JP7205622B2

JP7205622B2 - 振動装置

Info

Publication number: JP7205622B2
Application number: JP2021524177A
Authority: JP
Inventors: 貴英中土井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2040-11-06
Also published as: US12436383B2; JPWO2021210208A1; CN113825570B; US20210325667A1; CN113825570A

Description

本発明は、振動によってカバーガラス上の液滴を除去する振動装置に関する。

従来、光学素子のドーム型防滴カバーに付着する液滴を排除するための液滴排除装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この液滴排除装置では、液滴排除圧電素子がドーム型液滴カバーに接着固定されている。この圧電素子は、防滴カバーに振動を発生させるための加振部材である。一方、防滴カバーは、円環形状に形成されたゴム素材の防滴シールが全周にわたって密着して嵌合配置されている。この防滴シールは、振動吸収性を有している。

特開２０１７－１７０３０３号公報

しかし、上記液滴排除装置では、防滴シールは、ゴム素材であり、防滴カバーと圧電素子とを強固に保持することができない。また、振動吸収性を有しているため、圧電素子の振動を防滴カバーに伝える際に、振動のロスの原因となっていた。

そこで、本発明は、防滴用のカバーガラスと振動体とを強固に保持すると共に、振動のロスを抑制できる振動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る振動装置は、外周縁に面取りされた傾斜面を有するカバーガラスと、
前記カバーガラスと接着剤で接着されていると共に、前記カバーガラスを振動させる振動体と、
前記カバーガラスと接着剤で接着され、且つ、前記振動体と固定されていると共に、前記カバーガラスの前記傾斜面と接して、前記カバーガラスの外周縁で支持するリテーナーと、
を備える。

本発明に係る振動装置によれば、接着剤と機械的な固定とを併用することによって、カバーガラスと振動体とを強固に保持すると共に、振動のロスを抑制できる。

実施の形態１に係る振動装置の断面構成を示す概略断面図である。図１Ａの振動装置の外観を示す概略斜視図である。図１Ａの振動装置の各構成部材を示す分解斜視図である。実施の形態１に係る振動装置を撮像装置に配置した振動装置付き撮像装置の断面構成を示す概略断面図である。実施の形態１に係る振動装置において、リテーナーの有無と締め込みトルクの差異によるカバーガラスの振幅値との関係を示すグラフである。実施の形態１に係る振動装置のカバーガラスと振動体とリテーナーとの端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図５Ａの振動装置の平面図である。実施の形態１の変形例１に係る振動装置のカバーガラスと振動体とリテーナーとの端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図６Ａの振動装置の平面図である。実施の形態１の変形例２に係る振動装置のカバーガラスと振動体とリテーナーとの端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図７Ａの振動装置の平面図である。実施の形態１の変形例３に係る振動装置のカバーガラスと振動体とリテーナーとの端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図８Ａの振動装置の平面図である。実施の形態１の変形例４に係る振動装置のカバーガラスと振動体との端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図９Ａの振動装置の平面図である。実施の形態１の変形例５に係る振動装置のカバーガラスと振動体とリテーナーとの端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図１０Ａの振動装置の端部の部分断面斜視図である。実施の形態１の変形例６に係る振動装置のカバーガラスと振動体とリテーナーとの端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図１１Ａの振動装置の平面図である。

第１の態様に係る振動装置は、外周縁に面取りされた傾斜面を有するカバーガラスと、
前記カバーガラスと接着剤で接着されていると共に、前記カバーガラスを振動させる振動体と、
前記カバーガラスと接着剤で接着され、且つ、前記振動体と固定されていると共に、前記カバーガラスの前記傾斜面と接して、前記カバーガラスの外周縁で支持するリテーナーと、
を備える。

第２の態様に係る振動装置は、上記第１の態様において、前記リテーナーは、前記カバーガラスの前記傾斜面と面接触する傾斜面を有してもよい。

第３の態様に係る振動装置は、上記第１又は第２の態様において、前記カバーガラスは、外周縁に水平面に対して５度から８５度の面取りされた傾斜面を有してもよい。

上記構成によれば、カバーガラスを斜め方向から押さえつけ、より強固に保持することができる。また、カバーガラスの位置を振動体の中央に精度良く位置決めできる。

第４の態様に係る振動装置は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記リテーナーは、前記振動体の一部であってもよい。

