動装置は、
圧電体層と内部電極とが交互に積層してある活性部と、前記活性部の積層方向の両端に積層してある不活性部とを有する素子本体と、
前記素子本体の前記積層方向における一方の端面に接合される被駆動体と、
前記素子本体の前記積層方向における他方の端面に接合される固定部材と、
前記活性部の積層方向の中央部に位置する前記素子本体の外周を少なくとも被覆してある熱収縮チューブと、を有する。

本発明の圧電駆動装置では、活性部の積層方向の中央部に位置する素子本体の外周を少なくとも熱収縮チューブで被覆してある。このように構成することで、活性部の積層方向の中央部に位置する素子本体を有効に保護することが可能になり、シンプルな構造で機械的強度を向上させることができる。また、熱収縮チューブは、塗布法やコーティング法で形成した保護膜とは異なり、素子本体の角部で膜厚が薄くなることもなく、周方向に沿って均一な厚みで素子本体を保護することができる。

また、熱収縮チューブは、熱や光や電子線などのエネルギー（熱などのエネルギー）を加えることで収縮する樹脂チューブであり、収縮する前の状態では、素子本体の中央部を覆う位置に容易に取り付けることが可能であり、その後、熱などのエネルギーを加えることで、素子本体の中央部外周に容易に装着することができる。

好ましくは、前記熱収縮チューブの内周面と前記素子本体との間には、隙間が形成してある。隙間を形成することで、素子本体における活性部の積層方向の変位を熱収縮チューブが阻害するおそれが少ない。また隙間が形成してあることで、熱収縮チューブに加わる外部衝撃が隙間の空間で吸収され、素子本体に伝達される衝撃が弱められ、素子本体の折れやクラックなどを有効に防止することができる。なお、内周面に接着層が形成されてない熱収縮チューブは、素子本体の外周面との間に隙間が生じやすい。

前記素子本体は、２つの前記端面以外に、４つの角部で隣接する４つの側面を有しても良く、
好ましくは、収縮前の前記熱収縮チューブが筒形状であり、
収縮後の前記熱収縮チューブの内周面と前記素子本体の前記角部とが接触し、
収縮後の前記熱収縮チューブの内周面と前記素子本体の前記側面との間に隙間が形成してある。

このように構成することで、素子本体における活性部の積層方向の変位を熱収縮チューブが阻害するおそれが少ない。また隙間が形成してあることで、熱収縮チューブに加わる外部衝撃が隙間の空間で吸収され、素子本体に伝達される衝撃が弱められ、素子本体の折れやクラックなどを有効に防止することができる。

前記素子本体の対向する二つの側面には、それぞれ外部電極が形成してあり、前記外部電極が収縮後の前記熱収縮チューブにより覆われていてもよい。このように構成することで、外部電極が有効に保護され、外部電極のガス腐食などを防止することができる。

前記取付面の近くで前記外部電極の外表面には、配線用リード部が電気的接続部を介して固定してあり、前記電気的接続部が、前記熱収縮チューブで覆われていてもよい。このように構成することで、電気的接続部での素子本体の強度も向上する。前記電気的接続部としては、ハンダおよび導電性接着剤のいずれかであってもよい。

また、前記熱収縮チューブが、前記被駆動体と前記素子本体とを接合する樹脂部の少なくとも一部をも一体的に覆っていてもよい。このように構成することで、被駆動体と素子本体とを接合する部分の強度も向上する。

前記熱収縮チューブが、前記被駆動体と前記素子本体とを接合する樹脂部と、前記被駆動体の一部とを一体的に覆っていてもよい。被駆動体と前記素子本体とを接合する樹脂部は、接着剤も兼ねており、一般的には耐湿性に弱いが、その部分を熱収縮チューブで覆うことで、耐湿性を向上させることができる。

また、被駆動体がシャフトと、そのシャフトに沿って移動自在に保持されるレンズ保持枠などの移動部材である場合に、接着剤を兼ねている樹脂部を熱収縮チューブにより覆い、さらにシャフトの一部も覆うことで、移動部材が樹脂部に接触することが無くなる。そのため、移動部材に接着剤からなる樹脂部が付着して接着剤の成分の一部がシャフトの表面に付着することを有効に防止することができる。なお、シャフトの表面に接着剤の成分の一部が付着すると、シャフトから移動部材に加わる振動の伝達が変化し、正確な移動部材の移動制御が困難になるおそれがある。

図１は本発明の一実施形態に係る圧電駆動装置の部分断面の概略図である。 図２Ａは図１に示す圧電駆動装置の要部拡大断面図である。 図２Ｂは図２に示すIIＢ−IIＢ線に沿う概略断面図である。 図３は図１に示す圧電駆動装置の素子本体の斜視図である。 図４は図１に示す圧電駆動装置の製造過程を示す斜視図である。 図５は図４の続きの工程を示す部分斜視図である。 図６Ａは本発明の他の実施形態に係る圧電駆動装置の要部拡大断面図である。 図６Ｂは本発明のさらに他の実施形態に係る圧電駆動装置の要部拡大断面図である。 図６Ｃは本発明のさらに他の実施形態に係る圧電駆動装置の要部拡大断面図である。 図６Ｄは本発明のさらに他の実施形態に係る圧電駆動装置の要部拡大断面図である。 図６Ｅは本発明のさらに他の実施形態に係る圧電駆動装置の要部拡大断面図である。 図６Ｆは本発明のさらに他の実施形態に係る圧電駆動装置の要部拡大断面図である。 図７は本発明の実施例および参考例に係る圧電駆動装置に関する抗折強度の測定方法を表す概念図である。 図８は本発明の実施例および参考例に係る圧電駆動装置に関する抗折強度の測定結果を表すグラフである。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

