JP6677847B2 - 塵埃除去装置および撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、塵埃除去装置を適切に設計したり制御することが可能で、低温においても高い塵埃除去性能を有する塵埃除去装置およびそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の撮像装置は、前記塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動部材と前記撮像素子ユニットの受光面を同一軸上に順に設けたことを特徴とする。
発泡状または多孔質形状の高分子化合物である。固定部材に発泡樹脂を用いると、塵埃除去装置としての制振性能が更に優れるという特徴を持つ。代表的な発泡樹脂としてはスポンジ、フォームと呼ばれるもので、合成樹脂や合成ゴムから作られ、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン(主にポリエチレンやポリプロピレン)、シリコン、ポリイミドなどが使用される。
一般式(1) (Ba1−xCax)(Ti1−yZry)O3(0.02≦x≦0.30、0.020≦y≦0.095であり、かつy≦x)
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とすることが好ましい。
いずれの手段においても、圧電材料431に含まれる各元素の重量比および組成比を算出できる。
一般式(1) (Ba1−xCax)(Ti1−yZry)O3(0.02≦x≦0.30、0.020≦y≦0.095であり、かつ、y≦x)
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、前記金属酸化物にMnが含有されており、前記Mnの含有量が前記金属酸化物100重量部に対して金属換算で0.02重量部以上0.40重量部以下である場合、原料としては、Ba化合物、Ca化合物、Ti化合物、Zr化合物およびMn化合物といった金属化合物から構成される。
(製造例1)
平均粒径100nmのチタン酸バリウム(堺化学工業製:BT−01)、平均粒径300nmのチタン酸カルシウム(堺化学工業製:CT−03)、平均粒径300nmのジルコン酸カルシウム(堺化学工業製:CZ−03)をモル比で83.0対10.5対6.5になるように秤量した。
平均粒径100nmのチタン酸バリウム(堺化学工業製:BT−01)を造粒するために、混合粉に対してMn重量が金属換算で0.12重量部となる酢酸マンガン(II)と混合粉に対して3重量部となるPVAバインダーを、それぞれスプレードライヤー装置を用いて、混合粉表面に付着させた。
ジルコン酸チタン酸鉛の焼結体を用意した。さらに、25℃および、−70℃でX線回折により、結晶構造を解析した。その結果、ペロブスカイト構造に相当するピークのみが観察された。またX線回折の結果をリートベルト解析した結果、25℃においては正方晶、−70℃においても正方晶の結晶相であることがわかった。
製造例1および比較用の製造例1の圧電材料を用いて実施例1および比較例1の圧電素子を作製した。
比較用の製造例2の圧電材料を用いて比較例2の圧電素子を作製した。
次に、共振−反共振法により、実施例1、比較例1、比較例2の圧電素子の圧電定数d31、弾性定数Y11、共振周波数を求めた。結果をそれぞれ図15、図16、図17に示す。ここで、実線は実施例1の圧電素子、点線は比較例1の圧電素子、1点鎖線は比較例2の圧電素子の結果である。図15、図16、図17とも、測定は30℃をスタートとし、昇温、降温、30℃まで昇温、という順序で温度を変化させながら測定した結果である。測定は恒温槽内で行い、それぞれの温度で一定時間保持し、温度が安定した後に各温度での圧電定数d31、弾性定数Y11、共振周波数を評価している。図15、図16、図17では、実施例1、比較例1の圧電素子で、温度に対する圧電定数d31、弾性定数Y11、共振周波数の変化が昇温時と降温時で異なっている。この原因は強誘電体が、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度(降温時の相転移温度)と第二の強誘電結晶相から第一の強誘電結晶相への相転移温度(昇温時の相転移温度)とで若干の温度差が生じためである。ここで、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度(降温時の相転移温度)と第二の強誘電結晶相から第一の強誘電結晶相への相転移温度(昇温時の相転移温度)とでは、第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度(降温時の相転移温度)の方が低い。一方、比較例2の圧電素子は、少なくとも−60℃から50℃の範囲には相転移温度Tは存在しないため、温度に対する圧電定数d31、弾性定数Y11、共振周波数の変化が昇温時と降温時で極端にことなることはなく、ほとんどの温度で昇温時と降温時の圧電定数d31、弾性定数Y11、共振周波数はほぼ同じ値を示す。
平均粒径100nmのチタン酸バリウム(堺化学工業製:BT−01)、平均粒径300nmのチタン酸カルシウム(堺化学工業製:CT−03)、平均粒径300nmのジルコン酸カルシウム(堺化学工業製:CZ−03)を表1に示すモル比になるように秤量した。
製造例2から27の圧電材料を用いて実施例2から27の圧電素子を作製した。