第５の態様に係る振動装置は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記リテーナーと前記振動体とはねじ切りされており、互いに嵌合されて、前記リテーナーと前記振動体との間に前記カバーガラスを挟み込んで固定していてもよい。

上記構成により、カバーガラスを振動体とリテーナーで挟み込むことにより、振動体とカバーガラスが強固に保持され、振動体の振動をロスなくガラスに伝えることが可能となる。

第６の態様に係る振動装置は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記リテーナーは、前記振動体とネジ止め固定されていてもよい。

第７の態様に係る振動装置は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記リテーナーは、前記振動体の底面外周縁とスナップフィット接合で固定されていてもよい。

第８の態様に係る振動装置は、上記第１から第７のいずれかの態様において、前記カバーガラスは、強化ガラスからなっていてもよい。

上記構成によれば、カバーガラスが硬いほど、振動伝搬のロスが少ないという効果が得られる。また、飛び石等による割れの耐性が上がる。

第９の態様に係る振動装置付き撮像装置は、光学素子を含む撮像装置と、
上記第１から第８のいずれかの態様に係る振動装置と、
を備え、
前記撮像装置の前記光学素子の前面を前記振動装置の前記カバーガラスで覆うように配置している。

以下、実施の形態に係る振動装置について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１Ａは、実施の形態１に係る振動装置１０の断面構成を示す概略断面図である。図１Ｂは、図１Ａの振動装置１０の外観を示す概略斜視図である。図２は、図１Ａの振動装置１０の各構成部材を示す分解斜視図である。図３は、実施の形態１に係る振動装置１０を撮像装置３０に配置した振動装置付き撮像装置の断面構成を示す概略断面図である。
実施の形態１に係る振動装置１０は、カバーガラス１１と、カバーガラス１１を振動させる振動体１２と、カバーガラス１１の外周縁で支持するリテーナー１３と、を備える。カバーガラス１１は、外周縁に面取りされた傾斜面１を有する。振動体１２は、カバーガラス１１と接着剤１６で接着されている。リテーナー１３は、カバーガラス１１と接着剤１６で接着され、且つ、振動体１２と固定されていると共に、カバーガラス１１の傾斜面１と接して、カバーガラス１１の外周縁で支持する。
なお、この振動装置１０は、例えば、図３に示すように、撮像装置３０の光学素子の前面を振動装置１０のカバーガラス１１で覆うように配置することで、振動装置付き撮像装置を構成できる。撮像装置３０は、例えば、内部に光学素子、撮像素子、センサ部品等を内蔵すると共に、それらを収納するケース部品を含む。

実施の形態１に係る振動装置１０によれば、カバーガラス１１と振動体１２との固定において、接着剤１６と機械的な固定とを併用することによって、カバーガラス１１と振動体１２とを強固に保持すると共に、振動のロスを抑制できる。

以下に、この振動装置１０を構成する各部材について説明する。

＜カバーガラス＞
カバーガラス１１の外周縁には４５度の面取りがされた傾斜面１を有する。カバーガラス１１の材料は、例えば、ソーダガラスやホウケイサンガラス、アルミノシリケートガラスなどである。また、カバーガラス１１は、化学強化等で強度を上げた強化ガラスであってもよい。カバーガラス１１の表面には必要に応じて、ＡＲコート・撥水コート・耐衝撃コートがコーティングされていてもよい。面取りされた傾斜面１は、外周に向かって傾斜するように設けられている。傾斜面１の面取り角度は、例えば４５度であるが、これに限られず、水平面に対して５度から８５度の範囲内でもよい。
また、カバーガラス１１は、図１Ｂに示すように、平面形状が円形であるが、これに限られない。例えば四角形、六角形、八角形等の多角形形状、楕円形状であってもよい。

＜振動体＞
振動体１２にはおねじ１７ａのネジ切り加工がされている。振動体１２の材料は、例えば、ステンレス、アルミニウム、鉄、チタン、ジュラルミン等の金属である。また、振動体１２は、振動のロスを減らすため、なるべく剛性が高い方が望ましい。振動体１２の表面には、接着剤１６の密着性を上げるために、酸化処理やアルマイト処理がすることが望ましい。
なお、振動体１２は、圧電体１４によって振動を受ける。