第１実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電駆動装置１０を利用したレンズ駆動装置６０を示す概念図である。レンズ駆動装置６０は、圧電駆動装置１０の他に、シャフト４４に対して移動自在に係合された移動部材５６と、素子本体２０に電圧を印加する駆動回路５８とを有している。移動部材５６はレンズを保持しており、移動部材５６およびこれに保持されるレンズは、シャフト４４の軸芯（Ｚ軸）に沿って、シャフト４４に対して相対移動することができる。

圧電駆動装置１０は、積層型圧電素子で構成される素子本体２０と、錘（固定部材の一例）４２と、シャフト（被駆動体の一例）４４と有する。また、圧電駆動装置１０は、素子本体２０と駆動回路５８とを電気的に接続する配線部３２や、配線部３２を第１および第２外部電極２８ａ，２８ｂに接続する電気的接続部３０をさらに有する。電気的接続部３０は、たとえばハンダまたは導電性接着剤などで構成される。

素子本体２０は、駆動回路５８によって電圧を印加されて変形する。これに伴い、素子本体２０に接続されたシャフト４４は、Ｚ軸方向に往復運動（振動）する。駆動回路５８が出力する電圧波形は特に限定されないが、駆動回路５８は、たとえばノコギリ波形の電圧波形を出力することにより、圧電駆動装置１０の変形量およびこれに伴うシャフト４４の変位量を越える移動量を、移動部材５６に発生させることができる。

なお、本実施形態では、圧電駆動装置１０をレンズ駆動装置６０に適用した態様を例に挙げて説明を行うが、圧電駆動装置１０を適用する装置としてはこれに限定されず、圧電駆動装置１０は、その他の駆動装置等にも適用することができる。

図１および図３に示すように、圧電駆動装置１０の素子本体２０は、略角柱状（本実施形態では四角柱）の外観形状を有しており、圧電体層２６と、第１および第２内部電極２７ａ，２７ｂと、第１および第２外部電極２８ａ，２８ｂとを有する。なお、素子本体２０の外観形状は、角柱状に限定されず、円柱状、楕円柱状その他の形状であってもかまわない。

素子本体２０の内部において、第１内部電極２７ａおよび第２内部電極２７ｂは、圧電体層２６を挟んで交互に積層されている。第１外部電極２８ａと第２外部電極２８ｂは、素子本体２０の面のうち、積層方向（Ｚ軸方向）に沿って延在する側面に形成されている。図３に示すように、第１外部電極２８ａは、積層方向に沿って延在する第１側面２５ａに形成されており、第２外部電極２８ｂは、第１側面２５ａとはＸ軸方向の反対方向を向く第２側面２５ｂに形成されている。

第１内部電極２７ａは、第１外部電極２８ａに電気的に接続されており、第２内部電極２７ｂは、第２外部電極２８ｂに電気的に接続されている。また、素子本体２０の側面のうち、第１および第２外部電極２８ａ，２８ｂが形成されていない第３側面２５ｃおよび第４側面２５ｄ（Ｙ軸方向に対向する）には、マイグレーションを防止するための樹脂層が予め形成されていても良い。

なお、図面において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、相互に垂直であり、Ｚ軸が素子本体２０の積層方向およびシャフトの軸方向に一致し、Ｘ軸が、第１外部電極２８ａと第２外部電極２８ｂとの対向方向に一致する。

第１内部電極２７ａおよび第２内部電極２７ｂを構成する導電材としては、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ等の貴金属およびこれらの合金（Ａｇ−Ｐｄなど）、あるいはＣｕ、Ｎｉ等の卑金属およびこれらの合金などが挙げられるが、特に限定されない。第１外部電極２８ａおよび第２外部電極２８ｂを構成する導電材料も特に限定されず、内部電極を構成する導電材と同様の材料を用いることができる。なお、第１外部電極２８ａおよび第２外部電極２８ｂの最外表面には、上記各種金属のメッキ層やスパッタ層が形成してあってもよい。

また、圧電体層２６の材質は、圧電効果あるいは逆圧電効果を示す材料であれば、特に制限されず、たとえば、ＰｂＺｒ_ｘ Ｔｉ_１−ｘ Ｏ_３ 、ＢａＴｉＯ_３ などが挙げられる。また、特性向上等のための成分が含有されていてもよく、その含有量は、所望の特性に応じて適宜決定すればよい。

図１および図２Ａに示すように、圧電駆動装置１０では、素子本体２０の積層方向における一方の端面である第１端面２２に対して対向するように、錘４２の第１取付面４２ａが配置されている。第１端面２２と第１取付面４２ａとは、第１樹脂部５２ａによって連結されており、素子本体２０と錘４２は、第１樹脂部５２ａによって相互に固定されている。

