JP7305362B2 - 塵埃除去用振動装置および撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は塵埃除去用振動装置およびそれを備えた撮像装置に関する。本発明は特に、デジタルカメラなどの撮像装置やスキャナなどの画像読み取り装置に組み込まれる光学部品の表面に付着した塵埃等の異物を、振動により除去する塵埃除去用振動装置およびそれを備えた撮像装置に関する。
画像信号を電気信号に変換して撮像するデジタルカメラ等の撮像装置では、撮影光束をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子で受光する。そして、撮像素子から出力される光電変換信号を画像データに変換して、メモリカード等の記録媒体に記録する。このような撮像装置では、撮像素子の前方（被写体側）に、カバーガラスや、光学ローパスフィルタや赤外線吸収フィルタ等が配置されて撮像ユニットが構成される。
この種の撮像装置において、撮像ユニットのカバーガラスやフィルタの表面に塵埃等の異物が付着すると、その異物によって入射光束が遮られて、撮影画像に黒い点となって写り込むことがある。特に、デジタル一眼レフカメラでは、撮像ユニットの近傍に配置されているシャッターやクイックリターンミラー等の機械的に動作する部材の作動時に発生する塵埃により、撮像ユニットのカバーガラスやフィルタの表面に塵埃が付着することがある。また、レンズ交換時に、レンズマウントの開口から塵埃等の異物がカメラ本体内に入り込み、これがカバーガラスやフィルタの表面に付着することもある。そこで、カバーガラスやフィルタに圧電素子を設けて厚さ方向に弾性振動（以下 面外振動：Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎと呼ぶ）する振動板として機能させるようにすれば、表面に付着した塵埃を除去する塵埃除去装置として構成することができる。そのような塵埃除去装置およびそれを備えた撮像装置及び画像読み取り装置が特許文献１および特許文献２に開示されている。
特許文献１は、光学部品（ローパスフィルタや赤外吸収フィルタ）に圧電素子を設け、光学部品の厚さ方向に曲げ振動波を発生させることで、表面に付着した塵埃を振動によって除去する装置を開示している。これらの圧電素子には、圧電材料として代表的な圧電セラミックスであるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられることが多い。しかし、ＰＺＴの主成分として含まれる鉛は環境への悪影響が懸念されるため、鉛を含まない圧電材料を用いることが望ましい。特許文献２には、そのような要請に応えるべく、ＢＺＴ－ＢＣＴ（チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム）などの非鉛圧電材料が開示されている。
特許第４７２４５８４号公報 特開２００９－２１５１１１号公報
ＢＺＴ－ＢＣＴやＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）等の非鉛型圧電材料は、使用温度範囲（－３０℃から５０℃）に相転移温度を有するものが多く、使用する温度によって圧電材料の特性が急激に変わることが知られている。圧電特性の違いは、塵埃除去装置を駆動した際の振動板の振動振幅の違いになるため、使用温度によらずに安定した塵埃除去性能を得ることは難しかった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、優れた塵埃除去性能を有し、かつ使用温度によらずに安定した塵埃除去性能が得られる振動装置、そのような振動装置を備えた塵埃除去装置、及びそのような振動装置の振動部材を撮像素子ユニットの受光面側に設けた撮像装置を提供しようとするものである。
本発明によれば、それぞれが非鉛型の圧電材料と電極とから少なくともなるｎ個（ｎ≧２）の圧電素子を振動板上に備えた振動部材を有する振動装置であって、
前記ｎ個の圧電素子の各圧電材料の圧電定数がそれぞれ最大となる温度をＴｍ（ｍは１からｎまでの自然数）とするとき、Ｔ１～Ｔｎのうちの少なくとも２つが互いに異なることを特徴とする振動装置が提供される。
本発明によれば、当該振動装置を使用する環境温度によらずに、安定した塵埃除去性能が得られる。
本発明の振動装置に用いる振動部材を構成する圧電素子と振動板の位置関係の一例を示す斜視図である。 本発明の撮像装置に用いる塵埃除去用振動装置を備えた撮像ユニットの一例を示す斜視図である。 本発明の振動装置に用いる圧電素子の構成の一例を示す図である。 本発明の撮像装置に用いる塵埃除去用振動装置を備えた撮像ユニットの構成の一例を示す分解斜視図である。 図２に示す撮像ユニットのＸ－Ｘ断面を示す部分断面図である。 本発明の振動装置の圧電素子を駆動する電気的構成の一例を示す図である。 本発明の撮像装置の一例であるデジタル一眼レフカメラの構成を示す図である。 本発明の圧電素子に用いる圧電材料の圧電定数と圧電素子の使用温度との関係を示す図である。 本発明の振動装置の塵埃除去率と使用温度との関係を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係る振動装置は、それぞれが非鉛型の圧電材料と電極とから少なくともなるｎ個（ｎ≧２）の圧電素子を振動板上に備えた振動部材を有する振動装置であって、前記ｎ個の圧電素子の各圧電材料の圧電定数がそれぞれ最大となる温度をＴｍ（ｍは１からｎまでの自然数）とするとき、Ｔ１～Ｔｎのうちの少なくとも２つが互いに異なることを特徴とする。
Ｔ１～Ｔｎのうちの最大値と最小値の差分が１０℃以上１００℃以下であることが好ましく、Ｔ１～Ｔｎの最大値が６０℃以下であり最小値が－４０℃以上であることが好ましい。
前記ｎ個の圧電素子は、振動板の表裏どちら側の面に配置されていてもよい。圧電素子の設置の作業性からすると、振動板の同じ側の面に配置されていることが好ましい。また、互いに離間して配置されていれば、圧電素子同士は必ずしも平行に配向されていなくてもよい。
本発明に係る塵埃除去装置は、本発明に係る振動装置を備えたことを特徴とする。本発明に係る塵埃除去装置は、デジタル一眼レフカメラ等の撮像装置に組み込んで使用される。また、本発明に係る撮像装置は、本発明に係る振動装置の振動部材を撮像素子ユニットの受光面側に備えたことを特徴とする。
（振動装置）
