JP2016046407A

JP2016046407A - 圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器

Info

Publication number: JP2016046407A
Application number: JP2014170247A
Authority: JP
Inventors: 純一多田; Junichi Tada; 裕貴成島; Yuki Narushima
Original assignee: New Shicoh Technology Co Ltd
Current assignee: New Shicoh Technology Co Ltd
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-04-04
Also published as: US20160056367A1; CN204993106U; CN105071691B; CN105071691A; KR20160024751A; TW201619661A

Abstract

【課題】小型化することができる圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器を提供する。【解決手段】圧電アクチュエータ５８は、平板状の圧電素子と該圧電素子に互いの板面を合わせて固着された電極板とを有する振動部材６２と、前記振動部材に固定された駆動軸６６と、を有する。前記振動部材６２は、外周が複数の頂点と該頂点間を接続する辺とを有し、前記電極板は、前記振動部材の辺から突起状に突出する通電用接続部９０を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器に関する。

特許文献１は、いわゆるバイモルフ型の圧電アクチュエータを開示している。バイモルフ型圧電アクチュエータは、２つの圧電素子の間に電極板を介在させた振動部材を有する。このような圧電アクチュエータは、電極板を介して、圧電素子のいずれか一方又は双方の圧電素子に電流を流すことにより、振動部材をお椀型に変形させて出力するようになっている。

ＵＳ２００９/０１５９７２０Ａ１

しかしながら、特許文献１に示された振動部材は円形であって、電極板に設けられた通電用接続部が円形の振動部材から突起状に突出した構成となっている。したがって、この通電用接続部により外形が全体として大きくなってしまい、レンズ駆動装置を始めとしたリニア駆動装置に適用した場合に、装置の小型化に障害がある。

本発明は、小型化することができる圧電アクチュエータ、リニア駆動装置及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様は、平板状の圧電素子と該圧電素子に互いの板面を合わせて固着された電極板とを有する振動部材と、前記振動部材に固定された駆動軸と、を有し、前記振動部材は、外周が複数の頂点と該頂点間を接続する辺とを有し、前記電極板は、前記振動部材の辺から突起状に突出する通電用接続部を有する圧電アクチュエータである。

好適には、前記振動部材は、前記振動部材の中心から前記通電用接続部の先端までの距離が、前記振動部材の中心と前記振動部材の中心から最も離れた頂点との間の距離を上回らないようにする。

好適には、前記振動部材の外形が正多角形である。

好適には、前記通電用接続部は複数あり、互いに離れた辺にそれぞれが形成されているか、あるいは１つである。

本発明の他の態様は、平板状の圧電素子と該圧電素子に互いの板面を合わせて固着された電極板とを有する振動部材と、前記振動部材に固定された駆動軸と、を有する圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの駆動軸に摩擦接触している移動体と、を有し、前記圧電アクチュエータの振動部材は、外周が複数の頂点と該頂点間を接続する辺とを有し、前記電極板は、前記振動部材の辺から突起状に突出する通電用接続部を有するリニア駆動装置である。

好適には、前記移動体にはレンズが設けられている。

本発明のさらに他の態様は、平板状の圧電素子と該圧電素子に互いの板面を合わせて固着された電極板とを有する振動部材と、前記振動部材に固定された駆動軸と、を有する圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの駆動軸に摩擦接触している移動体と、前記圧電アクチュエータの駆動軸を振動自在に支持する筐体と、を有し、前記圧電アクチュエータの振動部材は、外周が複数の頂点と該頂点間を接続する辺とを有し、前記電極板は、前記振動部材の辺から突起状に突出する通電用接続部を有する電子機器である。