純度99.9%の炭酸カリウム(キシダ化学社製)、炭酸ナトリウム(キシダ化学社製)、炭酸リチウム(キシダ化学社製)および酸化ニオブ(高純度化学社製)を化学式(K0.46Na0.46Li0.08)NbO3で表わされる組成となるように秤量した。
製造例28の圧電材料を用いて実施例28の圧電素子を作製した。
実施例1と同じ手順で10.0mm×2.5mm×0.5mmの切断加工まで行い、実施例28の圧電素子とした。
純度99.9%の炭酸カリウム(キシダ化学社製)、炭酸ナトリウム(キシダ化学社製)、炭酸リチウム(キシダ化学社製)および酸化ニオブ(高純度化学社製)を化学式(K0.455Na0.455Li0.09)NbO3で表わされる組成となるように秤量した。
以下、製造例28と同様の手順で焼結までおこない、焼結体を得た。
製造例29の圧電材料を用いて実施例29の圧電素子を作製した。
次に、この圧電素子に実施例28と同じ手順で分極処理を行った。
平均粒径100nmのチタン酸バリウム(堺化学工業製:BT−01)、平均粒径300nmのジルコン酸バリウム(日本化学工業製)をモル比で97.0対3.0対になるように秤量した。
製造例30の圧電材料を用いて実施例30の圧電素子を作製した。
製造例1および比較用の製造例1の圧電材料を用いて図10に示すような実施例31および比較例3の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
次にCMOSセンサを備え、被写体側の前面が光学ローパスフィルタである図10に示す撮像素子ユニットに、前期圧電素子を備えた赤外線カットフィルタを、ポリウレタンフォームからなる密閉部材、ステンレスからなる押圧部材、1つが導電性両面テープ、3つが両面テープである接着部材を用いて、図10に示すようにねじ止めし、実施例31および比較例3の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
比較用の製造例1の圧電材料を用いて図10に示すような比較例4の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
次に実施例31、比較例3、比較例4の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの機械アドミタンスと共振周波数を測定した。測定は温度を任意で可変できる環境箱中に塵埃除去装置を備える撮像ユニットを置き、アジレントテクノロジーズ社製のプレシジョン・インピーダンス・アナライザ4294Aを用いて評価した。測定周波数は105から120kHZの範囲とし、測定は−30℃〜50℃の範囲で25℃→50℃→−30℃→25℃の順に5℃刻みで行った。なお、実施例31、比較例3、比較例4の塵埃除去装置を備える撮像ユニットと共に、左右の圧電素子には同位相の交番電界を印加し、前記周波数範囲においては19次の定在波振動モードを振動板上に形成している状態である。
実施例31と同様の方法で、製造例2から27の圧電材料を用いて図10に示すような実施例32から57の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
圧電素子をシリコンオイル中に設置し、温度が120℃、印加電界が4kV/mm、電圧印加時間が30分で分極処理をしたこと以外は実施例31と同様の方法で、製造例28および29の圧電材料を用いて図10に示すような実施例58から59の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
温度が100℃、印加電界が1kV/mm、電圧印加時間が30分で分極処理をしたこと以外は実施例31と同様の方法で、製造例30の圧電材料を用いて図10に示すような実施例60の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。
次に実施例32から60の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの機械アドミタンスと共振周波数を測定した。その結果、機械アドミタンスと共振周波数は表3で示される値であった。実施例58から60の塵埃除去装置を備える撮像ユニットでは、比較例と比べ共振周波数の変動が小さくて良好な特性を有した。
密閉部材の材質が異なること以外は実施例31と同様の方法で、製造例1の圧電材料を用いて図10に示すような実施例61および実施襟62の塵埃除去装置を備える撮像ユニットを作製した。実施例61の密閉部材はシリコンゴムシート、実施例62の密閉部材はスチレン・ブタジエンゴムシートとした。ここで、動的粘弾性分析(DMA)によって評価したシリコンゴムシートの貯蔵弾性率G’は、−5℃において4MPa、25℃において3MPaであった。また、スチレン・ブタジエンゴムシートの貯蔵弾性率G’は、−5℃において6MPa、25℃において4MPaであった。
次に実施例61および62の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの機械アドミタンスと共振周波数を測定した。測定周波数は105から120kHZの範囲とし、測定は−30℃〜50℃の範囲で25℃→50℃→−30℃→25℃の順に5℃刻みで行った。なお、実施例61および62の塵埃除去装置を備える撮像ユニット共に、左右の圧電素子には同位相の交番電界を印加し、前記周波数範囲においては19次の定在波振動モードを振動板上に形成している状態である。