本発明の振動装置は、２個以上の圧電素子を振動板の表面に備えた振動部材を有する。図１は、振動板の表面に圧電素子を２個備えた振動部材の例を示す。２個の圧電素子４３０（４３０ａ、４３０ｂ）は、矩形状の振動板４１０の同じ側（紙面の手前側）の面の左右両短辺に沿って配置されている。この振動板４１０は赤外線カットフィルタの機能を有しており、保持部材４６０（振動板の両短辺に沿った左右の腕部４６０ｄと振動板の両長辺に沿った上下の梁部４６０ｅからなる枠状部材）に保持されている。そして、圧電素子４３０を備え保持部材４６０に保持された振動板４１０は、図４に示すように、振動部材（振動ユニット）４７０として撮像素子ユニット５００の前面（被写体側）に固定され、撮像素子ユニットとともに図２に示す撮像ユニット４００を構成する。保持部材４６０の左右の腕部のそれぞれに開けられた位置決め穴４６０ａと逃げ穴４６０ｂは、撮像素子ユニット５００に固定するためのものである。
本発明の振動装置は、上記振動部材（振動ユニット）に、それを駆動するための機構（制御回路や電源など）を設けて、振動板が振動するように構成したものである。振動板４１０の表面に固定された圧電素子４３０に対し振動板の表面と垂直な方向に電圧を印加すると、印加電圧の向きに応じて圧電素子は振動板と平行な方向に伸縮する。圧電素子が伸長すると表面に圧電素子が固定された振動板は圧電素子側が凸になるように曲がり、圧電素子が収縮すると表面に圧電素子が固定された振動板は振動板側が凸になるように曲がる。従って、圧電素子に交番電圧を印加すると、表面に圧電素子が固定された振動板はその表面に垂直な方向に振動する。特に、振動板の固有振動数に近い周波数の交番電圧を印加すると、共振効果により振動が増幅されるため、小さな電圧でも大きな振幅で振動板を振動させることができる。
（圧電素子）
本発明の振動部材が備える複数（ｎ個）の圧電素子は、それぞれ、非鉛型の圧電材料とその圧電材料に電圧を印加する電極とから少なくともなる。図３は、そのような圧電素子４３０の構成を示す概略三面図（左から順に正面図、右側面図、背面図）である。図３において、圧電素子４３０は、細長い板状の圧電材料４３１と、その背面および正面をそれぞれ被覆するように設けられた薄膜状の第１の電極４３２および第２の電極４３３とからなっている。背面側に設けられた第１の電極４３２は、その端が正面側にまわりこんでおり、これにより圧電素子４３０の背面側を振動板の表面に接着したとき、第１および第２の電極の双方に対し正面側から電圧を印加することができるようになっている。
本発明の圧電素子４３０には非鉛型の圧電材料４３１を用いる。非鉛型の圧電材料とは、圧電素子４３０の総重量に対する鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であることを意味する。従来の圧電素子において、圧電材料はそのほとんどがチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料である。このため、例えば圧電素子が廃却され酸性雨を浴びたり過酷な環境に放置されたりした際、圧電材料中の鉛成分が土壌に溶け出して生態系に害を成す可能性が指摘されている。しかし、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であれば、たとえ圧電素子４３０が廃却され酸性雨を浴びたり過酷な環境に放置されたりしても、圧電材料４３１中の鉛成分が環境に悪影響を及ぼす可能性は低い。
さらに、本発明の非鉛型の圧電材料４３１はチタン酸バリウム系材料からなることが好ましい。チタン酸バリウム系材料とは、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を主成分とするペロブスカイト型金属酸化物である。非鉛型の圧電材料の中で、チタン酸バリウムを主成分とする圧電材料は圧電定数ｄ３１の絶対値が大きい。従って、同じ歪量を得るために必要な印加電圧を小さくすることができる。
本発明において、ペロブスカイト型金属酸化物とは、岩波理化学辞典第５版（岩波書店１９９８年２月２０日発行）に記載されているような、理想的には立方晶構造であるペロブスカイト構造（ペロフスカイト構造とも言う）を持つ金属酸化物を指す。ペロブスカイト構造を持つ金属酸化物は一般にＡＢＯ３の化学式で表現される。ペロブスカイト型金属酸化物において、元素Ａ、Ｂは各々イオンの形でＡサイト、Ｂサイトと呼ばれる単位格子の特定の位置を占める。例えば、立方晶系の単位格子であれば、Ａ元素は立方体の頂点、Ｂ元素は体心に位置する。Ｏ元素は酸素の陰イオンとして立方体の面心位置を占める。
本発明の圧電材料４３１は下記一般式（１）
一般式（１） （Ｂａ１－ｘＣａｘ）ａ（Ｔｉ１－ｙＺｒｙ）Ｏ３
（１．００≦ａ≦１．０２、０．０２≦ｘ≦０．３０、０．０２０≦ｙ≦０．０９５）
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重量部以下であることが好ましい。
上記一般式（１）で表わされる金属酸化物は、Ａサイトに位置する金属元素がＢａとＣａ、Ｂサイトに位置する金属元素がＴｉ、Ｚｒであることを意味する。ただし、一部のＢａとＣａがＢサイトに位置してもよい。同様に、一部のＴｉとＺｒがＡサイトに位置してもよい。
一般式（１）において、Ｂサイトの元素とＯ元素のモル比は１対３であるが、モル比が若干ずれた場合（例えば、１．００対２．９４～１．００対３．０６）でも、金属酸化物がペロブスカイト構造を主相としていれば、ペロブスカイト型金属酸化物であると言える。金属酸化物がペロブスカイト構造であることは、例えば、Ｘ線回折や電子線回折による構造解析から判断することができる。
一般式（１）において、ＡサイトにおけるＣａのモル比を示すｘは、０．０２≦ｘ≦０．３０の範囲であることが好ましい。ｘが０．０２より小さいと誘電損失（ｔａｎδ）が増加する恐れがある。誘電損失が増えると、圧電素子に電圧を印加して駆動させた際に発生する発熱が増え、駆動効率が低下する惧れがある。一方で、ｘが０．３０より大きいと圧電特性が充分でなくなる惧れがある。
一般式（１）において、ＢサイトにおけるＺｒのモル比を示すｙは、０．０２０≦ｙ≦０．０９５の範囲であることが好ましい。ｙが０．０２０より小さいと、圧電特性が充分でなくなる惧れがある。一方で、ｙが０．０９５より大きいとキュリー温度（Ｔｃ）が８５℃未満と低くなり、高温において圧電特性が消失する惧れがある。
また、一般式（１）において、ＡサイトにおけるＢａとＣａの合計モル量とＢサイトにおけるＴｉとＺｒの合計モル量との比を示すａは、１．００≦ａ≦１．０２の範囲であることが好ましい。ａが１．００より小さいと異常粒成長が生じ易くなり、圧電材料４３１の機械的強度が低下する惧れがある。一方で、ａが１．０２より大きくなると粒成長に必要な温度が高くなり過ぎ、一般的な焼成炉では密度が充分に大きくならなかったり、圧電材料４３１内にポアや欠陥が多数存在してしまったりする惧れがある。
本発明の圧電材料４３１の組成を測定する手段は特に限定されない。蛍光Ｘ線分析、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などが挙げられる。いずれの手段を用いても、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。