本発明によれば、振動部材の辺から通電用接続部を突起状に突出するようにしたので、小型化することができる。

本発明の一実施形態に係るリニア駆動装置を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の第一の実施形態に係る圧電アクチュエータを示す断面図である。本発明の第一の実施形態に係る圧電アクチュエータを示す斜視図である。本発明の第二の実施形態に係る圧電アクチュエータを示す斜視図である。設置面積を説明するため、本発明の第二の実施形態に係る圧電アクチュエータと比較例とを比較した平面図である。振動させる駆動力を説明するため、本発明の第二の実施形態に係る圧電アクチュエータと比較例とを比較した平面図である。本発明の第三の実施形態に係る圧電アクチュエータの振動部材を示す平面図である。本発明の第四の実施形態に係る圧電アクチュエータの振動部材を示す平面図である。本発明の第二の実施形態に係る圧電アクチュエータの振動部材の変形例を示す平面図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２において、リニア駆動装置１０は、例えばレンズ駆動装置である。このリニア駆動装置１０は、例えば携帯電話やスマートフォン等の電子機器に用いられる自動焦点式の小型カメラに使用される。リニア駆動装置１０は、直方体状に形成された筐体１２を有する。この筐体１２には、被写体側レンズ１４、結像側レンズ１６、ズームレンズ１８及びフォーカスレンズ２０が設けられている。

被写体側レンズ１４は、筐体１２の上部に固定されている。結像側レンズ１６は、筐体１２の下部に固定されている。この結像側レンズ１６は、基板２２に設けられた画像センサ２４に対向している。基板２２には、筐体１２が固定されている。

ズームレンズ１８は、移動体としてのズームレンズ保持体２６に固定されている。フォーカスレンズ２０は、移動体としてのフォーカスレンズ保持体２８に固定されている。被写体側レンズ１４、結像側レンズ１６、ズームレンズ１８及びフォーカスレンズ２０は、筐体１２の略中央にあって、１つの光軸ＬＯ上に配置されている。これらレンズ１６〜２０を介して被写体から入射した光が画像センサ２４に結像されるようになっている。

ズームレンズ保持体２６は、図２に示すように、左右に延びる支持部３０、３２を有する。一方の支持部３０の先端には、Ｕ字状の係合部３４が形成され、この係合部３４が後述する第二の圧電アクチュエータ６０の駆動軸６８に係合している。これにより、ズームレンズ保持体２６は光軸ＬＯ方向に移動する際に光軸ＬＯと垂直方向には回転しないように案内される。

また、他方の支持部３２は、第一の圧電アクチュエータ５８の駆動軸６６に摩擦接触している。即ち、他方の支持部３２の先端には、樹脂製又は金属製の圧接部３６が設けられており、この圧接部３６に第一の圧電アクチュエータ５８の駆動軸６６が挿入されている。圧接部３６は、駆動軸６６を取巻く一側に開口部３８が形成されており、この開口部３８はねじ４０により開口部３８の隙間を調整して、圧接部３６と駆動軸６６との間の摩擦（圧接力）を調整自在としている。
なお、ねじ４０を設けないで、圧接部３６の弾性を利用して予め設定された摩擦を付与するものであってもよいし、ねじを駆動軸６６に当接されて圧接するものであってもよい。また、圧接部３６の半分を別部材で構成して、ばね等で押圧するような構成としてもよい。

フォーカスレンズ保持体２８は、前述のズームレンズ保持体２６と同様の構成を有する。即ち、このフォーカスレンズ保持体２８には、係合部４２と圧接部４４が設けられ、係合部４２が第一の圧電アクチュエータ５８の駆動軸６６に係合し、圧接部４４が第二の圧電アクチュエータ６０の駆動軸６８に摩擦接触している。

また、筐体１２内には、ズームレンズ位置検出器４６とフォーカスレンズ位置検出器４８とが設けられている。それぞれの位置検出器４６，４８は、同じ構造であり、レンズの光軸ＬＯ方向に沿って異なる磁極（Ｓ極とＮ極）を交互に配置した磁極部材５０，５２と、磁界強度を検知するＭＲセンサ５４，５６とから構成されている。ＭＲセンサ５４は、ズームレンズ保持体２６に固定され、ＭＲセンサ５６は、フォーカスレンズ保持体２８に固定されている。一方の磁極部材５０は、ＭＲセンサ５４に対向し、他方の磁極部材５２は、ＭＲセンサ５６に対向して、筐体１２に固定されている。各レンズ保持体２６，２８が移動すると、ＭＲセンサ５４，５６により各レンズ保持体２６，２８の移動量及び移動方向が磁界強度の変化として検出され、検出された磁界強度の変化を示す信号がＭＲセンサ５４、５６から出力される。

