JP5146325B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子等の電気変換素子を用いた駆動装置に関する。

電圧の印加によって伸縮する圧電素子（ピエゾ素子）等の電気変換素子を用いた駆動装置がＳＩＤＭ（Ｓｍｏｏｔｈ Ｉｍｐａｃｔ Ｄｒｉｖｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）と称されて知られている。

このＳＩＤＭは、図１に示す如く主として電気変換素子１、振動部材２、保持部材３、移動部材４及び給電部材としてのフレキシブルプリント基板６から構成された小型のアクチュエータである。

電気変換素子１は、多数の圧電板が積層された圧電素子であって、電圧が印加されると伸縮する。

振動部材２は、電気変換素子１の伸縮方向の一端に結合されたロッド状の部材であって、滑り性が良く硬い材料から形成されている。

保持部材３は、電気変換素子１の伸縮方向の他端を片持ちで保持し、質量のある金属材料から形成されている。なお、電気変換素子１と保持部材３とが導通しないように、電気変換素子１を保持部材３に接合するのに絶縁性の接着剤Ｓ１を用い、更に接着剤Ｓ１に絶縁性の微粒子を混入している。

移動部材４は、移動させたい任意の部材と接続して移動する部材であって、振動部材２に所定の摩擦力で係合する。

移動部材４と振動部材２との係合は、図２に示す如く、移動部材４に設けたＶ溝４ａと板バネ５とにより振動部材２を狭着している。

これによって、例えば、レンズ３１を保持する鏡枠３２と接続して、合焦動作や変倍動作を行わせることができる。また、絞り制御や手ぶれ補正にも用いることができる。

電気変換素子１にはフレキシブルプリント基板６が導電性接着剤Ｓ２により接合されて、電気変換素子１に給電を行う。そして、図３に示す如き鋸歯形の波形のパルス電圧をフレキシブルプリント基板６を介して電気変換素子１に連続的に印加する。これによって電気変換素子１は伸縮振動し、同時に振動部材２も軸方向に振動する。そして、パルス電圧の緩やかな立ち上がりａにおいては、電気変換素子１は比較的ゆっくり伸長する。従って、振動部材２は保持部材３から離れる方向（Ａ方向）に移動し、これに伴って移動部材４も同方向に移動する。一方、パルス電圧の急速な立ち下がりｂにおいては、電気変換素子１は急速に収縮して初期長さに戻る。このとき、振動部材２も急速に保持部材３に向かう方向（Ｂ方向）に移動するが、移動部材４は慣性によってその位置に留まるか、または僅かだけ保持部材３の方向に移動する。従って、このようなパルス電圧を連続的に印加することによって、移動部材４はパルス数に応じて少しずつＡ方向に移動する。

また、移動部材４をＢ方向に移動させるときは、電気変換素子１に印加する鋸歯形の波形のパルス電圧を逆にして、急速な立ち上がりと緩やかな立ち下がりにすればよい。

なお、以上は電気変換素子１の伸縮を異なる速度で行ったものであるが、場合によっては等速度で伸縮させても移動部材４は移動する。即ち、電気変換素子１を伸長させて振動部材２を移動させ、その後、振動部材２が停止した後にも移動部材４は慣性によって更にある程度同方向に移動する。従って、電気変換素子１を伸長させた後に直ちに収縮させて振動部材２を逆方向に移動させれば、移動部材４も逆方向に移動するが初期位置までは戻らずに慣性によって移動した分だけ保持部材３に対して位置が変わることになる。このような動作を繰り返せば、移動部材４は少しずつ移動する。

このようなＳＩＤＭは、高精度で高応答性を有し、作動が静粛であるので、小型の機器に用いられ、特許公報にも開示されている（特許文献１、２参照）。
特許第３１４１７１４号公報 特開２００２−１１９０７４号公報