本発明の圧電材料４３１は、前記一般式（１）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重量部以下であることが好ましい。
このような範囲のＭｎを含有すると、絶縁性や機械的品質係数Ｑｍが向上する。
ここで、機械的品質係数Ｑｍとは、圧電素子を振動子として評価した際に、振動による弾性損失を表す係数であり、機械的品質係数の大きさは、インピーダンス測定における共振曲線の鋭さとして観察される。つまり圧電素子の共振の鋭さを表す定数である。機械的品質係数Ｑｍが大きいと、共振周波数付近で圧電素子の歪量がより大きくなり、効果的に圧電素子４３０を振動させることができる。
ここで、Ｍｎの含有量を示す際の「金属換算」とは、圧電材料４３１から蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などにより測定されたＢａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎの各金属の含有量から、一般式（１）で表わされる金属酸化物を構成する元素を酸化物換算し、その総重量を１００としたときに対するＭｎの重量との比によって求められた値を表す。
Ｍｎの含有量が０．０２重量部未満であると、圧電素子４３０の駆動に必要な分極処理の効果が充分でなくなる惧れがある。一方、Ｍｎの含有量が０．４０重量部より大きくなると、圧電特性が充分でなくなる惧れがあり、また、圧電特性に寄与しない六方晶構造の結晶が発現するので好ましくない。
ここで、ＭｎはＢサイトに固溶することが好ましい。Ｂサイトに固溶された場合、ＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量とＢサイトにおけるＴｉ、ＺｒおよびＭｎのモル量の比をＡ／Ｂとすると、好ましいＡ／Ｂの範囲は０．９９３≦Ａ／Ｂ≦０．９９８である。Ａ／Ｂがこれらの範囲にある圧電素子４３０は、圧電素子４３０の長さ方向に伸縮振動が大きく、また、機械的品質係数が高いため、振動性能に優れ、かつ、耐久性に優れた圧電素子４３０を得ることができる。
また、前記圧電材料４３１は、一般式（１）に示す金属酸化物１００重量部に対して、Ｂｉを金属換算で０．０４２重量部以上０．８５０重量部以下含有してもよい。前記金属酸化物に対するＢｉの含有量は、例えばＩＣＰ－ＭＳ組成分析によって測定可能である。Ｂｉはセラミックス状の圧電材料の粒界にあっても良いし、（Ｂａ，Ｃａ）（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３のペロブスカイト型構造中に固溶していても良い。Ｂｉが粒界に存在すると、粒子間の摩擦が低減され機械的品質係数が増加する。他方、Ｂｉがペロブスカイト構造を形成する固溶体に取り込まれると、相転移温度が低温化することから圧電定数の温度依存性が小さくなり、機械的品質係数がさらに向上する。Ｂｉが固溶体に取り込まれた時の位置が、Ａサイトである前記Ｍｎとの電荷バランスが良くなるため好ましい。
圧電材料４３１は、第一の結晶相から第二の結晶相への相転移温度が塵埃除去装置の使用温度付近にあり、相転移温度付近で圧電定数ｄ３１の絶対値が最大値を示す圧電材料であることが好ましい。
また、前記の圧電材料４３１の第一の結晶相と第二の結晶相は、いずれも強誘電結晶相であり、強誘電結晶相から別の強誘電結晶相へ相転移する温度を有することが好ましい。ここで、強誘電結晶相とは、強誘電性を有し、かつ、７種類の晶系のうち、三斜晶（ｔｒｉｃｌｉｎｉｃ）、単斜晶（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）、斜方晶（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）、六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａｌ）、三方晶（ｔｒｉｇｏｎａｌ）もしくは菱面体晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）、正方晶（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ）のいずれかに属する結晶相のことを指す。
（圧電素子の製造方法）
次に、本発明の圧電素子に用いる圧電材料４３１の製造方法について説明する。まず、圧電材料の圧電定数ｄ３１の絶対値が最大を示す温度（温度Ｔ）を調整するために、上述の範囲でＢａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎのモル量を変えた原料粉を調合する。所望の組成に原料粉を秤量し、必要に応じて分散剤、バインダー、可塑剤等と水もしくは有機溶媒を加えて混合し、高密度の焼結体にするのに必要な圧力でプレス成形して成形体を作製する。ここでプレス成形のみで必要な圧力が得られない場合はＣＩＰ（冷間等方圧プレス：Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）などにより所望の圧力を加えても良い。また、プレス成形せずに最初からＣＩＰ等で成形体インゴットを作製しても良い。あるいは、スラリーの状態で、ドクターブレード法やダイコート法などの手法によりフィルムなどの支持体上に所定の厚みに塗工し、乾燥させてグリーンシート成形体を作製してもよい。
次に、成形体を焼成してセラミックス焼結体状の圧電材料４３１を作製する。ここでセラミックスとは、基本成分が金属酸化物であり、熱処理によって焼き固められた結晶粒子の凝集体（バルク体とも言う）、いわゆる多結晶を表す。また、焼結後に加工されたものも含まれる。
焼成条件は所望の圧電材料に最適な方法を選択すればよく、出来るだけ密度は高く、均一な大きさの粒成長をさせることが好ましい。なお、必要であれば成形体を所望の素子形状に加工してから焼成しても構わない。
上記の方法で作製したセラミックス焼結体状の圧電材料４３１を、所望の寸法に研削加工して、略直方体の圧電材料４３１を作製する。ここで、略直方体とは、全ての面が長方形からなる六面体に限定されず、基本的に６つの面で構成されたものであり、好ましくは板状である。角の欠けた形状や、角に丸みを持たせた形状であっても良い。そして、図３に示すように、金属ペーストの焼き付け、スパッタ、蒸着法などにより、研削加工した圧電材料に第１の電極４３２および第２の電極４３３を形成する。
第１の電極４３２および第２の電極４３３は、厚み５ｎｍから２０００ｎｍ程度の導電層よりなる。その材料は特に限定されず、圧電素子４３０に通常用いられているものであればよい。例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属およびこれらの化合物からなる電極材料を挙げることができる。