第一の圧電アクチュエータ５８と第二の圧電アクチュエータ６０とは同じ構造であり、それぞれのアクチュエータ５８，６０は、振動部材６２，６４とこの振動部材６２，６４に固定された駆動軸６６，６８とを有する。この実施形態においては、振動部材６２，６４が筐体１２の上部に配置され、駆動軸６６，６８が下方に延びている。駆動軸６６，６８の下端は、筐体１２に設けられた受け部材７０，７２の孔に挿入されて接着固定されている。また、振動部材６２，６４に近い駆動軸６６，６８の基端側は、筐体１２に設けられた受け部材７１，７３の孔に挿入されている。受け部材７０，７１及び７２，７３は、弾性を有し、駆動軸６６，６８をそれぞれ振動自在に支持している。それぞれの振動部材６２，６４には、通電用の配線７４，７６が接続されている。

図３は、圧電アクチュエータを代表して第一の圧電アクチュエータ５８が示されている。図３においては、図１に対して上下が逆に描かれている。圧電アクチュエータ５８は、例えばバイモルフ型であり、振動部材６２は、２つの平板状の圧電素子７８，８０を有する。この圧電素子７８，８０の間には、同じく平板状の電極板８２が介在されている。すなわち、圧電素子７８、８０と電極板８２とは互いの板面を合わせて固着されている。圧電素子７８，８０の表裏面には、電極層８４，８６が形成されている。駆動軸６６は、一方の圧電素子７８の電極層８４に接着剤８７を介して固着されている。電極板８２は、弾性を有する例えば金属板から構成されている。後述の通電用接続部を除いて、圧電素子７８，８０の外形と電極板８２の外形とはほぼ同一の形状で同一の大きさとすることが望ましく、特に圧電素子７８，８０は電極板８２の外周端からはみ出さないようにすることが望ましい。
なお、電極層８４に孔を形成し、この孔を介して駆動軸６６を直接圧電素子７８に接合するようにしてもよい。また、電極層８４を含めた圧電素子７８の厚さ全体に孔を形成し、この孔を介して駆動軸６６を直接電極板８２に接合するようにしてもよい。さらに振動部材６２の厚さ全体に孔を形成し、駆動軸６６の外周面をこの孔を形成している振動部材６２の内壁面に直接接合するようにしてもよい。

振動部材６２の表面に露出する電極層８４，８６は、例えば電源制御部８８のプラス側に接続され、電極板８２は、電源制御部８８のマイナス側に接続されている。一方の電極層８４と電極板８２との間にパルス電圧を繰り返し印加すると、一方の圧電素子７８に通電されてこの一方の圧電素子７８が伸び縮みし、振動部材６２は一方向に向けてお椀状に変形するのと電極板８２の弾性で急速に元の平板状に戻ろうとするのを繰り返す。それに伴い駆動軸６６も軸方向に微小な往復移動を繰り返す。他方の電極層８０と電極板８２との間にパルス電圧を繰り返し印加すると、他方の圧電素子７２が伸び縮みし、振動部材６２は他方向に向けてお椀状に変形するのと電極板８２の弾性で急速に元の平板状に戻ろうとするのを繰り返す。それに伴い駆動軸６６も軸方向に微小な往復移動を繰り返す。

次に第一の圧電アクチュエータ５８によりズームレンズ保持体２６を移動させる場合について説明する。前述したように、第一の圧電アクチュエータ５８にパルス電圧を繰り返し印加すると、振動部材６２が一方向に向けてお椀状に変形するのと急速に元の平板状に戻ろうとするのを繰り返す。それに伴い駆動軸６６も軸方向に微小な往復移動を繰り返す。一方側に向けてお椀状に変形したときは、ズームレンズ保持体２６の圧接部３６が第一の圧電アクチュエータ５８の駆動軸６６に摩擦接触しているので、ズームレンズ保持体２６は、駆動軸６６と共に移動する。一方、振動部材６２が急速に元の平板状に戻ろうとするときは、駆動軸６６も逆方向に高速に移動し、高速ゆえにズームレンズ保持体２６は駆動軸６６の動きに追随できず、元の位置には戻らずその位置に留まる。したがって、ズームレンズ保持体２６は、１つの動作で振動部材６２の変形の振幅の大きさ程度移動する。パルス電圧を繰り返し印加することによりこのような移動を繰り返して行い、ズームレンズ保持体２６を所望位置まで移動させることができる。