第１外部電極２８ａには、電気的接続部３０を介して、配線部３２が接続されている。なお、第１外部電極２８ａとは反対側の側面に形成されている第２外部電極２８ｂにも、第１外部電極２８ａと同様に、電気的接続部３０を介して配線部３２が接続されている。

配線部３２の先端を第１外部電極２８ａに固定している電気的接続部３０は、第１外部電極２８ａが形成されている第１側面２５ａのうち、どの位置に配置されていても良い。本実施形態に係る圧電駆動装置１０では、電気的接続部３０は、素子本体２０の積層方向の中央より錘４２に近接する側に設けられている。また、図４に示すように、電気的接続部３０は、第１外部電極２８ａと確実に接合するために、第１外部電極２８ａが形成されている第１側面２５ａのうち、積層方向に垂直なＹ軸方向の中央部付近に設けられている。

電気的接続部３０は、配線部３２の先端部付近および第１外部電極２８ａの表面に接触しており、配線部３２の先端部と第１外部電極２８ａとを、電気的かつ物理的に接続している。なお、電気的接続部３０によって被覆されている配線部３２の先端部付近は、線皮（絶縁被覆）が除去されて芯線が露出している。

また、図１および図２Ａに示すように、素子本体２０の積層方向における他方の端面である第２端面２４には、上側第１樹脂部５２ｂを介してシャフト４４が接続されている。シャフト４４の第２取付面４４ａは、素子本体２０の第２端面２４に対向するように配置されており、上側第１樹脂部５２ｂは、第２端面２４と第２取付面４４ａとを連結する。上側第１樹脂部５２ｂは、下側第１樹脂部５２ａと同じ樹脂で構成されることが好ましいが、必ずしも同一である必要はない。

圧電駆動装置１０において、素子本体２０に取り付けられる各部材の材質は特に限定されないが、たとえばシャフト４４は、移動部材５６を好適に支持できるように、ＳＵＳ等の金属材料等によって構成することができる。また、錘４２は、シャフト４４に変位を与えるための慣性体として好適に機能するように、タングステン等の比較的比重の大きい金属材料等を含むことが好ましいが、錘４２の材質は特に限定されない。

配線部３２としては、銅等の導電材料によって構成される芯線と、芯線を被覆する被覆膜を有するリード線等を用いることができるが、特に限定されない。また、配線部３２の芯線は、単線であっても良く、撚り線であっても良い。電気的接続部３０も、電気用等に用いられるはんだの材質であれば、特に限定されない。

本実施形態では、図２Ａに示すように、素子本体２０は、圧電体層２６と内部電極２７ａ，２７ｂとが交互に積層してある活性部２６ａと、活性部２６ａの積層方向の両端に積層してある第１および第２不活性部２６ｂ１，２６ｂ２とを有する。各不活性部２６ｂ１，２６ｂ２は、内部電極２７ａ，２７ｂが双方共に存在しない絶縁体層として定義され、不活性部２６ｂ１，２６ｂ２を構成する絶縁体層は、活性部２６ａを構成する圧電体層２６と同じ材質で構成されることが好ましいが、必ずしも同じ材質で構成する必要はない。

活性部２６ａのＺ軸方向長さＺ０は、圧電体層２６の厚みや内部電極２７ａ，２７ｂの数などに応じて決定され、特に限定されない。Ｚ軸方向の下側に位置する第１不活性部２６ｂ１のＺ軸方向の長さＺ１は、特に限定されず、活性部２６ａと下側の第１不活性部２６ｂ１との第１界面２６ｃ１に位置する最外層の内部電極２７ａまたは２７ｂを保護するために十分な不活性部２６ｂ１の厚みとなるように決定される。Ｚ軸方向の上側に位置する第２不活性部２６ｂ２のＺ軸方向の長さＺ２は、特に限定されず、活性部２６ａと第２不活性部２６ｂ２との第２界面２６ｃ２に位置する最外層の内部電極２７ａまたは２７ｂを保護するために十分な第２不活性部２６ｂ２の厚みとなるように決定される。長さＺ１，Ｚ２は、同じでも異なっていても良い。

本実施形態では、錘４２の取付面４２ａと素子本体２０の端面２２とを接着するための下側第１樹脂部５２ａが、取付面４２ａから第１界面２６ｃ１に対応する素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄまでを覆っている。特に本実施形態では、図２Ａに示すように、電気的接続部３０は、下側の第１不活性部２６ｂ１のＺ軸方向長さＺ１の範囲内に位置し、下側第１樹脂部５２ａは、電気的接続部３０の外周も覆うようになっている。

下側第１樹脂部５２ａは、下側の第１不活性部２６ｂ１から第１界面２６ｃ１を含めたＺ軸方向の範囲内位置で、外部電極２８ａ，２８ｂの外側も覆っている。さらに、下側第１樹脂部５２ａは、図２Ａに示す第１不活性部２６ｂ１から第１界面２６ｃ１を含めたＺ軸方向の範囲内位置で、図５に示す素子本体２０の第３側面２５ｃおよび第３側面２５ｄの下方部も一体的に連続して覆っている。