＜リテーナー＞
リテーナー１３にはめねじ１７ｂのネジ切り加工がされている。めねじ１７ｂは、振動体１２とのおねじ１７ａと嵌合する設計となっており、リテーナー１３を回転させることにより、締めこまれていく。リテーナー１３の材料は、例えば、ステンレス、アルミニウム、鉄、チタン、ジュラルミン等の金属だけでなく、プラスチックであってもよい。また、リテーナー１３の表面状態は、振動体１２と同様である。ただし、リテーナー１３は、必ずネジ切りがされている必要は無く、振動体１２と強固に固定することが可能であれば、嵌め殺しやレーザー溶着などの色々な構造が考えられる。
リテーナー１３の内部には４５度の面取り加工がされた傾斜面３を有し、カバーガラス１１の面取りされた傾斜面１と接して斜めから押さえ込む構造となっている。リテーナー１３の傾斜面３をカバーガラス１１の傾斜面１と対向させて接するように配置することによって、カバーガラス１１を安定して支持できる。ただし、傾斜面３の角度は４５度である必要は無く、カバーガラス１１の傾斜面１の面取り角度と同じであればよい。傾斜面３の角度をカバーガラス１１の傾斜面１の角度と合わせることによって、リテーナー１３の傾斜面３をカバーガラス１１の傾斜面１と面接触させることができ、より安定して支持できる。

なお、リテーナー１３と振動体１２とのねじ切りを合わせて、リテーナー１３を回転させていくことで、リテーナー１３の傾斜面３がカバーガラス１の傾斜面１を上から押し込んでいく。これにより、カバーガラス１１は、上から下への力を受けると共に、外周から中心に向かう力を受け、機械的に安定して固定されると共に、中心へ位置合わせされる。
リテーナー１３の外周の形状は、図１Ｂに示すように、円形であるが、これに限られない。例えば、カバーガラス１１の平面形状に対応する形状であればよく、多角形形状、楕円形状やねじ回し用の切込みを入れた形状でもよい。

また、リテーナー１３にカバーガラス１１よりも比重が大きい材料を使った場合、重心位置をカバーガラス１１の外周より外側にすることが可能であり、それによってカバーガラス１１の振幅領域を大きくするなどの調整をすることが可能である。

＜接着剤＞
接着剤１６は、カバーガラス１１・リテーナー１３・振動体１２の間すべてに塗られている。接着剤１６の材料はエポキシ樹脂等の硬い材料である。振動のロスを減らすため、ヤング率が高い方が望ましい。

＜圧電体＞
圧電体１４は、接着剤１６によって振動体１２に固定されている。圧電体１４の材料は、例えばセラミックスである。
圧電体１４の下部の電極に電位を与えるため、配線１５が圧電体１４に接着剤１６によって固定されている。配線１５の材料は、例えば、ステンレスや銅など導電性の高い金属である。配線１５は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）上に形成された配線であってもよい。ＦＰＣは、広く世の中で使われている技術であり、代表的なものとして、ポリイミド基板上に銅箔で配線形成されたようなものがある。
圧電体１４は、超音波振動しているため、ステンレスや銅などの配線を直接貼り付けると振動のロスを発生することがある。一方、ＦＰＣは、柔軟性があるため、振動を阻害されることなく圧電体１４に電位を与えることができる。
なお、振動変位時に、圧電体１４へ加わる応力を、周辺の部品によって低減する構成としてもよい。これにより、圧電体１４への入力電圧に対して、カバーガラス１１の変位が線形に増加し、良好な異物除去性能が得られる。

＜従来の振動装置と実施の形態１に係る振動装置との対比＞
従来は振動装置の構成において、カバーガラスと振動体とを接着剤のみを使って接合していた。しかし、接着剤のみの固定ではこのカバーガラスと振動体との２部品の一体化が十分でなく、振動体からカバーガラスへの振動の伝搬にロスが生じるという課題があった。
図５Ａは、実施の形態１に係る振動装置１０のカバーガラス１１と振動体１２とリテーナー１３との端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図５Ｂは、図５Ａの振動装置１０の平面図である。
実施の形態１に係る振動装置１０は、図１Ａ及び図５Ａに示すように、カバーガラス１１と振動体１２とは接着剤１６を介して接着している。また、振動体１２とリテーナー１３とは、接着剤１６を介して接着すると共に、機械的に固定している。具体的には、ねじ切りされた振動体１２とリテーナー１３とを互いに嵌合させることで機械的に固定される。なお、機械的な固定はねじ切りに限られない。さらに、リテーナー１３とカバーガラス１１とは、接着剤で接着すると共に、カバーガラス１１の傾斜面１とリテーナー１３の傾斜面３とが互いに接して、リテーナー１３によってカバーガラス１１の外周縁で支持している。
この振動装置１１０は、例えば、以下の製造方法によって得られる。まず、カバーガラス１１と振動体１２との間に接着剤１６を充填する。次いで、上記接着剤１６が硬化する前に、振動体１２と接着剤で固定されると共に、機械的に固定されたリテーナー１３を、カバーガラス１１の外周縁の傾斜面１とリテーナー１３の傾斜面３とが対向して接するように締め込んでいく。その後、接着剤１６を硬化させる。これによって、上記構造の振動装置が得られる。
この振動装置１０によれば、図１Ａ及び図５Ａ及び図５Ｂに示すように、カバーガラス１１は、リテーナー１３によって振動体１２に強く押さえ込まれるため、カバーガラス１１と振動体１２との一体化が十分となり、振動伝搬のロスを低減することが可能となった。