図４は、圧電アクチュエータ５８の第一の実施形態を示す斜視図である。
図４に示すように、圧電アクチュエータ５８の振動部材６２の外形は、例えば４つの頂点とそれぞれの頂点を結ぶ４つの辺からなる正方形となっている。１つの辺の中心からは前述した電極板８２と一体に形成された第一の通電用接続部９０が突起状に突出して形成されている。また、１つの辺と対向する他の辺の中心からは、同じく電極板８２と一体に形成された第二の通電用接続部９２が突起状に突出して形成されている。第一の通電用接続部９０又は第二の通電用接続部９２のいずれか一方又は双方に前述した通電用配線７４の一端が接続される。

図５は、圧電アクチュエータ５８の第二の実施形態を示す斜視図である。
この第二の実施形態においては、通電用接続部９０が振動部材６２の一辺中央にのみ突起状に突出して形成されている。前述した第一の実施形態は、対向する２つの辺に通電用接続部９０，９２を形成したので、振動部材６２が対称形に変形しやすく、振動時のバランスがよい。一方、この第二の実施形態は、第一の実施形態と比較して全体として通電用接続部の大きさが小さくなるので振動させる駆動力を大きくすることができる。

図６（ａ）に示すように、通電用接続部９０の突出幅をα、振動部材６２の中心Ｏから頂点までの距離をｒ１とすれば、振動部材６２の中心Ｏから通電用接続部９０の先端までの距離Ｌ１は、
Ｌ１＝ｒ１／√２＋α・・・・（１）
となる。
ここでは、Ｌ１≦ｒ１となるようにαが決められている。
即ち、ｒ１／√２＋α≦ｒ１であるから、α≦ｒ１−ｒ１／√２となる。
一方、図６（ｂ）に示すように、振動部材６２の外形が半径ｒ１の円である場合は、振動部材６２の中心から通電用接続部９０の先端までの距離Ｌ２は、
Ｌ２＝ｒ１＋α・・・・・・・・（２）
式（１）と式（２）とを比較すれば明らかにＬ２よりもＬ１が小さい。そのため、振動部材６２の外形が円である比較例と比較して、振動部材６２の外形が正方形である第二の実施形態の方が設置面積としては小さくなる。
また、振動部材６２の外形が方形状であれば、前述した筐体１２が直方体である場合は、筐体１２の角部と振動部材６２の角部とが合い、圧電アクチュエータ５８の納まりをよくすることができる。

図７は、中心Ｏから通電用接続部９０の先端までの距離が同じｒ２＋αの場合で比較している。
図７(ａ)に示す第二の実施形態においては、振動部材６２が正方形であるから、振動部材６２の面積Ｓ１は、
Ｓ１＝４ｒ２²・・・・（３）
である。
一方、図７（ｂ）に示す比較例においては、振動部材６２が円であるから、振動部材６２の面積Ｓ２は、
Ｓ２＝πｒ２²・・・・（４）
式（３）と式（４）とからＳ１>Ｓ２である。
圧電アクチュエータ５８において、圧電素子が同じ材料、同じ厚さ、同じ配向特性を有するならば、振動部材６２を振動させる駆動力は振動部材６２の面積に比例するものと考えられる。
したがって、第二の実施形態における振動部材６２を振動させる駆動力は、比較例に比較して大きい。
例えば、直方体の筐体１２の角部に振動部材６２を設置するときに、通電用接続部９０をどの位置（向き）にして組み立ててもよいようにすると、製造しやすい。その場合、図７（ｃ）に示すように、同じ所要設置面積でも実線で示す第二の実施形態の方が破線で示す比較例よりも振動部材６２の面積を大きくすることができるので、駆動力を大きくすることができる。