また、本実施形態では、図２Ａに示すように、シャフト４４の取付面４４ａと素子本体２０の端面２４とを接着するための上側第１樹脂部５２ｂが、取付面４４ａから第２界面２６ｃ２に対応する素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄまでを覆っている。

上側第１樹脂部５２ｂは、上側の第２不活性部２６ｂ２から第２界面２６ｃ２を含めたＺ軸方向の範囲内位置で、外部電極２８ａ，２８ｂの外側も覆っている。さらに、上側第１樹脂部５２ｂは、図２に示す第２不活性部２６ｂ２から第２界面２６ｃ２を含めたＺ軸方向の範囲内位置で、図３に示す素子本体２０の第３側面２５ｃおよび第３側面２５ｄの上方部も一体的に連続して覆っている。

さらに本実施形態では、図２Ａに示すように、活性部２６ａの積層方向（Ｚ軸方向）の中央部に位置する素子本体２０の外周を熱収縮チューブ５３が被覆してある。本実施形態では、熱収縮チューブ５３は、第１樹脂部５２ａおよび５２ｂとは重複しない範囲で、活性部２６ａの積層方向（Ｚ軸方向）の中央部に位置する素子本体２０（外部電極２８ａ，２８ｂ含む）の外周を覆っている。

熱収縮チューブ５３は、熱や光や電子線などのエネルギーを加えることで収縮する樹脂チューブであり、たとえばポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、ＦＥＰ、ＰＦＡ、シリコーン、ＰＥＥＫ材などの樹脂で構成される。熱収縮チューブ５３は、単層で構成されても良く、複層で構成されても良い。また、熱収縮チューブ５３の内周面には、接着層が形成されていても良いが、本実施形態では、接着層が形成されていないことが好ましい。

以下に、図３〜図５を用いて、圧電駆動装置１０の製造方法の一例を説明する。

圧電駆動装置１０の製造方法では、まず、図３に示すような素子本体２０を準備する。素子本体２０の製造工程では、まず、焼成後に第１内部電極２７ａおよび第２内部電極２７ｂとなる所定パターンの内部電極ペースト膜が形成されたグリーンシートと、内部電極ペースト膜を持たないグリーンシートとを、用意する。

グリーンシートは、たとえば以下のような方法で作製される。まず、圧電体層２６を構成する材料の原料を含む仮焼粉末にバインダを加えてスラリー化する。次に、スラリーをドクターブレード法またはスクリーン印刷法等の手段によってシート化し、その後に乾燥させて、内部電極ペースト膜を持たないグリーンシートを得る。さらに、上述した導電材を含む内部電極ペーストを、印刷法等の手段により、グリーンシートの上に塗布することで、所定パターンの内部電極ペースト膜が形成されたグリーンシートが得られる。なお、圧電体層２６を構成する材料の原料には、不可避的不純物が含まれていてもよい。

各グリーンシートを準備した後、準備したグリーンシートを重ね合わせ、圧力を加えて圧着し、乾燥工程等の必要な工程を経た後、切断し、積層体を得る。

次に、得られた積層体を所定条件で焼成して焼結体を得た後、焼結体における第１側面２５ａおよび第２側面２５ｂに相当する部分に第１外部電極２８ａおよび第２外部電極２８ｂを形成し、この電極に直流電圧を印加して圧電体層２６の分極処理を行う。その後、分極処理後の短冊状焼結体を個々の素子本体に切断し、図３に示すような素子本体２０を得る。なお、得られた素子本体２０にバレル研磨を行って、角部および稜線部をＲ面加工してもよい。

次に、図４に示すように、素子本体２０に対して、配線部３２を接続する。その際、まず、配線部３２の先端部の被覆を除去して芯線を露出させ、次に第１および第２外部電極２８ａ，２８ｂの所定位置および芯線に対して予備はんだを行い、最後に配線部３２と外部電極２８ａ，２８ｂの予備はんだを接触させた状態で溶融させることにより、電気的接続部３０を形成することができる。なお、電気的接続部３０は、ハンダに代えて、導電性接着剤で形成しても良い。

次に、電気的接続部３０を備える素子本体２０の第１端面２２を、第１樹脂部５２ａとなる熱硬化性接着剤５２が塗布された錘４２の第１取付面４２ａに押し付けた後に加熱し、図２に示すような第１樹脂部５２ａを形成する。この場合、錘４２の第１取付面４２ａに塗布される熱硬化性接着剤５２の量は、単に第１端面２２と第１取付面４２ａとを固定するために必要とされる量ではなく、硬化後に形成される第１樹脂部５２ａが電気的接続部３０を被覆できるように、且つ図２に示す第１界面２６ｃ１の位置まで盛り上がるように調整される。

また、同様な熱硬化性接着剤５２を用いて、図２Ａに示すように、素子本体２０の第２端面２４には、シャフト４４の第２取付面４４ａを固定し、第１端面２２と同様に、第２端面２４と第２取付面４４ａを連結する第１樹脂層５２ｂを形成する。第１樹脂層５２ｂを構成する接着剤の量は、単に第２端面２４と第２取付面４４ａとを固定するために必要とされる量ではなく、硬化後に形成される第１樹脂部５２ｂが第２界面２６ｃ２の位置まで垂れ下がるように調整される。

