JP5920274B2 - Piezoelectric drive device and lens drive device - Google Patents
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本発明は、圧電駆動装置、及び当該圧電駆動装置を用いて携帯電話等に搭載されるカメラのカメラ用レンズを駆動するレンズ駆動装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric driving device and a lens driving device that drives a camera lens of a camera mounted on a mobile phone or the like using the piezoelectric driving device.
特許文献1は、レンズ駆動装置を開示している。レンズ駆動装置は、圧電駆動装置と、レンズホルダとを備える。圧電駆動装置は、圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一端側に固定された錘と、圧電素子の伸縮方向の他端側に接着剤により固定された駆動部材とを有する。レンズホルダは、駆動部材の外周面と係合する。圧電素子が伸縮を繰り返すと、レンズホルダは、駆動部材の外周面との間により生ずる摩擦力により、圧電素子の伸縮方向の一方又は他方に移動する。
圧電素子の伸縮方向の他端側には、駆動部材を介してレンズホルダが取り付けられているため、圧電素子の当該他端側には大きなモーメントが作用している。そのため、外部から衝撃が作用した場合、圧電素子の当該他端側には大きな剪断力が特に作用しやすい。その結果、圧電素子の破壊をもたらしたり、圧電素子と駆動部材との接着が剥離したりといった不具合が発生する虞がある。 Since a lens holder is attached to the other end side of the piezoelectric element in the expansion / contraction direction via a drive member, a large moment acts on the other end side of the piezoelectric element. Therefore, when an impact is applied from the outside, a large shear force is particularly likely to act on the other end side of the piezoelectric element. As a result, there is a possibility that problems such as destruction of the piezoelectric element or peeling of the adhesion between the piezoelectric element and the driving member may occur.
特許文献1では、駆動部材の重心位置を、圧電素子と駆動部材とが当接する当接面を含む平面付近に設定することで、当該不具合を抑制しようとしている。しかしながら、レンズ駆動装置が携帯電話等の携帯機器に用いられるような場合には、外部からの衝撃力を受けやすい環境にさらされることが多いため、外部からの衝撃力に対してより一層の対策が望まれていた。
In
そのため、本発明の目的は、耐衝撃性の更なる向上を図ることが可能な圧電駆動装置及びレンズ駆動装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric driving device and a lens driving device capable of further improving impact resistance.
本発明の一つの観点に係る圧電駆動装置は、圧電素子と、圧電素子の伸縮方向の一端側に接続された錘と、有底筒状を呈すると共に、圧電素子の伸縮方向の他端側を内部に収容しつつ他端側が底部に接続された駆動部材と、圧電素子の側面と駆動部材の内壁面との間に配置された緩衝部材とを備える。 A piezoelectric driving device according to one aspect of the present invention has a piezoelectric element, a weight connected to one end side in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element, a bottomed cylindrical shape, and the other end side in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element. A drive member housed inside and having the other end connected to the bottom is provided with a buffer member disposed between a side surface of the piezoelectric element and an inner wall surface of the drive member.
本発明の一つの観点に係る圧電駆動装置では、圧電素子の側面と駆動部材の内壁面との間に緩衝部材が配置されている。そのため、外部から駆動部材に衝撃力が作用しても、緩衝部材により当該衝撃力が吸収される。従って、圧電素子にかかる衝撃力を緩和することができるので、耐衝撃性の更なる向上を図ることが可能となる。 In the piezoelectric driving device according to one aspect of the present invention, the buffer member is disposed between the side surface of the piezoelectric element and the inner wall surface of the driving member. Therefore, even if an impact force acts on the drive member from the outside, the impact force is absorbed by the buffer member. Accordingly, since the impact force applied to the piezoelectric element can be reduced, it is possible to further improve the impact resistance.
緩衝部材は、圧電素子の側面と駆動部材の内壁面との間で且つ駆動部材の開放端寄りに配置されていてもよい。緩衝部材が存在しない場合に衝撃力が作用すると、駆動部材の開放端が大きく動いて、圧電素子に大きな剪断力が作用しうる。しかしながら、緩衝部材が駆動部材の開放端寄りに配置されていると、そのような駆動部材の開放端における動きが制限される。従って、耐衝撃性のより一層の向上を図ることが可能となる。 The buffer member may be disposed between the side surface of the piezoelectric element and the inner wall surface of the drive member and near the open end of the drive member. When an impact force is applied in the absence of the buffer member, the open end of the drive member moves greatly, and a large shear force can act on the piezoelectric element. However, if the buffer member is arranged near the open end of the drive member, the movement of the drive member at the open end is limited. Therefore, it is possible to further improve the impact resistance.