前述の如く、ＳＩＤＭにおける電気変換素子１にはフレキシブルプリント基板６が導電性接着剤Ｓ２により接合されている。一方、振動部材２や保持部材３は導電性を有している。従って、給電部材としてのフレキシブルプリント基板６が保持部材３に接触したりすると、漏電して前述の作動が行われなくなる。また、電気変換素子１に滴下した導電性接着剤Ｓ２が振動部材２や保持部材３に流れ出すと、電気変換素子１の電極間がショートして作動不良となる虞がある。

そこで、このようなフレキシブルプリント基板６の接触や導電性接着剤Ｓ２によるショートを防止するために、従来はフレキシブルプリント基板６を振動部材２や保持部材３から離れた電気変換素子１の略中央に配置して接合していた。

しかし、フレキシブルプリント基板６の端部を電気変換素子１の略中央部に接合するのは不安定な接合であり、何らかの外力が加わってフレキシブルプリント基板６がこじられると、フレキシブルプリント基板６が保持部材３に接触したりして、ＳＩＤＭが作動不良になる虞があった。

また、フレキシブルプリント基板６は導電性接着剤Ｓ２のみによって電気変換素子１に接合されているので、振動部材２の方向からフレキシブルプリント基板６に何らかの押圧力が掛かると、導電性接着剤Ｓ２にクラックが発生して、フレキシブルプリント基板６と電気変換素子１との導通が不充分になることがあった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、電気変換素子にパルス電圧を印加するための給電部材としてのフレキシブルプリント基板に何らかの押圧力が掛かっても、電気変換素子を保持する保持部材に導通したり、給電部材を電気変換素子に接合する導電性接着剤にクラックが発生したりすることがなく、給電部材と電気変換素子との導通を確実に保つことができる駆動装置を提供することを目的とする。

なお、このような目的や解決手段については上述の特許文献１、２に記載されていない。

前記目的は、下記に記載した発明により達成される。

本発明の駆動装置は、電圧の印加によって伸縮する電気変換素子と、前記電気変換素子の伸縮方向の一端に結合された振動部材と、前記電気変換素子の伸縮方向の他端を保持する保持部材と、前記振動部材に所定の摩擦力で係合する移動部材と、前記電気変換素子に接続されて給電を行う給電部材と、を備え、前記給電部材よりパルス電圧を前記電気変換素子に印加して、前記振動部材を振動させることにより、前記保持部材に対して前記移動部材を移動させる駆動装置であって、前記給電部材と前記保持部材との間隙に、絶縁性を有する被膜あるいは部材を設けたことを特徴とする。

本発明の駆動装置によれば、電気変換素子に接続されて給電を行う給電部材に何らかの押圧力が掛かり、給電部材が電気変換素子を保持する保持部材に接触しても導通することがない、あるいは給電部材を電気変換素子に接合する導電性接着剤にクラックが発生することがなく、給電部材と電気変換素子との導通が確実に保たれるという効果を奏する。

従来のＳＩＤＭの構成図である。 移動部材と振動部材との係合を示す図である。 ＳＩＤＭの作動を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の構成図である。 第１の実施形態に係る駆動装置の異なる構成図である。 第１の実施形態に係る駆動装置の異なる構成図である。 図６において保持部材にスリットを設けた図である。 本発明の第２の実施形態に係る駆動装置の構成図である。 図８における支持部材の正面図である。 第２の実施形態において、支持部材とフレキシブルプリント基板とを一体的に形成して給電部材とした駆動装置の構成図である。 図１０の給電部材の正面図である。

符号の説明

１ 電気変換素子
２ 振動部材
３ 保持部材
３ａ 凹部
３ｃ スリット
３１ 絶縁性被膜
４ 移動部材
６ フレキシブルプリント基板（給電部材）
７ 支持部材
１６ 給電部材
Ｓ１ 絶縁性接着剤
Ｓ２ 導電性接着剤