その後に、熱収縮チューブ５３を、図２Ａに示す位置に取り付ける。そのためには、収縮前の筒形状の熱収縮チューブ５３の内部に、シャフト４４を通し、チューブ５３の内側に素子本体２０が位置する図２Ａに示す位置で、チューブ５３に熱などを加えて半径方向にチューブ５３を収縮させれば良い。なお、収縮前の熱収縮チューブ５３は、角部を持たない筒状、たとえば円筒形状または楕円筒形状などの丸みを帯びた筒状を有している。

熱収縮チューブ５３に熱エネルギーなどを加えて収縮させると、図２Ｂに示すように、少なくとも素子本体２０の４つの角部がチューブ５３の内周に密着することになる。素子本体２０における４つの側面と熱収縮チューブ５３の内周面との間には、多少の隙間５４が生じることがあるが、問題は無い。むしろ、Ｚ軸方向に変位する活性部２６ａの動きを阻害しないため、都合が良い。

また隙間５４が形成してあることで、熱収縮チューブ５３に加わる外部衝撃が隙間５３の空間で吸収され、素子本体１０に伝達される衝撃が弱められ、素子本体１０の折れやクラックなどを有効に防止することができる。なお、内周面に接着層が形成されてない熱収縮チューブ５３は、素子本体１０の外周面との間に隙間５４が生じやすい。

熱収縮チューブ５３は、塗布またはコーティング法などにより形成される樹脂部に比較して、厚く均一に形成することができる。たとえば塗布またはコーティング法などにより形成される樹脂部の厚みは、数十μｍであるのに対して、熱収縮チューブ５３ａのみは、１００〜５００μｍ以上に厚くすることができる。特に熱収縮チューブ５３では、図２Ｂに示すように、素子本体２０の角部においても、その厚みが薄くなることはない。塗布またはコーティング法などにより形成される樹脂部では、素子本体２０の角部において、さらに厚みが薄くなるという課題がある。

本実施形態では、素子本体２０の角部においても、熱収縮チューブ５３の厚みが薄くなることはないことから、素子本体２０の機械的強度（たとえば抗折強度）をさらに向上させることができ、折れにくくなり、さらに耐久性が向上する。なお、本実施形態では、単一の熱収縮チューブ５３を用いたが、複数の熱収縮チューブ５３を複層重ねて使用しても良い。その場合には、さらに素子本体２０の機械的強度（たとえば抗折強度）を向上させることができ、折れにくくなり、さらに耐久性が向上する。

すなわち本実施形態では、活性部２６ａの積層方向の中央部に位置する素子本体２０を有効に保護することが可能になり、シンプルな構造で機械的強度を向上させることができる。

また、熱収縮チューブ５３は、熱や光や電子線などのエネルギー（熱などのエネルギー）を加えることで収縮する樹脂チューブであり、収縮する前の状態では、素子本体１０のＺ軸方向中央部を覆う位置に容易に取り付けることが可能であり、その後、熱などのエネルギーを加えることで、素子本体１０の中央部外周に容易に装着することができる。

また本実施形態では、図２Ｂに示すように、素子本体２０の対向する二つの側面には、それぞれ外部電極２８ａ，２８ｂが形成してあり、外部電極２８ａ，２８ｂが収縮後の熱収縮チューブ５３により覆われている。このように構成することで、外部電極２８ａ，２８ｂが有効に保護され、外部電極２８ａ，２８ｂのガス腐食などを防止することができる。

なお、上述の説明では、素子本体２０と、これに接続される連結部材としての錘４２およびシャフト４４を接続する接着剤として、熱硬化性接着剤を用いたが、圧電駆動装置の製造に用いる接着剤はこれに限定されない。

本実施形態の圧電駆動装置１０では、図２に示すように、活性部２６ａと不活性部２６ｂ１，２６ｂとの界面２６ｃ１，２６ｃ２に対応する位置で、素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄが第１樹脂部５２ａ，５２ｂで覆われている。そのため、界面２６ｃ１，２６ｃ２に対応する位置でも、素子本体１０の機械的強度（たとえば抗折強度）を向上させることができ、折れにくくなっており、耐久性が向上している。

また、第１樹脂部５２ａ，５２ｂは、素子本体１０と連結部材としての錘４２またはシャフト４４とを連結する機能を兼ねているため、本実施形態に係る圧電駆動装置１０はシンプルな構造を有しており、製造が容易であり、優れた信頼性を有する。

さらに、第１樹脂部５２ａは第１外部電極２８ａから隆起した電気的接続部３０を覆っているため、素子本体２０と錘４２とを引き離す力が働いた場合には、電気的接続部３０が、第１樹脂部５２ａと素子本体２０との接続を維持するためのアンカーとして作用する。したがって、圧電駆動装置１０は、素子本体２０と錘４２との接合に関する信頼性が高く、良好な耐久性を奏する。さらに、第１樹脂部５２ａは、電気的接続部３０を覆っているため、電気的接続部３０と第１外部電極２８ａとの接合界面や、電気的接続部３０と配線部３２との接合界面を保護および補強する作用を奏する。したがって、圧電駆動装置１０は、配線部３２と第１および第２外部電極２８ａ，２８ｂとの接合に関しても、信頼性が高い。