駆動部材の底部には貫通孔が形成されていてもよい。一般的には、駆動部材の底部と圧電素子の伸縮方向の他端側とは、流動性を有する接着剤により接着される。この場合、駆動部材の底部と圧電素子の他端側とを接着剤により接続する際に、余剰分の接着剤が、貫通孔に向かい、圧電素子の側面に回り込み難くなる。そのため、余剰分の接着剤が圧電素子の側面に回り込むことにより圧電素子の伸縮が阻害されてしまうことを抑制できる。 A through hole may be formed in the bottom of the drive member. In general, the bottom of the driving member and the other end in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element are bonded together with a fluid adhesive. In this case, when connecting the bottom portion of the driving member and the other end side of the piezoelectric element with an adhesive, it is difficult for the surplus adhesive toward the through hole and around the side surface of the piezoelectric element. For this reason, it is possible to suppress the expansion and contraction of the piezoelectric element from being hindered by the surplus adhesive that wraps around the side surface of the piezoelectric element.
緩衝部材は樹脂で構成されていてもよい。 The buffer member may be made of resin.
駆動部材の開放端寄りの内径は、駆動部材の底部寄りの内径よりも大きくてもよい。この場合、駆動部材と圧電素子との間に樹脂を注入することにより緩衝部材を形成する際に、当該樹脂が駆動部材の開放端寄りに留まりやすくなる。 The inner diameter of the driving member near the open end may be larger than the inner diameter of the driving member near the bottom. In this case, when the buffer member is formed by injecting resin between the driving member and the piezoelectric element, the resin is likely to stay near the open end of the driving member.
本発明の他の観点に係るレンズ駆動装置は、上記いずれかの圧電駆動装置と、駆動部材の外周面と係合するレンズホルダとを備える。 A lens driving device according to another aspect of the present invention includes any one of the piezoelectric driving devices described above and a lens holder that engages with the outer peripheral surface of the driving member.
本発明の他の観点に係るレンズ駆動装置は、上記の圧電駆動装置と同様の効果をそうする。 The lens driving device according to another aspect of the present invention has the same effect as the above piezoelectric driving device.
本発明によれば、耐衝撃性の更なる向上を図ることが可能な圧電駆動装置及びレンズ駆動装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the piezoelectric drive device and lens drive device which can aim at the further improvement of impact resistance can be provided.
本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following embodiments are exemplifications for explaining the present invention and are not intended to limit the present invention to the following contents. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
レンズ駆動装置100は、図1〜図4に示されるように、レンズホルダ102と、付勢部材104と、圧電駆動装置1とを備える。レンズ駆動装置100は、例えば携帯電話などに搭載されるカメラ用レンズを駆動する装置である。上方(Z方向)から見たときのレンズ駆動装置100は図示しない筐体内に配置されており、当該筐体の大きさは、例えば8.5mm×8.5mm程度に設定できる。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
レンズホルダ102は、円筒状の筒部106と、突出部108とを有する。レンズホルダ102は、例えば、カーボンファイバを含んだ液晶ポリマー又はナイロンによって形成してもよい。
The