第１の電極４３２および第２の電極４３３は、これらのうちの１種からなるものであっても、あるいはこれらの２種以上を積層してなるものであってもよい。また、第１の電極４３２および第２の電極４３３が、それぞれ異なる材料であっても良い。
なお、電極形状は図３に示した形状に限ったものでなく、撮像素子３３（図４参照）の光電変換面の有効領域の大きさ、振動板４１０の部材や寸法、圧電素子４３０と撮像素子３３の位置関係などを考慮して最適な電極形状を選択すればよい。
上に述べたように、圧電素子４３０に第２の電極面からのみ交番電圧を供給することができるように、第１の電極４３２が第２の電極面の一部にあっても良い。この場合、まず、圧電素子４３０の第１の電極面に第１の電極４３２を、第２の電極面に第２の電極４３３と電気的に独立した第１の電極４３２を形成する。次に、第１の電極面に設けた第１の電極４３２と、第２の電極面に設けた第１の電極４３２とを電気的に接続する。電気的に接続する方法は特に限定されず、圧電材料４３１の側面で金属ペーストの焼き付け、スパッタ、蒸着法などにより接続してもよい。ただし、第２の電極面に設けた第１の電極４３２と第２の電極４３３の間の距離は後述する分極処理にて電極間で放電しない範囲で出来るだけ狭くすることが好ましい。
次に、圧電素子４３０を分極処理する。分極処理は、一般的にはキュリー温度Ｔｃ以下の温度で行うが、これに限らず室温で行ってもよい。処理時間は５分から１０時間が好ましい。処理雰囲気は、空気中もしくはシリコーンオイル等の不燃性のオイル中が好ましい。処理電圧は、０．５から５．０ｋＶ／ｍｍの電界を印加する。処理電圧の印加は、少なくとも第１の電極４３２と第２の電極４３３に対して行えば良い。分極処理は、圧電素子４３０を振動板４１０に固定する前に行うことが好ましいが、固定後に行っても良い。
（圧電特性評価）
振動部材が振動板上に備えるｎ個（ｎ≧２）の圧電素子の各圧電材料の圧電定数がそれぞれ最大となる温度をＴｍ（ｍは１からｎまでの自然数）とするとき、Ｔ１～Ｔｎのうちの少なくとも２つが互いに異なることが、本発明の特徴である。より望ましくは、Ｔ１～Ｔｎの最大値と最小値の差分が１０℃以上１００℃以下であるとき、本発明の振動装置は、塵埃除去装置としての実用的な動作温度範囲において、安定して大きな塵埃除去の能力を有する。
個々の圧電材料の圧電定数が最大となる温度Ｔは、一般に、結晶構造が異なる２種の強誘電結晶相間における相転移温度であり、圧電材料の組成で調整することが可能である。圧電材料がチタン酸バリウム系材料である場合は、主にカルシウムのモル含有率（Ｃａ量）で容易に制御することができる。この場合、圧電定数が最大となる温度Ｔが最も高い圧電材料のＣａ量をＣＨ、圧電定数が最大となる温度Ｔが最も低い圧電材料のＣａ量をＣＬとするとき、一般にＣＨ＜ＣＬの関係がある。
本発明の圧電素子４３０を構成する圧電材料、または圧電素子４３０から電子情報技術産業協会規格（ＪＥＩＴＡ ＥＭ－４５０１）に基づいた形状にダイシングしたサンプルに対して、８５℃から徐々に温度を下げながら－４０℃までの圧電定数ｄ３１を測定した。測定結果を図８に示す。なお、圧電定数ｄ３１は市販のインピーダンスアナライザーを用いて共振周波数及び反共振周波数を測定し、共振―反共振法の計算によって求めている。
それぞれの圧電材料について求めた温度Ｔを求めると、第一の強誘電結晶相（高温側）から第二の強誘電結晶相（低温側）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）に若干の温度差が生じるが、本発明の相転移温度Ｔ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による、つまり降温時の圧電定数ｄ３１測定によって得られるものである。
なお、圧電材料４３１の圧電定数が最大になる温度Ｔは、当該圧電材料の誘電率が最大になる温度とも等しいため、圧電定数ｄ３１を測定する代わりに誘電率の温度変化から最大値を示す温度を温度Ｔとしてもよい。また、圧電材料の誘電率の最大値はその圧電材料を用いて構成した圧電素子の静電容量の最大値でもあるので、圧電素子４３０の静電容量を、温度を変化させながら測定し、最大値を示す温度を温度Ｔとしてもよい。
本発明においては、温度Ｔが－４０℃以上８５℃以下の範囲であり、さらには－４０℃以上６０℃以下であることが好ましい。
また、圧電定数は最大値を示す温度から離れると次第に小さくなるため、振動装置を主に使用する温度である５０℃～－３０℃付近（±１０℃以内）に温度Ｔを示すように調整されることが好ましい。すなわち、前記Ｔ１～Ｔｎの最大値は６０℃以下であることが好ましく、前記Ｔ１～Ｔｎの最小値は－４０℃以上であることが好ましい。
（塵埃除去用振動装置を備えた撮像装置の構成）
図２は、デジタル一眼レフカメラに搭載されている塵埃除去用振動装置を備えた撮像ユニット４００の斜視図である。図のＸ－Ｘ線は撮像素子３３の中心部を通る横方向を示し、Ｙ－Ｙ線は撮像素子３３の中心部を通る縦方向を示している。
図４は、図２に示す撮像ユニット４００の構成を示す分解斜視図である。撮像ユニット４００は、大きく分けて、振動ユニット（振動装置）４７０、弾性部材４５０、撮像素子ユニット５００により構成される。詳細は後述するが、振動ユニット４７０は弾性部材４５０を挟み込むかたちで撮像素子ユニット５００に固定され、弾性部材４５０が振動ユニット４７０の振動板４１０（赤外線カットフィルタと兼用）と撮像素子ユニット５００とに挟持される。
撮像素子ユニット５００は、撮像素子３３及び該撮像素子３３を保持する撮像素子保持部材５１０を含み、さらに回路基板５２０、シールドケース５３０、遮光部材５４０、光学ローパスフィルタ保持部材５５０、光学ローパスフィルタ４２０により構成される。
撮像素子保持部材５１０は、金属等によって形成されており、位置決めピン５１０ａ、ビス穴５１０ｂ、ビス穴５１０ｃが設けられている。回路基板５２０は、撮像系の電気回路が実装されており、ビス用の逃げ穴５２０ａが設けられている。シールドケース５３０は、金属等によって形成されており、ビス用の逃げ穴５３０ａが設けられている。回路基板５２０とシールドケース５３０は、ビス用の逃げ穴５２０ａとビス用の逃げ穴５３０ａ、ビス穴５１０ｂを用いて撮像素子保持部材５１０にビスで係止され、シールドケース５３０は電気回路を静電気等から保護するため回路上の接地電位に接続される。
遮光部材５４０は、撮像素子３３の光電変換面の有効領域に対応した開口を有し、被写体側及び撮影者側に接着層が設けられている。光学ローパスフィルタ保持部材５５０は、遮光部材５４０に設けられた接着層を介して撮像素子３３のカバーガラス３３ａに固定される。光学ローパスフィルタ４２０は、光学ローパスフィルタ保持部材５５０の開口箇所にて位置決めされ、遮光部材５４０に接着層を介して固定される。