なお、本発明においては、振動部材６２の外形形状は正方形に限られるものではなく、他の正多角形が含まれる。また、正多角形に限定されるものではなく、例えば図８に示す第三の実施形態のように、正方形の一部を切欠いたものも含まれる。さらに、図９に示す第四の実施形態のように、円の一部を切欠いて辺を形成し、この辺に通電用接続部９０を設けるようにしてもよい。

また、通電用接続部９０は図１０に示すように四角形状だけではなく、様々な形状に変形することができる。例えば、図１０（ａ）に示すように通電用接続部９０は半円形状としてもよいし、図１０（ｂ）に示すように三角形状としてもよい。また、図１０（ｃ）に示すように根元部分を細くし、通電用配線７４の一端が半田等で接続される部分を大きくしてもよい。電極板８２の本体と通電用接続部９０との境界部分の長さは短い方が振動部材６２の振動に与える影響が小さいので、振動部材６２が発生する駆動力を大きくすることができる。逆に図１０（ｄ）に示すように、通電用接続部９０が辺部全体から突出するようにしてもよい。駆動力は不利だが、接続が容易にできる。また、図１０（ｅ）に示すように、通電用接続部９０は辺部の中央からでなく、偏った位置から突出するようにしてもよい。

圧電アクチュエータの振動部材はバイモルフ型として説明してきたが、1つの平板状の圧電素子と電極板とを互いの板面を合わせて固着させた、いわゆるユニモルフ型としてもよい。圧電素子とは反対側の電極板の表面で通電用の配線を接続しなくてよいので、振動部材の振動状態のばらつきを抑制することができる。また、振動部材は圧電素子と電極板を複数回重ねたようなものであってもよい。

１０リニア駆動装置
１２筐体
１８ズームレンズ
２０フォーカスレンズ
２６ズームレンズ保持体
２８フォーカスレンズ保持体
５８第一の圧電アクチュエータ
６０第二の圧電アクチュエータ
６２，６４振動部材
６６，６８駆動軸
７８，８０圧電素子
８２電極板
９０，９２通電用接続部

Claims

平板状の圧電素子と該圧電素子に互いの板面を合わせて固着された電極板とを有する振動部材と、
前記振動部材に固定された駆動軸と、を有し、
前記振動部材は、外周が複数の頂点と該頂点間を接続する辺とを有し、前記電極板は、前記振動部材の辺から突起状に突出する通電用接続部を有する
圧電アクチュエータ。
前記振動部材は、前記振動部材の中心から前記通電用接続部の先端までの距離が、前記振動部材の中心と前記振動部材の中心から最も離れた頂点との間の距離を上回らない請求項１記載の圧電アクチュエータ。
前記振動部材の外形が正多角形である請求項１又は２記載の圧電アクチュエータ。
前記通電用接続部は複数あり、互いに離れた辺にそれぞれが形成されている請求項１乃至３いずれか記載の圧電アクチュエータ。
前記通電用接続部は１つである請求項１乃至３いずれか記載の圧電アクチュエータ。
平板状の圧電素子と該圧電素子に互いの板面を合わせて固着された電極板とを有する振動部材と、前記振動部材に固定された駆動軸と、を有する圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの駆動軸に摩擦接触している移動体と、を有し、
前記圧電アクチュエータの振動部材は、外周が複数の頂点と該頂点間を接続する辺とを有し、前記電極板は、前記振動部材の辺から突起状に突出する通電用接続部を有する
リニア駆動装置。
前記移動体にはレンズが設けられている請求項６記載のリニア駆動装置。
平板状の圧電素子と該圧電素子に互いの板面を合わせて固着された電極板とを有する振動部材と、前記振動部材に固定された駆動軸と、を有する圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの駆動軸に摩擦接触している移動体と、
前記圧電アクチュエータの駆動軸を振動自在に支持する筐体と、を有し、
前記圧電アクチュエータの振動部材は、外周が複数の頂点と該頂点間を接続する辺とを有し、前記電極板は、前記振動部材の辺から突起状に突出する通電用接続部を有する
電子機器。