筒部106の内周面は、真円形状を呈している。筒部106の内側には、レンズが収納されたレンズバレル(図示せず)が取り付けられる。筒部106にレンズバレルが取り付けられることにより、レンズホルダ102はレンズを保持する。レンズバレルに保持されたレンズは、筐体(図示せず)に形成された開口を通じて露出する。
The inner peripheral surface of the
突出部108は、レンズの光軸方向OA(Z方向)と直行するX方向であって、筒部106の外周面から外方に向けて、突出している。本実施形態において、突出部108が突出するX方向は、筒部106の径方向に一致する。突出部108は、レンズの光軸方向OA(Z方向)及びX方向に共に直交するY方向(レンズの光軸方向OAから見たときの筒部106の接線方向)に沿って延びている。Y方向における突出部108の幅は、例えば、筒部106の外径(直径)と同程度か、それ以下に設定することができる。
The
突出部108は、X方向に交差し且つY方向に沿って延びる側壁面108aを有する。側壁面108aには、レンズの光軸方向OAに沿って延びる溝部108bが形成されている。溝部108bは、レンズの光軸方向OAから見て、奥側(筒部106側)に向かうにつれて幅狭となるV字形状を呈する。
The
付勢部材104は、例えば金属製の板部材である。付勢部材104は、側壁面108aに沿ってY方向に延びている。付勢部材104のうち溝部108bと対向する側の一端は遊端とされており、付勢部材104の他端は、突出部108に固定されている。そのため、付勢部材104の一端は、溝部108bに近接又は離間する方向(X方向)に移動可能である。
The
付勢部材104の一端と溝部108bとの間の空間に、当該空間よりも大きな外形を有する圧電駆動装置1が配置されると、付勢部材104は溝部108bから離間する方向に押し出される。しかしながら、付勢部材104には、元の形状に戻ろうとする復元力が生ずるため、付勢部材104から圧電駆動装置1に付勢力が作用する。その結果、圧電駆動装置1は、付勢部材104により溝部108b(突出部108)に押しつけられる。
When the
圧電駆動装置1は、電圧の印加によってレンズホルダ102をナノメートルのオーダーで往復移動させることが可能な、いわゆるSIDM(Smooth Impact Drive Mechanism)式の圧電アクチュエータである。圧電駆動装置1は、図4に示されるように、積層型圧電素子10と、錘20と、駆動部材22と、緩衝部材24と、一対の配線26とを有する。
The
積層型圧電素子10について、図5,図6を参照して説明する。積層型圧電素子10は、多角柱形状(本実施形態においては四角柱形状)の積層体12を有する。積層体12は、複数の圧電体13と複数の内部電極14A,14Bとが所定の順序で積層されて構成されている。積層体12は、その積層方向に平行で且つ互いに対向する側面12a,12bを有している。積層体12は、例えば、その幅を10mm程度、その奥行きを10mm程度、その高さ35mm程度に設定することができる。
The laminated
圧電体13は、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を主成分とする圧電セラミック材料で形成されている。圧電体13の厚さは、例えば1層あたり80μm〜100μm程度に設定することができる。PZTの組成としては、例えば下記のものを挙げることができる。
Pb0.999[(Zn1/3Nb2/3)0.11Ti0.425Zr0.465]O3+0.2wt%Fe2O3+0.2wt%Sb2O3
The
Pb0.999 [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.11Ti0.425Zr0.465] O 3 + 0.2wt% Fe 2 O 3 + 0.2wt% Sb 2 O 3
また、PZTの粉体特性としては、例えばBET比表面積が約2.5m2/g、平均粒子径が約0.6μmのものが用いられる。PZTの焼結温度は、950℃程度である。PZT系材料の融点は、1300℃程度である。 As the powder characteristics of PZT, for example, those having a BET specific surface area of about 2.5 m 2 / g and an average particle diameter of about 0.6 μm are used. The sintering temperature of PZT is about 950 ° C. The melting point of the PZT material is about 1300 ° C.
内部電極14A,14Bは、例えばAg、Pdを主成分とする導電材料により形成されている。内部電極14A,14Bの厚さは、例えば2μm程度に設定することができる。内部電極14A,14Bは、圧電体13を挟んで交互に積層されている。内部電極14Aの一端は、積層体12の側面12aに露出している。内部電極14Aの他端は、積層体12の側面12bよりも内側に位置している。内部電極14Bの一端は、積層体12の側面12bに露出している。内部電極14Bの他端は、積層体12の側面12aよりも内側に位置している。これにより、内部電極14A,14Bの一部は、積層体12の積層方向において重なり合うこととなる。
The
積層体12において、内部電極14A,14Bが積層方向に重なり合っている部分は、内部電極14A,14Bに電圧を印加したときに圧電体13が変位する活性部Pとなっている。活性部P(積層型圧電素子10)は、積層体12の積層方向に伸縮する。積層体12において、内部電極14A,14Bが積層方向に重なり合っていない部分(積層体12の両側端部)は、内部電極14A,14Bに電圧を印加したときに圧電体13が変位しない不活性部Qとなっている。
In the
積層体12の側面12aには、外部電極16Aが設けられている。外部電極16Aは、側面12aの全体を覆うように側面12aと付着している。そのため、外部電極16Aは、側面12aにおいて、側面12aに露出する各内部電極14Aとそれぞれ電気的に接続される。外部電極16Aは、例えばAg、Au及びCuのいずれかを主成分とする導電材料で形成されている。外部電極16Aの厚みは、例えば例えば1μm〜20μm程度に設定することができる。