図５は、撮像ユニット４００のＸ－Ｘ線（図２参照）に沿う部分断面図である。遮光部材５４０の被写体側の面は光学ローパスフィルタ４２０と当接し、撮影者側の面は撮像素子３３のカバーガラス３３ａと当接する。遮光部材５４０の被写体側及び撮影者側には接着層が設けられており、光学ローパスフィルタ４２０は遮光部材５４０の接着層により撮像素子３３のカバーガラス３３ａに固定、保持される。これにより、光学ローパスフィルタ４２０と撮像素子３３のカバーガラス３３ａとの間は遮光部材５４０によって封止される。
すなわち、弾性部材４５０の一方の面は振動板４１０と当接し、もう一方の面は光学ローパスフィルタ４２０と当接する。振動板４１０は、保持部材４６０のバネ性によって撮像素子ユニット５００側へと付勢されるので、弾性部材４５０と振動板４１０は隙間無く密着し、弾性部材４５０と光学ローパスフィルタ４２０も同様に隙間無く密着している。これにより、振動板４１０と光学ローパスフィルタ４２０との間は弾性部材４５０によって封止され、塵埃等の異物の侵入を防ぐ密閉空間が形成される。
保持部材４６０は、金属等の弾性を有する材料によって単一部品として形成されており、四隅の保持部４６０ｃ（図４を参照）と、保持部４６０ｃをつなぐ左右の腕部４６０ｄと上下の梁部４６０ｅとを有する。腕部４６０ｄは、保持部４６０ｃの表面から一段下がった位置（撮像素子ユニット５００側の位置）で上下に延伸する細板形状とされている。腕部４６０ｄの上下端が保持部４６０ｃに一体につながっており、振動板４１０を撮像素子ユニット５００側へ付勢する付勢力を発生する。腕部４６０ｄには、位置決め穴４６０ａ及びビス用の逃げ穴４６０ｂが形成されている。保持部４６０ｃは、振動板４１０に対して振動の節部を含む四隅付近に導電性の接着剤等によって固定される。
圧電素子４３０は、振動板４１０に固定される。圧電素子４３０と振動板４１０は必ずしも直接的に接触させる必要はなく、接着剤などの樹脂や絶縁材料、金属材料を必要に応じて介しても良い。ただし、接着剤などの厚みは、これが１００μｍより厚いと圧電素子４３０の伸縮が振動板４１０に伝えにくくなるので、１００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下が良い。
圧電素子４３０は、撮像素子３３へ入射する光を遮らない位置で、振動板４１０の表面であればどの位置に固定してもよい。また図示しないが、圧電素子４３０は２枚に限らず、例えば振動板４１０の左右端部に２枚ずつ並べて固定や、上下端部に固定するなど２枚より多くあっても良い。圧電素子４３０を複数設ける場合は、６個以上設けると主要振動の制御が困難になるため、圧電素子４３０は５個以下であるほうが好ましい。
このようにした振動板４１０は、保持部材４６０の位置決め穴４６０ａに撮像素子ユニット５００の位置決めピン５１０ａが挿入されることによって位置決めされる。位置決めされた状態で、振動ユニット４７０は、ビス用の逃げ穴４６０ｂ及びビス穴５１０ｃを用いて、弾性部材４５０を挟み込むかたちで撮像素子ユニット５００にビスで固定される。振動板４１０は、導電性を有するようにコーティングしても良く、その場合は振動板４１０の表面の帯電を、保持部材４６０及び撮像素子保持部材５１０、シールドケース５３０を介して回路基板５２０へ逃がすことができ、異物の静電的付着を防止することができる。
弾性部材４５０は、ゴム等の軟質材で形成され、振動板４１０の振動吸収部としての役割を有するとともに、後述するように振動板４１０と光学ローパスフィルタ４２０の密閉空間を形成する。なお、弾性部材４５０は、振動板４１０の振動吸収性を高めるために、厚い部材、硬度が低い部材で構成すること、更には振動板４１０の振動の節部に当接することが望ましい。
次に、振動板４１０表面の塵埃除去を行うための圧電素子４３０の駆動方法について説明する。図６は、圧電素子４３０と、前記圧電素子に交番電圧を印加するための電源４２と、前記交番電圧の周波数を変化させる制御回路１０との電気的接続を示す関係図である。
制御回路１０は、振動板４１０に固定された圧電素子４３０を振動させる圧電素子駆動回路１１１と、振動板４１０の振動振幅が所定の値となるように圧電素子４３０に印加する駆動電圧を指示するマイクロコンピューター１００からなる。
振動板４１０に固定された圧電素子４３０にマイクロコンピューター１００の制御に従って圧電素子駆動回路１１１が所定の周波数の電圧を印加すると、圧電素子４３０は光軸と直角方向（振動板４１０の平面方向）に伸縮することにより、振動板４１０は屈曲振動する。
圧電素子４３０は圧電素子駆動回路１１１（図６を参照）と給電用配線（不図示）によって電気的に接続されている。給電用配線には、一般にフレキシブルケーブルとして販売されているものが使用できる。接続はエポキシ系接着剤等を用いて接着することも可能であるが、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）や異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を熱圧着する方法が好ましい。前述の方法は導通不良を軽減でき、プロセス速度が向上するため量産性の点で好ましい。
圧電素子４３０に印加する交番電圧の周波数は、振動板４１０の固有モードの共振周波数近傍とすることで、より小さい電圧で大きな振幅を得ることができる。振動板４１０の共振周波数は振動板４１０と圧電素子４３０の寸法ばらつき、または温度によって変化する。そのため、交番電圧は一定の周波数ではなく、十分に幅を持たせた周波数帯域で印加する。具体的には、振動板４１０の共振周波数から高周波側または低周波側に離れた周波数（第一の周波数）から印加を開始し、所定の周波数帯域を所定のステップ数で分割したステップ幅で徐々に主要振動を生じる共振周波数の方向へ掃引駆動を行う。そして、振動板４１０の主要振動を発生させる共振周波数から第一の周波数と反対側に離れた周波数（第二の周波数）で終了する。
第一の周波数と第二の周波数の間には、振動板４１０の主要振動を発生させる共振周波数は少なくとも一つ以上あれば良い。ステップ幅は狭いほど交番電圧が共振周波数と合致するため好ましく、１００Ｈｚ以下のステップ幅であればより好ましい。また、分割したステップ幅は一定である必要はなく、第一の周波数から第二の周波数へ至る掃引動作の間に変更しても良い。
保持部材４６０や弾性部材４５０等の周辺部材の影響で、交番電圧の周波数が低い周波数から掃引を始めると、振動板４１０の応答が悪く、共振周波数へ向かう掃引動作中における振動板４１０の振動振幅が小さい場合がある。そのため高い周波数から低い周波数へ向かう掃引動作の方が好ましい。すなわち、第一の周波数は第二の周波数より高いと、より好ましい。
圧電素子４３０の駆動信号の電圧、周波数は、それぞれの圧電素子毎に独立に印加してもよいし、同一にしても良い。