図４は、実施の形態１に係る振動装置において、リテーナー１３の有無とリテーナーの締め付けトルクを変えて試作をした場合のカバーガラス１１の振幅値を示す結果を示すグラフである。まず、リテーナーが無いと十分な振幅値が出なかった。また、締め付けトルクが高いほど、カバーガラスの振幅値が高いことがわかる。つまり、締め付けトルクが高いほどカバーガラスと振動体とが強固に保持され、振動伝搬のロスが減ったと言うことができる。

なお、接着剤１６は、カバーガラス１１と振動体１２との間の他、リテーナー１３とカバーガラス１１との間や、リテーナー１３と振動体１２とのネジ切り部１７ａ、１７ｂにも充填されており、ネジ切り１７ａ、１７ｂの緩み止めとしての役割も持っている。また、接着剤１６の機能として、従来は２つの部品を接着させるという役割のみだったのに対し、実施の形態１では２つの部品間の凹凸を吸収して２つの部品を一体化させるというという役割も含むように変化したことが特徴である。

（変形例１）
図６Ａは、実施の形態１の変形例１に係る振動装置１０ａのカバーガラス１１と振動体１２とリテーナー１３との端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図６Ｂは、図６Ａの振動装置１０ａの平面図である。
変形例１に係る振動装置１０ａは、実施の形態１に係る振動装置と対比すると、振動体１２とリテーナー１３との機械的な固定をねじ切りに代えて、振動体１２とリテーナー１３とをネジ１８で機械的に固定している点で相違する。この場合に、リテーナー１３の上面から振動体１２に向かってネジ孔を設けている。また、ネジ孔の数は、図６Ｂに示すように、例えば、４つであるが、これに限られない。ネジ孔は２以上であればよく、回転対称に設けてもよい。これによって、振動体１２とリテーナー１３とのそれぞれにねじ切りを行うよりも簡易且つ安価に機械的に固定できる。

（変形例２）
図７Ａは、実施の形態１の変形例２に係る振動装置１０ｂのカバーガラス１１と振動体１２とリテーナー１３との端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図７Ｂは、図７Ａの振動装置１０ｂの平面図である。
変形例２に係る振動装置１０ｂは、実施の形態１に係る振動装置と対比すると、変形例１と同様にねじ切りに代えて、振動体１２とリテーナー１３とをネジ１８で機械的に固定している点で相違する。また、変形例１との対比では、リテーナー１３の側面から振動体１２に向かってネジ孔を設けている点で相違する。また、ネジ孔の数は、図７Ｂに示すように、例えば、４つであるが、これに限られない。ネジ孔は２以上であればよく、回転対称に設けてもよい。これによって、振動体１２とリテーナー１３とのそれぞれにねじ切りを行うよりも簡易且つ安価に機械的に固定できる。

（変形例３）
図８Ａは、実施の形態１の変形例３に係る振動装置１０ｃのカバーガラス１１と振動体１２とリテーナー１３との端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図８Ｂは、図８Ａの振動装置１０ｃの平面図である。
変形例３に係る振動装置１０ｃは、実施の形態１に係る振動装置と対比すると、振動体１２とリテーナー１３との機械的な固定をねじ切りに代えて、リテーナー１３のスナップフィット部２１によって振動体１２との機械的固定を実現している点で相違する。これによって、振動体１２とリテーナー１３とのそれぞれにねじ切りを行うよりも簡易且つ安価に機械的に固定できる。