本発明の駆動装置（ＳＩＤＭ）の第１の実施の形態を、図４〜７を参照して説明する。

図４は本発明の駆動装置の第１の実施形態を示す図であり、図１に示したＳＩＤＭと基本的には同様の構成であって、電気変換素子１、振動部材２、保持部材３、移動部材４及び給電部材としてのフレキシブルプリント基板６（プリント配線基板）から構成されている。

図４の駆動装置が図１のＳＩＤＭと異なる点は、保持部材３に絶縁性被膜３１が設けられていて、フレキシブルプリント基板６や電気変換素子１からの漏電を阻止していることである。

絶縁性被膜としては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜が好ましい。ＤＬＣはイオンを利用した気相合成法により合成され、ダイヤモンドに類似した高硬度、電気絶縁性、赤外線透過性等の特徴を有するカーボン薄膜の総称である。

また、ＳｉＮ系の絶縁性被膜を用いてもよい。要は保持部材３とフレキシブルプリント基板６が導通しないならば、どのような絶縁性被膜であってもよい。

このように保持部材３に絶縁性被膜３１を設けることによって、フレキシブルプリント基板６が保持部材３に導通する虞がなくなる。従って、フレキシブルプリント基板６が保持部材３に接触してもよく、フレキシブルプリント基板６を電気変換素子１に接合する位置はどの位置であってもよい。

しかし、図５に示す如く、フレキシブルプリント基板６を保持部材３に近接させて電気変換素子１に接合しておけば、フレキシブルプリント基板６に外力が加わってフレキシブルプリント基板６がこじられたときにも、フレキシブルプリント基板６が保持部材３に当接し、保持部材３がフレキシブルプリント基板６を補強する作用が生じる。すなわち、フレキシブルプリント基板６が電気変換素子１より外れずに、安定して接合状態が維持される。

また、電気変換素子１を保持部材３に接合する接着剤Ｓ１は、必ずしも絶縁性接着剤である必要はなくなる。また、接着剤Ｓ１に絶縁性の微粒子を混入する必要もなくなる。

更に、図６に示す如く、電気変換素子１を保持する保持部材３の保持部に凹部３ａを形成し、この状態で絶縁性被膜３１を設けることもできる。これによって、凹部３ａに接着剤Ｓ１を注入して電気変換素子１を保持部材３に接合することができるので、接着剤Ｓ１は保持部材３の表面３ｂに突出することがない。従って、接着剤Ｓ１の盛り上がりによって妨げられることなく、フレキシブルプリント基板６を保持部材３の表面３ｂに確実に当接させて電気変換素子１に接合することができる。よって、フレキシブルプリント基板６に外力が加わったときにも、フレキシブルプリント基板６は更に安定して電気変換素子１への接合状態が維持される。

また、図７は保持部材３の表面３ｂ側を電気変換素子１の方から見た図である。

保持部材３の凹部３ａの周囲に位置する表面３ｂに、電気変換素子１の伸縮方向と直交する方向のスリット３ｃを設ける。これによって、余分な接着剤Ｓ１はスリット３ｃに流れ込むので、電気変換素子１の表面に回り込むことがない。

本発明の駆動装置（ＳＩＤＭ）の第２の実施の形態を、図８〜１１を参照して説明する。

図８は本発明の駆動装置の第２の実施形態を示す図であり、図１に示したＳＩＤＭと基本的には同様の構成であって、電気変換素子１、振動部材２、保持部材３、移動部材４及び給電部材としてのフレキシブルプリント基板６から構成されている。

図８の駆動装置が図１のＳＩＤＭと異なる点は、給電部材（フレキシブルプリント基板６）と保持部材３との間隙に、絶縁性を有し、かつフレキシブルプリント基板６を支持する支持部材７を設けたことである。

支持部材７は電気変換素子１の軸方向から見ると、図９の如く一方が切り欠かれたＣ字形に形成されていて、切り欠き部の寸法ｄ１は電気変換素子１の外径寸法ｄ２より僅かに小さい。従って、電気変換素子１の側方から支持部材７を押圧すると、支持部材７は弾性変形して電気変換素子１に挿着されるので、挿着後は容易に抜脱することがない。