塵埃除去を行うための圧電素子４３０に印加する交番電圧は、第一の周波数から第二の周波数へ近づく方向で任意の時間で周波数を変化させ、第二の周波数に達した後、再び第一の周波数から第二の周波数に変化させる駆動を繰り返すように行うことが好ましい。第二の周波数から第一の周波数に至る間に０Ｖ電位を印加する時間（休止時間）を設けても良い。繰り返し動作は、少なくとも２回以上であれば効果はあり、回数が多いほど良好な塵埃除去が行われる。しかし、回数が多いほど塵埃除去動作を行う時間が長くなるため、塵埃除去用振動装置を搭載する製品仕様に合わせて回数を決めれば良い。
本発明では前述の塵埃除去のための動作を行うための、デジタル一眼レフカメラ内部の一連の処理を塵埃除去モードと呼ぶ。振動板４１０は、デジタル一眼レフカメラのマイクロコンピューター１００からの指示で、塵埃除去モードに入る。塵埃除去モードの実行は、撮影者がデジタル一眼レフカメラの電源ＯＮ操作を行ってシステムが立ち上がった直後や、電源ＯＦＦ操作でシステムをシャットダウンする直前のタイミングで自動的に行うことが塵埃を除去する上で効果的である。もっとも、撮影者が意図したタイミングで塵埃除去モードを実行してもよい。
塵埃除去モード開始の信号はマイクロコンピューター１００が受け取り、圧電素子４３０の駆動回路に駆動信号を送る。圧電素子駆動回路１１１は、振動板４１０に面外振動を発生させる交番電圧を生成し、給電用配線を通して圧電素子４３０に交番電圧を印加する。なお、交番電圧の波形は矩形波、正弦波、三角波、のこぎり波等、何れの波形であってもよい。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の撮像装置の一例であるデジタル一眼レフカメラの外観図である。図７（ａ）は、カメラを前面側（被写体側）から見た斜視図であって、撮影レンズユニットを外した状態を示す。図７（ｂ）は、カメラを背面側（撮影者側）から見た斜視図である。
図７（ａ）に示すように、カメラ本体１には、撮影時に撮影者が安定して握り易いように被写体側に突出したグリップ部１ａが設けられている。カメラ本体１のマウント部２には、不図示の撮影レンズユニットが着脱可能に固定される。マウント接点２１は、カメラ本体１と撮影レンズユニットとの間で制御信号、状態信号、データ信号等の通信を可能にすると共に、撮影レンズユニット側に電力を供給する。マウント接点２１は、電気通信のみならず、光通信、音声通信等が可能なように構成してもよい。マウント部２の横には、撮影レンズユニットを取り外す際に押し込むレンズロック解除ボタン４が配置されている。
カメラ本体１内には、撮影レンズを通過した撮影光束が導かれるミラーボックス５が設けられており、ミラーボックス５内にメインミラー（クイックリターンミラー）６が配設されている。メインミラー６は、撮影光束をペンタダハミラー（不図示）の方向へ導くために撮影光軸に対して４５°の角度に保持される状態と、撮像素子３３（図５）の方向へ導くために撮影光束から退避した位置に保持される状態とを取り得る。カメラのグリップ部１ａに対して反対側の側面には、開閉可能な外部端子蓋１５が設けられている。外部端子蓋１５を開けた内部には、外部インタフェースとしてビデオ信号出力用ジャック１６及びＵＳＢ出力用コネクタ１７が納められている。
以上、本発明の塵埃除去用振動装置を備えた撮像装置の一例として、デジタル一眼レフカメラに用いられる撮像装置を説明したが、必ずしもデジタルカメラに用いられる撮像装置に限ったものではなく、デジタルビデオカメラ、複写機、ファクシミリ、スキャナの各種の撮像装置や画像読取装置、およびその内部の部材や部品が本発明の塵埃除去用振動装置を備えたものであってもよい。
以下に、振動板の同じ側の表面に複数の圧電素子を互いに離間して配置した例を挙げて、本発明の塵埃除去用振動装置を具体的に説明する。実施例および比較例は図２に示す撮像ユニット４００に制御回路（不図示）と電源（不図示）を付けた撮像装置で行ったが、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。
振動板４１０の被写体側の表面に付着したゴミを振動によって除去する能力を塵埃除去率と呼ぶ。例えばデジタル一眼レフカメラで付着するゴミには、様々な大きさ、様々な材料が考えられるが、本発明では代表的な粒子を用いて、以下のようにして塵埃除去率の測定を行った。
撮像ユニット４００に、制御回路１０と電源４２を接続した状態で測定した。塵埃除去率は、水平に置いた振動板４１０の全体にポリスチレン製ビーズ（粒径２０乃至８０μｍ）を凡そ１０００個まいて１分間放置した後、振動板４１０の平面が垂直になるように設置した。この状態で振動板４１０の表面のポリスチレン製ビーズの付着状態を光学顕微鏡により撮影し、写真Ｐとして記録した。
次に、圧電素子４３０にフレキシブルケーブルを介して、１９０ｋＨｚから９０ｋＨｚまでを１秒間で掃引する５０Ｖｐｐの矩形波の交番電圧を４回繰り返し印加した。その後、写真Ｐを記録した際と同様、振動板４１０の表面のポリスチレン製ビーズの付着状態を光学顕微鏡により撮影し、写真Ｑとして記録した。
写真Ｐと写真Ｑに写ったポリスチレン製ビーズで撮像素子３３へ入射する光を遮る範囲のビーズ数を数え、其々ビーズ数Ｐ’とビーズ数Ｑ’として、［（ビーズ数Ｐ’－ビーズ数Ｑ’）÷ビーズ数Ｐ’］×１００を塵埃除去率（単位％）とした。本発明の評価方法で塵埃除去率が９５％以上であれば、デジタル一眼レフカメラに設置した際の一般的な使用状況において、撮影した画像に塵埃の写り込みがない高品質の画像を得ることが可能である。
以下の実施例および比較例において、塵埃除去測定を行った環境条件は、５０℃湿度９０％ＲＨ、２３℃湿度５０％ＲＨ、－２０℃湿度１０％ＲＨ以下の３条件である。
（実施例１）
以下に実施例１の圧電素子４３０の作製方法を示す。原料となる平均粒径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９２．０対２．０対６．０になるように秤量した。
次に、これらの秤量粉を、ボールミルを用いて２４時間の乾式混合によって混合した。得られた混合粉を造粒するために、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。
次に、得られた造粒粉を金型に充填し、プレス成型機を用いて最大２００ＭＰａの成形圧をかけて３．３ｇ／ｃｍ３の成形体を作製した。この成形体は冷間等方加圧成型機を用いて、更に加圧しても構わない。
得られた成形体を空気雰囲気中にて昇温速度を１．０℃／分で加熱して、６００℃で３時間保持した後に１３８０℃で５時間保持する条件にて焼成を行った。これにより、式（１）の化学式で表わすことができる組成の圧電材料４３１を作製した。
圧電材料４３１の蛍光Ｘ線分析を行ったところ、（Ｂａ０．９２Ｃａ０．０８）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３ １００重量部に対してＭｎが金属換算で０．１２重量部含有されている組成であることが確認できた。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。Ｐｂ成分も検出限界以下であり、５０ｐｐｍ未満であった。