なお、第１樹脂部５２ａは、電気的接続部３０から露出した配線部３２の少なくとも一部を被覆していれば良い。配線部３２の先端部付近は、はんだ付けのために芯線を覆う被覆が除去されており、また、残された被覆も、はんだ付けの際の熱により損傷を受けている場合がある。しかし、第１樹脂部５２ａが電気的接続部３０に近接する配線部３２の一部を被覆することにより、配線部３２の芯線が直接に錘４２等に接触するのを確実に防止し、短絡等の問題を確実に防止することができる。

第２実施形態
図６Ａに示すように、本実施形態の圧電駆動装置１０ａでは、熱収縮チューブ５３が、シャフト４４と素子本体２０とを接合する第１樹脂部５２ｂの少なくとも一部をも一体的に覆っている。すなわち、本実施形態では、第１樹脂部５２ａ，５２ｂの端縁と素子本体２０の外側面との境界が熱収縮チューブ５３で覆われることになり、第１樹脂部５２ａ，５２ｂの端縁が素子本体２０の外側面から剥がれることを防止することができる。また、熱収縮チューブ５３は、活性部２６ａに対応する素子本体２０の外側面も一体的に覆っているため、耐湿性も向上する。

なお、本実施形態で、第１樹脂部５２ａ，５２ｂの弾性率を、熱収縮チューブ５３の弾性率よりも大きくすることで、次に示す作用効果がある。すなわち、素子本体２０の活性部２６ａでは、内部電極２７ａ，２７ｂに印加される電圧により素子本体２０にＺ軸方向の動きが生じるが、非活性部２６ｂ１，２６ｂ２では動きは生じない。そこで、熱収縮チューブ５３の弾性率を低く設定することで、活性部２６ａの動きに熱収縮チューブ５３が追随しやすくなり、熱収縮チューブ５３の耐久性が向上する。

また、非活性部２６ｂ１，２６ｂ２に位置する第１樹脂部５２ａ，５２ｂは、素子本体２０と錘４２またはシャフト４４とを連結する機能を兼ねているため、熱収縮チューブ５３に比較して硬い方が、これらを強固に連結することができる。また、非活性部２６ｂ１，２６ｂ２自体は動かないので、第１樹脂部５２ａ，５２ｂが硬くても問題が無い。

さらにまた本実施形態では、取付面４２ａの近くで外部電極２８ａ，２８ｂの外表面には、配線用リード部としての配線部３２の先端が電気的接続部３０を介して固定してあり、電気的接続部３０が、第１樹脂部５２ａおよび熱収縮チューブ５３で二重に覆われるように構成しても良い。このように構成することで、電気的接続部３０での素子本体の強度も向上する。

第２実施形態におけるその他の構成は第１実施形態に係る圧電駆動装置１０と同様であり、同様な作用効果を奏する。

第３実施形態
図６Ｂに示す実施形態に係る圧電駆動装置１０ｂは、第１実施形態に係る圧電駆動装置１０の変形例、または第２実施形態に係る圧電駆動装置１０ａの変形例である。本実施形態では、熱収縮チューブ５３が、シャフト４４と素子本体２０とを接合する上側第１樹脂部５２ｂを完全に覆うと共に、チューブ上端部５３ａがシャフト４４のＺ軸方向の下端部を覆うようになっている。

上側第１樹脂部５２ｂは、シャフト４４と素子本体２０とを接合する接着剤を兼ねており、一般的には耐湿性に弱いが、その部分を熱収縮チューブ５３の上端部５３ａで覆うことで、耐湿性を向上させることができる。

また、本実施形態では、接着剤を兼ねている上側第１樹脂部５２ｂを熱収縮チューブ５３の上端部５３ａにより覆い、さらにシャフト４４の下端部も覆うことで、図１に示す移動部材５６が図６Ｂに示す上側第１樹脂部５２ｂに接触することが無くなる。そのため、移動部材５６に接着剤からなる樹脂部が付着して接着剤の成分の一部がシャフトの表面に付着することを有効に防止することができる。なお、シャフト４４の表面に接着剤の成分の一部が付着すると、シャフト４４から移動部材５６に加わる振動の伝達が変化し、正確な移動部材５６の移動制御が困難になるおそれがある。

また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、熱収縮チューブ５３は、下側第１樹脂部５２ａの外側を覆っていない。ただし、熱収縮チューブ５３は、第２実施形態と同様に、第１界面２６ｃ１に対応する位置で、素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄを覆っている下側第１樹脂部５２ａの外表面を覆っても良い。あるいは、熱収縮チューブ５３は、電気的接続部３０に対応する位置で、下側第１樹脂部の外表面を覆っていても良い。

第３実施形態におけるその他の構成は第１実施形態に係る圧電駆動装置１０または第２実施形態に係る圧電駆動装置１０ａと同様であり、同様な作用効果を奏する。

第４実施形態
図６Ｃに示す実施形態に係る圧電駆動装置１０ｃは、図１〜図５に示す第１実施形態に係る圧電駆動装置１０ａの変形例である。本実施形態では、第１実施形態とは異なり、上側第１樹脂部５２ｂが第２界面２６ｃ２に対応する素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄを覆っていない。その代わりに、熱収縮チューブ５３の上端部が、第２界面２６ｃ２に対応する素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄを覆っている。熱収縮チューブ５３の中央部は素子本体２０における活性部２６ａの中央付近を覆っており、その下端部は、第１樹脂部５２ａにて覆われていない素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄを覆っている。