実施例31および比較例4の塵埃除去装置を備える撮像ユニットの塵埃除去性能を評価した。塵埃除去装置を備える撮像ユニットの振動板表面に塵埃除去率評価用の各種プラスチック製ビーズを散布し、一定時間経過後の振動板上の塵埃除去率を評価した。左右の圧電素子に同位相、30Vp−pの交番電界を印加しながら105から120kHZの周波数範囲を0.5秒間掃引し、次に逆位相、30Vp−pの交番電界を印加しながら100から115kHZの周波数範囲を0.5秒間掃引した。前記周波数範囲においては19次および18次の定在波振動モードを振動板上に順に形成している状態である。評価は振動板表面の温度をそれぞれー30℃、−5℃、25℃、50℃として行った。
ビーズ1:ポリスチレン 粒径10〜100μm
ビーズ2:ポリメタクリル酸メチル 粒径10〜100μm
ビーズ3:シリカ 粒径10〜100μm
ビーズ4:ビーズ1、ビーズ2、ビーズ3混合物
2 マウント部
5 ミラーボックス
6 メインミラー
200 シャッタユニット
300 本体シャーシ
400 撮像ユニット
410 振動板
420 フレキシブルプリント基板
430 圧電素子
431 圧電材料
432 第1の電極
433 第2の電極
434 分極方向
435 電界方向
436 第1の電極面
437 第2の電極面
440 接着部材
450 密閉部材
460 押圧部材
470 塵埃除去装置
500 撮像素子ユニット
501 基体
510 撮像素子保持部材
520 回路基板
530 シールドケース
540 遮光部材
550 光学ローパスフィルタ保持部材
560 光学ローパスフィルタ
570 撮像素子
Claims (17)
- 振動部材と、圧電材料と一対の電極を有する圧電素子と、高分子化合物成分を有する固定部材を備えた塵埃除去装置であって、
前記振動部材に、前記圧電素子及び前記固定部材が設けられており、
前記圧電材料の第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Tが−60℃≦T≦−5℃であり、
前記相転移温度T以上−5℃以下において、
低温ほど前記固定部材の弾性率が大きくなり、かつ前記圧電材料の弾性率が小さくなる温度範囲があることを特徴とする塵埃除去装置。 - 前記固定部材がエラストマーであることを特徴とする請求項1に記載の塵埃除去装置。
- 前記固定部材が発泡樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の塵埃除去装置。
- 前記固定部材が熱可塑性であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電材料の第一の強誘電結晶相が正方晶相であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電材料の第二の強誘電結晶相が斜方晶相であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電材料の鉛の含有量が1000ppm未満であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電材料がチタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックスであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電材料が、下記一般式(1)
一般式(1) (Ba1−xCax)(Ti1−yZry)O3
(0.02≦x≦0.30、0.020≦y≦0.095であり、かつy≦x)
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。 - 前記圧電材料にMnが含有されており、前記Mnの含有量が前記ペロブスカイト型金属酸化物100重量部に対して金属換算で0.02重量部以上0.40重量部以下であることを特徴とする請求項9に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電素子及び前記振動部材が板状であり、前記圧電素子の一方の電極面が前記振動部材の板面に固着され、前記振動部材が前記固定部材を介して基体に固定されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。
- 前記圧電素子を複数有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。
- 前記振動部材が光学材料であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。
- 請求項1乃至13のいずれか1項に記載の塵埃除去装置と撮像素子ユニットとを少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の振動部材と前記撮像素子ユニットの受光面を同一軸上に順に設けたことを特徴とする撮像装置。
- 請求項14に記載の撮像装置を備えた電気機器。
- 振動部材と、圧電材料と一対の電極を有する圧電素子と、高分子化合物成分を有する固定部材を備えた塵埃除去装置であって、
前記振動部材に、前記圧電素子及び前記固定部材が設けられており、
前記圧電材料の第一の強誘電結晶相から第二の強誘電結晶相への相転移温度Tが−60℃≦T≦−5℃であり、
前記相転移温度T以上−5℃以下において、
前記固定部材は熱可塑性を示し、かつ前記相転移温度Tに向かって低温ほど前記圧電材料の弾性率が小さくなる温度範囲があることを特徴とする塵埃除去装置。 - 請求項16に記載の撮像装置を備えた電気機器。
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