次に、焼成した圧電材料４３１を厚み０．２５ｍｍで略均一に研削、及び研磨加工した後、２６．０×４．０ｍｍの寸法に切断した。そのあと、圧電材料４３１の両面に銀ペーストをスクリーン印刷によって、図３に示すように第１の電極４３２および第２の電極４３３を形成した。
次に、作製した圧電素子４３０を恒温槽中で温度を上昇させながら誘電率の変化を測定することで、誘電率が極大となる温度Ｔｃを測定した。その結果、Ｔｃは１１０℃であった。また、圧電素子４３０をホットプレートで１００℃に加熱しながら１ｋＶ／ｍｍの電界強度になるように、第２の電極４３３に直流電源によって電圧を１０分間にわたり印加して分極処理を行い、圧電素子４３０を作製した。本圧電材料の圧電定数ｄ３１の温度依存性は図８の材料Ａであり、圧電定数ｄ３１が最大になる温度Ｔ１は２０℃であった。
次に、もう一方の圧電素子４３０の作製方法を示す。原料となる平均粒径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８６．０対８．０対６．０になるように混合した秤量粉を作製した。
次に、これらの秤量粉を、ボールミルを用いて２４時間の乾式混合によって混合した。得られた混合粉を造粒するために、混合粉に対してＭｎ重量が金属換算で０．１４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。
以下、最初に作製した圧電素子と同様の方法で、もう一方の圧電素子４３０を作製した。もう一方の圧電材料４３１の蛍光Ｘ線分析を行ったところ、（Ｂａ０．８６Ｃａ０．１４）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３ １００重量部に対してＭｎが金属換算で０．１４重量部含有されている組成であることが確認できた。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。Ｐｂ成分も検出限界以下であり、５０ｐｐｍ未満であった。本圧電材料の圧電定数ｄ３１の温度依存性は図８の材料Ｂであり、圧電定数ｄ３１が最大になる温度Ｔ２は－２０℃であった。
其々の圧電素子の温度Ｔ１とＴ２を比べて、高い方をＴｍａｘ、低い方をＴｍｉｎとすると、温度Ｔが高い方（Ｔｍａｘ）は２０℃、温度Ｔが低い方（Ｔｍｉｎ）は－２０℃であるので、その差分（ΔＴ）は４０℃であった。ＣＨは圧電材料に含まれる全金属に対して４．０モル％、ＣＬは７．０モル％であったので、ＣＨ＜ＣＬであった。
次に、作製した圧電素子４３０にフレキシブルケーブルよりなる交番電圧の給電用配線をＡＣＦによって接続した。ＡＣＦを接続する際の熱圧着装置の条件は１５０℃、１０秒間、２ＭＰａの圧力とした。
次に、振動板４１０と圧電素子４３０の第１の電極面を、エポキシ樹脂系の接着剤で接着して塵埃除去用振動装置を作製した。振動板４１０は、２８．０×３８．０×０．５５ｍｍの水晶からなる透明の直方体の複屈折板である。
作製した塵埃除去用振動装置を用いて本発明の撮像ユニット（撮像装置）４００を作製し、塵埃除去率の評価を行ったところ、５０℃（湿度９０％ＲＨ）では９９％、２３℃（湿度５０％ＲＨ）では９９％、－２０℃（湿度１０％以下）では９９％であった。－２０℃から５０℃までの温度条件において、９５％以上の良好な塵埃除去率を示した。
（実施例２）
実施例１で使用したチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウムの混合比と、ＰＶＡバインダー中に含まれるＭｎ重量を調整し、圧電定数が最大となる温度Ｔ１が３０℃の圧電材料４３１（図８の材料Ｃ）を作製した。
圧電材料４３１の蛍光Ｘ線分析を行ったところ、（Ｂａ０．９３Ｃａ０．０７）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３ １００重量部に対してＭｎが金属換算で０．１２重量部含有されている組成であることが確認できた。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。Ｐｂ成分も検出限界以下であり、５０ｐｐｍ未満であった。
もう一方の圧電材料として、実施例１と同様の温度Ｔ２が２０℃になる圧電材料（図８の材料Ａ）を作製した。
其々の圧電材料の温度Ｔ１とＴ２を比べて、高い方をＴｍａｘ、低い方をＴｍｉｎとすると、温度Ｔが高い方（Ｔｍａｘ）は３０℃、温度Ｔが低い方（Ｔｍｉｎ）は２０℃であるので、その差分（ΔＴ）は１０℃であった。ＣＨは圧電材料に含まれる全金属に対して３．５モル％、ＣＬは４．０モル％であったので、ＣＨ＜ＣＬであった。
実施例１と同様に圧電素子として加工し、塵埃除去装置を用いて撮像ユニットを作製し、実施例１と同様の駆動を行って塵埃除去率の評価を行った。その結果、５０℃（湿度９０％ＲＨ）では９９％、２３℃（湿度５０％ＲＨ）では９９％、－２０℃（湿度１０％以下）では９６％であった。－２０℃から５０℃までの温度条件において、９５％以上の良好な塵埃除去率を示した。
（実施例３）
実施例１で使用したチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウムの混合比と、ＰＶＡバインダー中に含まれるＭｎ重量を調整し、圧電定数が最大となる温度Ｔ１が６０℃の圧電材料（図８の材料Ｄ）を作製した。
圧電材料４３１の蛍光Ｘ線分析を行ったところ、（Ｂａ０．９６Ｃａ０．０４）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３ １００重量部に対してＭｎが金属換算で０．１０重量部含有されている組成であることが確認できた。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。Ｐｂ成分も検出限界以下であり、５０ｐｐｍ未満であった。
もう一方の圧電材料として、温度Ｔ２が－４０℃になる圧電材料（図８の材料Ｅ）を作製した。
圧電材料４３１の蛍光Ｘ線分析を行ったところ、（Ｂａ０．８１３Ｃａ０．１８７）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３ １００重量部に対してＭｎが金属換算で０．２４重量部含有されている組成であることが確認できた。また、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎ以外の元素は検出限界以下の量であり、１重量部以下であった。Ｐｂ成分も検出限界以下であり、５０ｐｐｍ未満であった。