第４実施形態におけるその他の構成は第１〜第３実施形態に係る圧電駆動装置１０，１０ａ，１０ｂと同様であり、同様な作用効果を奏する。たとえば第４実施形態においても、図６Ａに示すように、熱収縮チューブ５３の下端部で、第１界面２６ｃ１に対応する素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄを覆ってもよいし、電気的接続部３０が位置する下側第１樹脂部５２ａの外周面を覆うようにしても良い。さらに、第４実施形態においても、図６Ｂに示すように、熱収縮チューブ５３の上端部でシャフト４４の下端部を一体に覆っても良い。

第５実施形態
図６Ｄに示すように、第５実施形態に係る圧電駆動装置１０ｄでは、配線部３２と外部電極２８ａ，２８ｂとを接続する電気的接続部３０が、第２端面２４の近くに位置する第２不活性部２６ｂ２に対応する外部電極２８ａ，２８ｂの外表面に形成してある。上側第１樹脂部５２ｂは、電気的接続部３０の周囲を覆うと共に、取付面４４ａから第２界面２６ｃ２に対応する素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄまでを覆っている。もちろん、外部電極２８ａ，２８ｂが存在する場合には、その外側も上側第１樹脂部５２ｂが覆っている。

さらに本実施形態では、錘４２の取付面４２ａと素子本体２０の端面２２とを接着するための下側第１樹脂部５２ａが、取付面４２ａから第１界面２６ｃ１に対応する素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄまでを覆っている。もちろん、外部電極２８ａ，２８ｂが存在する場合には、その外側も下側第１樹脂部５２ｂが覆っている。

さらに本実施形態では、第１界面２６ｃ１および第２回面２６ｃ２に対応する位置で、素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄを覆っている第１樹脂部５２ａ，５２ｂの外表面を熱収縮チューブ５３が覆っている。熱収縮チューブ５３は、活性部２６ａに対応する素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄも一体的に覆っている。本実施形態では、電気的接続部３０に対応する上側第１樹脂部５２ｂの外表面までは熱収縮チューブ５３で覆われていない。

第５実施形態におけるその他の構成は第１〜第４実施形態に係る圧電駆動装置１０，１０ａ〜１０ｃと同様であり、同様な作用効果を奏する。

第６実施形態
図６Ｅに示すように、第６実施形態に係る圧電駆動装置１０ｅは、前述した第５実施形態の変形例であり、本実施形態では、電気的接続部３０に対応する上側第１樹脂部５２ｂの外表面までも熱収縮チューブ５３で覆われている。

第６実施形態におけるその他の構成は第１〜第５実施形態に係る圧電駆動装置１０，１０ａ〜１０ｄと同様であり、同様な作用効果を奏する。たとえば第６実施形態において、図６Ｂに示す実施形態と同様に、熱収縮チューブ５３の上端部で、シャフト４４の下端部を一体的に覆うように構成しても良い。

第７実施形態
図６Ｆに示す第７実施形態に係る圧電駆動装置１０ｆは、図６Ｄに示す第５実施形態に係る圧電駆動装置１０ｄの変形例である。本実施形態では、第５実施形態とは異なり、活性部２６ａのＺ軸方向の中央部付近で配線用リード部３２が外部電極２８ａ，２８ｂの外表面に電気的接続部３０を介して固定してある。そして電気的接続部３０が、第１樹脂部５２ａ，５２ｂを介することなく、熱収縮チューブ５３で覆われている。このように構成することで、電気的接続部３０での素子本体２０の強度も向上する。

第７実施形態におけるその他の構成は第１〜第６実施形態に係る圧電駆動装置１０，１０ａ〜１０ｅと同様であり、同様な作用効果を奏する。たとえば第７実施形態においても、図６Ｂに示す実施形態と同様に、熱収縮チューブ５３の上端部でシャフト４４の下端部を一体に覆っても良い。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、外部電極２８ａ，２８ｂの表面に形成される電気的接続部３０の配置は、図示する実施形態に限定されず、圧電駆動装置１０を適用する装置に応じて変更することができる。また、上述した実施形態では、素子本体２０のＺ軸方向の両側に部材を連結してあるが、いずれか一方のみに、素子本体により駆動される部材を連結しても良い。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例１
図７は、本発明の一実施例に係る圧電駆動装置１０を表す概念図である。図７に示す圧電駆動装置１０は、シャフト４４の外径が異なる以外は、図１〜図５を用いて説明した第１実施形態に係る圧電駆動装置と同じ構成の圧電駆動装置１０である。この実施例に係る圧電駆動装置１０に用いた素子本体２０の寸法は、１．０ｍｍ×１．０ｍｍ×１．５ｍｍである。

参考例に係る圧電駆動装置１０ｇは、熱収縮チューブ５３を有さない点のみで実施例に係る圧電駆動装置１０と異なる。参考例におけるその他の構成は、圧電駆動装置１０と同様である。