（変形例４）
図９Ａは、実施の形態１の変形例４に係る振動装置１０ｄのカバーガラス１１と振動体１２との端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図９Ｂは、図９Ａの振動装置１０ｄの平面図である。
変形例４に係る振動装置１０ｄは、実施の形態１に係る振動装置と対比すると、振動体１２とリテーナーとを一体的に構成している点で相違する。具体的には、振動体１２の上部にカバーガラス１１の外周縁の傾斜面１と対応する傾斜面３を有するリテーナー部２３を設けている。リテーナー部２３は、例えば、振動体１２の上部を折り曲げて構成したカシメ構造によってカバーガラス１１を押さえて支持してもよい。上記カシメ構造は、例えば、熱カシメやローリングカシメ等の工法によって構成できる。なお、このリテーナー部２３は、変形例３のリテーナーと同様にスナップフィットとして構成してもよい。これによって、機械的な固定を維持しながら部品点数を減らすことができる。

（変形例５）
図１０Ａは、実施の形態１の変形例５に係る振動装置１０ｅのカバーガラス１１と振動体１２とリテーナー１３との端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図１０Ｂは、図１０Ａの振動装置１０ｅの端部の部分断面斜視図である。
変形例５に係る振動装置１０ｅは、実施の形態１に係る振動装置と対比すると、カバーガラス１１がリテーナー１３よりも突出している点で相違する。これによって、カバーガラス１１の表面に付着した水滴が外周縁からリテーナー１３に向かってスムーズに流れるため、水滴による視野阻害が発生しにくくなる。

（変形例６）
図１１Ａは、実施の形態１の変形例６に係る振動装置１０ｆのカバーガラス１１と振動体１２とリテーナー１３との端部における断面構造を示す概略部分断面図である。図１１Ｂは、図１１Ａの振動装置１０ｆの平面図である。
変形例６に係る振動装置１０ｆは、実施の形態１に係る振動装置と対比すると、リテーナー１３がカバーガラス１１よりも突出している点で相違する。これによって、カバーガラス１１がリテーナー１３よりも奥まっているので、物体がカバーガラス１１に当たりづらく、カバーガラス１１が傷つくリスクが低下する。

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。

本発明に係る振動装置によれば、カバーガラスと振動体との固定において、接着剤と機械的な固定とを併用することによって、カバーガラスと振動体とを強固に保持すると共に、振動のロスを抑制できる。この振動装置を撮像装置に取り付けることによって水滴の除去を効率的に行うことができる。

１傾斜面
３傾斜面
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ振動装置
１１カバーガラス
１２振動体
１３リテーナー
１４圧電体
１５配線
１６接着剤
１７ａねじ切り部（おねじ）
１７ｂねじ切り部（めねじ）
１８ネジ
２１スナップフィット部
２３リテーナー部
２４ガラス突出部
２５リテーナー突出部
３０撮像装置

Claims

外周縁に面取りされた傾斜面を有するカバーガラスと、
前記カバーガラスと接着剤で接着されていると共に、前記カバーガラスを振動させる振動体と、
前記カバーガラスと接着剤で接着され、且つ、前記振動体と固定されていると共に、前記カバーガラスの前記傾斜面と接して、前記カバーガラスの外周縁で支持するリテーナーと、
を備える、振動装置。
前記リテーナーは、前記カバーガラスの前記傾斜面と面接触する傾斜面を有する、請求項１に記載の振動装置。
前記カバーガラスは、外周縁に水平面に対して５度から８５度の面取りされた傾斜面を有する、請求項１又は２に記載の振動装置。
前記リテーナーは、前記振動体の一部である、請求項１から３のいずれか一項に記載の振動装置。
前記リテーナーと前記振動体とはねじ切りされており、互いに嵌合されて、前記リテーナーと前記振動体との間に前記カバーガラスを挟み込んで固定している、請求項１から３のいずれか一項に記載の振動装置。
前記リテーナーは、前記振動体とネジ止め固定されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の振動装置。
前記リテーナーは、前記振動体の底面外周縁とスナップフィット接合で固定されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の振動装置。
前記カバーガラスは、強化ガラスからなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の振動装置。
光学素子を含む撮像装置と、
請求項１から８のいずれか一項に記載の振動装置と、
を備え、
前記撮像装置の前記光学素子の前面を前記振動装置の前記カバーガラスで覆うように配置した、振動装置付き撮像装置。