An external electrode 16 </ b> A is provided on the
積層体12の側面12bには、外部電極16Bが設けられている。外部電極16Bは、略矩形の帯状体であり、側面12bの全体を覆うするように側面12bと付着している。そのため、外部電極16Bは、側面12bにおいて、側面12bに露出する各内部電極14Bとそれぞれ電気的に接続される。外部電極16Bは、例えばAg、Au及びCuのいずれかを主成分とする導電材料で形成されている。外部電極16Bの厚みは、例えば例えば1μm〜20μm程度に設定することができる。
An
図4に戻って、錘20は、積層型圧電素子10の伸縮方向の一端側に、接着剤20aを介して固定されている。当該接着剤20aは、接着前は流動性を示すが、接着後は固化する。錘20は、Z方向から見て略十字形状を呈している。そのため、後述するように、緩衝部材24を駆動部材14内にノズルを用いて注入する際に、ノズルの先端が駆動部材22内に向かうことが錘20によって妨げられないようになっている。
Returning to FIG. 4, the
駆動部材22は、円板状の底部と、当該底部の周縁に一体的に設けられた円筒状の側壁とを有する有底筒状体である。駆動部材22の側壁の外周面は、付勢部材104により溝部108bに付勢され、溝部108bとの係合状態が維持されている。すなわち、レンズホルダ102は、駆動部材22の側壁の外周面と係合している。
The
駆動部材22の底部には、貫通孔22aが形成されている。駆動部材22の底部の内面と、積層型圧電素子10の伸縮方向の他端側の端面とは、接着剤22bを介して固定されている。当該接着剤22aは、接着前は流動性を示すが、接着後は固化する。駆動部材22は、積層型圧電素子10の伸縮方向の他端側を内部に収容している。駆動部材22の側壁の内周面と積層型圧電素子10の側面とは、離間している。本実施形態において、駆動部材22の開放端寄りの内径は、駆動部材22の底部寄りの内径よりも大きくなるように設定されている。
A through
緩衝部材24は、積層型圧電素子10の側面と駆動部材22の側壁の内周面との間に配置されている。本実施形態では、緩衝部材24は、駆動部材22の開放端寄りに配置されている。緩衝部材24は、例えば、樹脂で形成することができる。樹脂としては、シリコン系紫外線硬化剤を用いることができる。緩衝部材24の硬度は、例えば、ショアA硬度で30程度であってもよい。
The
一対の配線26の各一端は、外部電極16A,16Bにそれぞれ電気的に接続されている。一対の配線26の各他端は、電源(図示せず)に電気的に接続されている。そのため、積層型圧電素子10には、配線26を介して所定の電圧が印加される。
One end of the pair of
次に、レンズ駆動装置100の動作について説明する。積層型圧電素子10には、図7に示されるような鋸歯状の駆動電圧が配線26を介して電源から印加される。
Next, the operation of the
まず、図7(a)に示されるように、徐々に電圧が大きくなった後に急激に電圧が降下する場合について説明する。この場合、徐々に電圧が大きくなることに伴い、積層型圧電素子10は徐々にその積層方向に伸びていく。この際、駆動部材22の側壁の外周面と、溝部108b及び付勢部材104との間に生じる摩擦力につられて、レンズホルダ102も図3の上方向に移動する。その後、急激に電圧が降下すると、積層型圧電素子10も急激に縮まる。この際、レンズホルダ102は、慣性の法則により、駆動部材22との間に生ずる摩擦に打ち勝ってその場に留まる。これが繰り返されることにより、レンズホルダ102が徐々に図3の上方向に移動する。
First, as shown in FIG. 7A, a case where the voltage drops rapidly after the voltage gradually increases will be described. In this case, as the voltage gradually increases, the stacked
一方、図7(b)に示されるように、徐々に電圧が小さくなった後に急激に電圧が上昇する場合について説明する。この場合、徐々に電圧が小さくなることに伴い、積層型圧電素子10は徐々にその積層方向に縮まっていく。この際、駆動部材22の側壁の外周面と、溝部108b及び付勢部材104との間に生じる摩擦力につられて、レンズホルダ102も図3の下方向に移動する。その後、急激に電圧が上昇すると、積層型圧電素子10も急激に伸びる。この際、レンズホルダ102は、慣性の法則により、駆動部材22との間に生ずる摩擦に打ち勝ってその場に留まる。これが繰り返されることにより、レンズホルダ102が徐々に図3の下方向に移動する。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, a case where the voltage suddenly rises after the voltage gradually decreases will be described. In this case, as the voltage gradually decreases, the stacked
以上のような本実施形態では、積層型圧電素子10の側面と駆動部材22の側壁の内周面との間に緩衝部材24が配置されている。そのため、外部から駆動部材22に衝撃力が作用しても、緩衝部材14により当該衝撃力が吸収される。従って、積層型圧電素子10にかかる衝撃力を緩和することができるので、耐衝撃性の更なる向上を図ることが可能となる。
In the present embodiment as described above, the