図７に示すように、圧電駆動装置１０および圧電駆動装置１０ｇに対して、シャフト４４を固定した状態で、素子本体２０の第１端面に固定した錘４２の所定位置で、素子本体２０の積層方向（Ｚ軸）とは垂直方向（Ｙ軸）の力ｆ１を加え、素子本体２０が中央部付近で破断した時の力ｆ１（強度）を測定した。実施例に係る圧電駆動装置１０と参考例に係る圧電駆動装置１０ｇの各１３サンプルを用いて行った測定結果を、図８に示す。

図８の横軸は、サンプルの強度（素子本体２０が略中央部で破断した時の力ｆ１）を表しており、縦軸は度数を表している。実施例に係る圧電駆動装置１０の強度の分布は、参考例に係る圧電駆動装置１０ｇの強度の分布に対して、図の右側に移動しており、実施例に係る圧電駆動装置１０がより高い強度を有していることが分かる。

図１に示すようなレンズ駆動装置６０に圧電駆動装置１０を採用する場合、圧電駆動装置１０には、移動部材５６を支える強度および耐久性が求められる。そのため、比較的脆い圧電材料を含む素子本体２０の破断を防止し、抗折強度を上昇させた実施例に係る圧電駆動装置１０は、レンズ駆動装置６０の駆動装置として、特に好適に用いることができる。

１０…圧電駆動装置
２０…素子本体
２２…第１端面
２４…第２端面
２５ａ…第１側面
２５ｂ…第２側面
２５ｃ…第３側面
２５ｄ…第４側面
２６…圧電体層
２６ａ…活性部
２６ｂ１，２６ｂ２…不活性部
２６ｃ１，２６ｃ２…界面
２７ａ…第１内部電極
２７ｂ…第２内部電極
２８ａ…第１外部電極
２８ｂ…第２外部電極
３０…電気的接続部
３２…配線部
４２…錘
４２ａ…第１取付面
４４…シャフト
４４ａ…第２取付面
５２…
５２ａ，５２ｂ…第１樹脂部
５３…熱収縮チューブ
５４…隙間
５６…移動部材
５８…駆動回路
６０…レンズ駆動装置

さらに本実施形態では、第１界面２６ｃ１および第２界面２６ｃ２に対応する位置で、素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄを覆っている第１樹脂部５２ａ，５２ｂの外表面を熱収縮チューブ５３が覆っている。熱収縮チューブ５３は、活性部２６ａに対応する素子本体２０の外側面２５ａ〜２５ｄも一体的に覆っている。本実施形態では、電気的接続部３０に対応する上側第１樹脂部５２ｂの外表面までは熱収縮チューブ５３で覆われていない。

１０…圧電駆動装置
２０…素子本体
２２…第１端面
２４…第２端面
２５ａ…第１側面
２５ｂ…第２側面
２５ｃ…第３側面
２５ｄ…第４側面
２６…圧電体層
２６ａ…活性部
２６ｂ１，２６ｂ２…不活性部
２６ｃ１，２６ｃ２…界面
２７ａ…第１内部電極
２７ｂ…第２内部電極
２８ａ…第１外部電極
２８ｂ…第２外部電極
３０…電気的接続部
３２…配線部
４２…錘
４２ａ…第１取付面
４４…シャフト
４４ａ…第２取付面
５２…熱硬化性接着剤
５２ａ，５２ｂ…第１樹脂部
５３…熱収縮チューブ
５４…隙間
５６…移動部材
５８…駆動回路
６０…レンズ駆動装置

Claims (7)

1. 圧電体層と内部電極とが交互に積層してある活性部と、前記活性部の積層方向の両端に積層してある不活性部とを有する素子本体と、
   前記素子本体の前記積層方向における一方の端面に接合される被駆動体と、
   前記素子本体の前記積層方向における他方の端面に接合される固定部材と、
   前記活性部の積層方向の中央部に位置する前記素子本体の外周を少なくとも被覆してある熱収縮チューブと、を有する圧電駆動装置。
2. 前記熱収縮チューブの内周面と前記素子本体との間には、隙間が形成してある請求項１に記載の圧電駆動装置。
3. 前記素子本体は、２つの前記端面以外に、４つの角部で隣接する４つの側面を有し、
   収縮前の前記熱収縮チューブが筒形状であり、
   収縮後の前記熱収縮チューブの内周面と前記素子本体の前記角部とが接触し、
   収縮後の前記熱収縮チューブの内周面と前記素子本体の前記側面との間に隙間が形成してある請求項１に記載の圧電駆動装置。
4. 前記素子本体の対向する二つの側面には、それぞれ外部電極が形成してあり、
   前記外部電極が収縮後の前記熱収縮チューブにより覆われている請求項１〜３のいずれかに記載の圧電駆動装置。
5. 前記外部電極の外表面には、配線用リード部が電気的接続部を介して固定してあり、前記電気的接続部が、前記熱収縮チューブで覆われている請求項４に記載の圧電駆動装置。
6. 前記熱収縮チューブが、前記被駆動体と前記素子本体とを接合する樹脂部の少なくとも一部をも一体的に覆っている請求項１〜５のいずれかに記載の圧電駆動装置。
7. 前記熱収縮チューブが、前記被駆動体と前記素子本体とを接合する樹脂部と、前記被駆動体の一部とを一体的に覆っている請求項６に記載の圧電駆動装置。

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