また、支持部材７は樹脂で形成されているので、絶縁性を有しており、金属製の保持部材３に接触しても電気変換素子１の電極間がショートする虞がない。

このような支持部材７をフレキシブルプリント基板６と保持部材３との間隙に配置したので、フレキシブルプリント基板６に振動部材２の方向から何らかの押圧力が掛かっても、フレキシブルプリント基板６の背面を支持部材７が支持しているので、導電性接着剤Ｓにクラックが発生することがなく、フレキシブルプリント基板６と電気変換素子１との導通は確実に保たれる。

なお、支持部材７の形状はＣ字形に限定されるものではく、例えばＵ字形であってもよいし、場合によっては切り欠きのない円筒形であってもよい。但し、円筒形の場合は振動部材２の方向から電気変換素子１に挿入し、その後にフレキシブルプリント基板１を電気変換素子１に接合する。

また、図１０及び図１１に示す如く、支持部材７とフレキシブルプリント基板６とを一体的に形成し、支持部材と給電部材とを兼ねた給電部材１６とし、給電部材１６に導電性パターンを設けて電気変換素子１に接合してもよい。これよって、部品管理が容易になり、給電部材の強度も大幅に向上する。

Claims (6)

1. 電圧の印加によって伸縮する電気変換素子と、
   前記電気変換素子の伸縮方向の一端に結合された振動部材と、
   前記電気変換素子の伸縮方向の他端を保持する保持部材と、
   前記振動部材に所定の摩擦力で係合する移動部材と、
   前記電気変換素子に接続されて給電を行う給電部材と、
   を備え、
   前記給電部材よりパルス電圧を前記電気変換素子に印加して、前記振動部材を振動させることにより、前記保持部材に対して前記移動部材を移動させる駆動装置であって、
   前記給電部材と前記保持部材との間隙に、絶縁性を有し、かつ前記給電部材を支持する支持部材を設けたことを特徴とする駆動装置。
2. 前記支持部材を前記給電部材と一体的に形成したことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の駆動装置。
3. 電圧の印加によって伸縮する電気変換素子と、
   前記電気変換素子の伸縮方向の一端に結合された振動部材と、
   前記電気変換素子の伸縮方向の他端を保持する保持部材と、
   前記振動部材に所定の摩擦力で係合する移動部材と、
   前記電気変換素子に接続されて給電を行う給電部材と、
   を備え、
   前記給電部材よりパルス電圧を前記電気変換素子に印加して、前記振動部材を振動させることにより、前記保持部材に対して前記移動部材を移動させる駆動装置であって、
   前記保持部材に前記給電部材や前記電気変換素子からの漏電を阻止する絶縁性被膜としてＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を設けたことを特徴とする駆動装置。
4. 電圧の印加によって伸縮する電気変換素子と、
   前記電気変換素子の伸縮方向の一端に結合された振動部材と、
   前記電気変換素子の伸縮方向の他端を保持する保持部材と、
   前記振動部材に所定の摩擦力で係合する移動部材と、
   前記電気変換素子に接続されて給電を行う給電部材と、
   を備え、
   前記給電部材よりパルス電圧を前記電気変換素子に印加して、前記振動部材を振動させることにより、前記保持部材に対して前記移動部材を移動させる駆動装置であって、
   前記保持部材に前記給電部材や前記電気変換素子からの漏電を阻止する絶縁性被膜を設け、
   前記給電部材は、前記保持部材に設けられた前記絶縁性被膜の表面に接着剤を介して接合されていることを特徴とする駆動装置。
5. 前記電気変換素子を保持する前記保持部材の保持部に凹部を設け、該凹部に注入した接着剤によって、前記電気変換素子を前記凹部の底面および内部側面に接合したことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の駆動装置。
6. 前記保持部材における前記凹部の周囲に、前記電気変換素子の伸縮方向と直交する方向のスリットを設けたことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の駆動装置。