本実施形態では、緩衝部材24は、積層型圧電素子10の側面と駆動部材22の側壁の内周面との間で且つ駆動部材22の開放端寄りに配置されている。緩衝部材24がない場合に衝撃力が作用すると、駆動部材24の開放端が大きく動いて、積層型圧電素子10に大きな剪断力が作用しうる。しかしながら、緩衝部材24が駆動部材22の開放端寄りに配置されていると、そのような駆動部材24の開放端における動きが制限される。従って、耐衝撃性のより一層の向上を図ることが可能となる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、駆動部材22の底部には貫通孔22aが形成されている。そのため、駆動部材22の底部と積層型圧電素子10の他端側とを接着剤により接続する際に、余剰分の接着剤が、貫通孔22aに向かい、積層型圧電素子10の側面に回り込み難くなる。従って、余剰分の接着剤が積層型圧電素子10の側面に回り込むことにより積層型圧電素子10の伸縮が阻害されてしまうことを抑制できる。
In the present embodiment, a through
本実施形態では、駆動部22材の開放端寄りの内径は、駆動部材22の底部寄りの内径よりも大きい。そのため、駆動部材22と積層型圧電素子10との間に樹脂を注入することにより緩衝部材24を形成する際に、当該樹脂が駆動部材22の開放端寄りに留まりやすくなる。
In the present embodiment, the inner diameter of the driving
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、緩衝部材24としては、衝撃力を緩和することが可能な種々の材料や部材を用いることができる。具体的には、Oリングを緩衝部材24として用いてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to above-described embodiment. For example, as the
緩衝部材24は、積層型圧電素子10の側面と駆動部材22の側壁の内周面との間であれば、駆動部材22の開放端寄りに配置されていなくてもよい。
The
緩衝部材24により駆動部材22内が完全に充填されていてもよい。しかしながら、この場合、積層型圧電素子10の伸縮が阻害されうるので、積層型圧電素子10の側面と駆動部材22の側壁の内周面との間のうち部分的に緩衝部材24が配置されているとより好ましい。
The
駆動部材22の内径は、開放端側から底部側にかけて徐々に小さくなっていてもよい。駆動部材22の内径は、開放端側から底部側にかけて略同一であってもよい。駆動部材22の内径は、開放端側よりも底部側が小さくてもよい。
The inner diameter of the
貫通孔22aは、少なくとも一つあればよく、複数あってもよい。駆動部材22の底部には貫通孔22aが形成されていなくてもよい。
There may be at least one through
1…圧電駆動装置、10…積層型圧電素子、20…錘、22…駆動部材、22a…貫通孔、24…緩衝部材、100…レンズ駆動装置、102…レンズホルダ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記圧電素子の伸縮方向の一端側に接続された錘と、
有底筒状を呈すると共に、前記圧電素子の伸縮方向の他端側を内部に収容しつつ前記他端側が底部に接続された駆動部材と、
前記圧電素子の側面と当該側面に対向する前記駆動部材の内壁面との間に配置された緩衝部材とを備え、
前記圧電素子はその積層方向に伸縮する積層型圧電素子であり、
前記駆動部材の前記底部には貫通孔が形成されており、
前記駆動部材の底部と前記圧電素子の前記他端側と前記貫通孔とは接着材料が介在した状態で接続されている圧電駆動装置。 A piezoelectric element;
A weight connected to one end side of the piezoelectric element in the expansion and contraction direction;
A driving member that has a bottomed cylindrical shape and that accommodates the other end side in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element while the other end side is connected to the bottom,
A buffer member disposed between a side surface of the piezoelectric element and an inner wall surface of the driving member facing the side surface ;
The piezoelectric element is a stacked piezoelectric element that expands and contracts in the stacking direction,
A through hole is formed in the bottom of the drive member,
The piezoelectric drive device that is connected in a state in which the adhesive material is interposed between the bottom of the drive member and the other end of said piezoelectric element and said through hole is.
前記駆動部材の外周面と係合するレンズホルダとを備えるレンズ駆動装置。 A piezoelectric driving device according to any one of claims 1 to 5 ;
A lens driving device comprising: a lens holder that engages with an outer peripheral surface of the driving member.
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