其々の圧電材料の温度Ｔ１とＴ２を比べて、高い方をＴｍａｘ、低い方をＴｍｉｎとすると、温度Ｔが高い方（Ｔｍａｘ）は６０℃、温度Ｔが低い方（Ｔｍｉｎ）は－４０℃であるので、その差分（ΔＴ）は１００℃であった。ＣＨは圧電材料に含まれる全金属に対して２．０モル％、ＣＬ９．３５モル％であったので、ＣＨ＜ＣＬであった。
実施例１と同様に圧電素子として加工し、塵埃除去装置を用いて撮像ユニットを作製し、実施例１と同様の駆動を行って塵埃除去率の評価を行った。その結果、５０℃（湿度９０％ＲＨ）では９９％、２３℃（湿度５０％ＲＨ）では９９％、－２０℃（湿度１０％以下）では９９％であった。－２０℃から５０℃までの温度条件において、９５％以上の良好な塵埃除去率を示した。
（比較例１）
実施例１で使用したチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウムの混合比と、ＰＶＡバインダー中に含まれるＭｎ重量を調整し、圧電定数が最大となる温度Ｔ１、温度Ｔ２が－２０℃の圧電材料（図８の材料Ｂ）を作製した。どちらもこれらを実施例１と同様の素子加工方法によって、２個の圧電素子を作製した。圧電材料に含まれるＣａの量であるＣＨおよびＣＬは、共に圧電材料に含まれる全金属に対して７．０モル％であった。
作製した圧電素子を用いて撮像ユニットを作製し、実施例１と同様の駆動を行って塵埃除去率の評価を行ったところ、５０℃（湿度９０％ＲＨ）では８８％、２３℃（湿度５０％ＲＨ）では９３％、－２０℃（湿度１０％以下）では９９％であった。－２０℃から５０℃までの撮像装置の使用温度範囲において、２３℃と５０℃の条件で目標の９５％に満たない塵埃除去率を示した。
（比較例２）
実施例１で使用したチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウムの混合比と、ＰＶＡバインダー中に含まれるＭｎ重量を調整し、最大となる温度Ｔ１、温度Ｔ２が２０℃の圧電材料（図８の材料Ａ）を作製した。どちらもこれらを実施例１と同様の素子加工方法によって、２個の圧電素子を作製した。圧電材料に含まれるＣａの量であるＣＨおよびＣＬは、共に圧電材料に含まれる全金属に対して４．０モル％であった。
作製した圧電素子を用いて撮像ユニットを作製し、実施例１と同様の駆動を行って塵埃除去率の評価を行ったところ、５０℃（湿度９０％ＲＨ）では９０％、２３℃（湿度５０％ＲＨ）では９９％、－２０℃（湿度１０％以下）では９６％であった。－２０℃から５０℃までの撮像装置の使用温度範囲において、５０℃の条件で目標の９５％に満たない塵埃除去率を示した。
以上の実施例、比較例の結果を表１及び図９に示す。
なお、比較例１、比較例２は同一特性の圧電材料を２個使っているため、ＴｍａｘとＴｍｉｎにＴ１の値を記載してある。
Figure 0007305362000001
本発明の塵埃除去装置は、振動板表面に付着した塵埃等の異物を除去することができるため、ビデオデジタルカメラ、複写機、ファクシミリ、スキャナ等の各種の撮像装置や電気装置にも適用することができる。
１ カメラ本体
１ａ グリップ部
２ マウント部
４ レンズロック解除ボタン
５ ミラーボックス
６ クイックリターンミラー
７ シャッタボタン
８ メイン操作ダイヤル
９ ＬＣＤ表示パネル
１０ 制御回路
１１ ストロボユニット
１２ ストロボ取付け用のシュー溝
１３ ストロボ接点
１４ 撮影モード設定ダイヤル
１５ 外部端子蓋
１６ ビデオ信号出力用ジャック
１７ ＵＳＢ出力用コネクタ
１８ ファインダ接眼窓
１９ カラー液晶モニタ
２０ 動作モード設定ボタン
２１ マウント接点
３３ 撮像素子
３３ａ 撮像素子のカバーガラス
４２ 電源
４３ メインスイッチ
４４ クリーニング指示操作部材
１００ マイクロコンピューター
１１１ 圧電素子駆動回路
４００ 撮像ユニット
４１０ 振動板
４２０ 光学ローパスフィルタ
４３０ 圧電素子
４３１ 圧電材料
４３２ 第１の電極
４３３ 第２の電極
４５０ 弾性部材
４６０ 保持部材
４７０ 振動ユニット
５００ 撮像素子ユニット
５１０ 撮像素子保持部材
５１０ａ 位置決めピン
５１０ｂ ビス穴
５１０ｃ ビス穴
５２０ 回路基板
５２０ａ ビス用の逃げ穴
５３０ シールドケース
５３０ａ ビス用の逃げ穴
５４０ 遮光部材
５５０ 光学ローパスフィルタ保持部材

Claims (10)

  1. 圧電素子駆動回路が発生する交番電圧が印加されることで振動するそれぞれが非鉛型の圧電材料と電極とから少なくともなるｎ個（ｎ≧２）の圧電素子を振動板上に備えた振動部材を有する塵埃除去装置であって、
    前記ｎ個の圧電素子の各圧電材料の圧電定数がそれぞれ最大となる温度をＴｍ（ｍは１からｎまでの自然数）とするとき、Ｔ１～Ｔｎのうちの少なくとも２つが互いに異なり、
    前記Ｔ １ ～Ｔ ｎ のうちの最大値を示す圧電材料に含まれるＣａの量をＣ Ｈ 、前記Ｔ １ ～Ｔ ｎ のうちの最小値を示す圧電材料に含まれるＣａの量をＣ Ｌ とするとき、Ｃ Ｈ ＜Ｃ Ｌ である振動装置を備えたことを特徴とする塵埃除去装置。
  2. 前記Ｔ１～Ｔｎのうちの最大値と最小値の差分が１０℃以上１００℃以下である請求項１に記載の塵埃除去装置。
  3. 前記ｎ個の圧電素子のそれぞれに対して交番電圧が印加されることにより、前記振動部材の表面に振動が発生するように構成された請求項１または２に記載の塵埃除去装置。
  4. 前記Ｔ１～Ｔｎの最大値が６０℃以下であり、前記Ｔ１～Ｔｎの最小値が－４０℃以上である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
  5. 前記ｎ個の圧電素子が、前記振動板の同じ側の表面に配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
  6. 前記ｎ個の圧電素子が、互いに離間して前記振動板の表面に配置されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
  7. 前記非鉛型の圧電材料が、チタン酸バリウム系材料からなる請求項１乃至６のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
  8. 前記Ｃ Ｈ が２．０モル％以上４．０モル％以下であり、前記Ｃ Ｌ が４．０モル％以上９．３５モル％以下である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
  9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の塵埃除去装置の振動部材を撮像素子ユニットの受光面側に備えたことを特徴とする撮像装置。
  10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の塵埃除去装置を備える電気装置。
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