TW201619661A - 壓電致動器、線性驅動裝置及電子機器 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題為提供可小型化的壓電致動器、線性驅動裝置以及電子機器。本發明之解決手段為：第一壓電致動器58係具有：振動構件62，包含平板狀的壓電元件以及與該壓電元件成為將彼此的板面貼合而固接的電極板；以及驅動軸66，固定於該振動構件。該振動構件62係外圍具有複數個頂點及將該頂點間予以連接的邊，該電極板係具有從該振動構件的邊凸起狀地突出的通電用連接部90。

Description

壓電致動器、線性驅動裝置及電子機器
本發明係有關壓電致動器、線性驅動裝置以及電子機器。
專利文獻1係揭露所謂雙晶型(bimorph type)的壓電致動器。雙晶型壓電致動器係具有於2個壓電元件之間隔有電極板的振動構件。上述壓電致動器係經由電極板而於壓電元件之任一方或雙方的壓電元件流動電流，藉此成為使振動構件變形成碗型而輸出。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：US2009/0159720 A1。
然而，專利文獻1所揭露的振動構件為圓形，且成為 設置於電極板的通電用連接部從圓形的振動構件突起狀地突出的構成。因此，因該通電用連接部而使外形就全體而言變大，而於適用在以透鏡驅動裝置為首的線性驅動裝置時對於裝置之小型化造成阻礙。
本發明之目的為提供可以小型化的壓電致動器、線性驅動裝置以及電子機器。
本發明之一態樣的壓電致動器係具有：振動構件，包含平板狀的壓電元件以及與該壓電元件成為將彼此的板面貼合而固接的電極板；以及驅動軸，固定於該振動構件；該振動構件係外圍具有複數個頂點及將該頂點間予以連接的邊，該電極板係具有從該振動構件的邊凸起狀地突出的通電用連接部。
較佳為，該振動構件係成為從該振動構件的中心起至該通電用連接部的前端為止的距離不大於該振動構件的中心與離該振動構件的中心起最遠的頂點之間的距離。
較佳為，該振動構件的外形為正多角形。
較佳為，該通電用連接部為複數個，且分別形成於彼此分離的邊，或為單個。
本發明的另一態樣的線性驅動裝置具有：壓電致動器，係具有包含有平板狀的壓電元件以及與該壓電元件成為將彼此的板面貼合而固接的電極板之振動構件以及固定於該振動構件之驅動軸；以及移動體，摩擦接觸於該壓電致動器的驅動軸；該壓電致動器的該振動構件係外圍具有複數個頂點及將該頂點間予以連接的邊，該電極板係具有從該振動構件的邊凸起狀地突出的通電用連接部。
較佳為，於該移動體係設置有透鏡。
本發明再另一態樣的電子機器具有：壓電致動器，係具有包含有平板狀的壓電元件以及與該壓電元件成為將彼此的板面貼合而固接的電極板之振動構件固定於該振動構件之驅動軸；移動體，摩擦接觸於該壓電致動器的驅動軸；以及殼體，將該壓電致動器的驅動軸支持為可振動自如；該壓電致動器的該振動構件係外圍具有複數個頂點及將該頂點間予以連接的邊，該電極板係具有從該振動構件的邊凸起狀地突出的通電用連接部。
依據本發明，由於成為通電用連接部從振動構件之邊凸起狀地突出，故可小型化。
10‧‧‧線性驅動裝置
12‧‧‧殼體
14‧‧‧被攝體側透鏡
16‧‧‧成像側透鏡
18‧‧‧變焦透鏡
20‧‧‧聚焦透鏡
24‧‧‧影像感測器
22‧‧‧基板
26‧‧‧變焦透鏡保持體
28‧‧‧聚焦透鏡保持體
30、32‧‧‧支持部
34‧‧‧扣合部
36‧‧‧壓接部
38‧‧‧開口部
40‧‧‧螺絲
42‧‧‧扣合部
44‧‧‧壓接部
46‧‧‧變焦透鏡位置檢測器
48‧‧‧聚焦透鏡位置檢測器
50、52‧‧‧磁極構件
54、56‧‧‧MR感測器
58‧‧‧第一壓電致動器
60‧‧‧第二壓電致動器
82‧‧‧電極板
88‧‧‧電源控制部
62、64‧‧‧振動構件
66、68‧‧‧驅動軸
70、71、72、73‧‧‧承受構件
74、76‧‧‧佈線
78、80‧‧‧壓電元件
82‧‧‧電極板
84、86‧‧‧電極層
87‧‧‧接著劑
88‧‧‧電源控制部
90‧‧‧第一通電用連接部
92‧‧‧第二通電用連接部
圖1為表示本發明之一實施形態的線性驅動裝置的剖面圖。
圖2為圖1之A-A線剖面圖。
圖3為表示本發明之第一實施形態的壓電致動器的剖面圖。
圖4為表示本發明之第一實施形態的壓電致動器的立體圖。
圖5為表示本發明之第二實施形態的壓電致動器的立體圖。
圖6係為了說明設置面積而將本發明之第二實施形態的壓電致動器與比較例比較的俯視圖。
圖7係為了說明使其振動的驅動力而將本發明之第二實施形態的壓電致動器與比較例比較的俯視圖。
圖8為表示本發明之第三實施形態的壓電致動器的振動構件的俯視圖。
圖9為表示本發明之第四實施形態的壓電致動器的振動構件的俯視圖。
圖10為表示本發明之第二實施形態的壓電致動器的振動構件之變形例的俯視圖。
根據圖式說明本發明的實施形態。
於圖1以及圖2中，線性驅動裝置10係例如為透鏡驅 動裝置。該線性驅動裝置10係例如使用於行動電話或智慧型手機等之電子機器的自動焦點式的小型攝影機(camera)。線性驅動裝置10係具有形成長方體狀的殼體12。於該殼體12設置有被攝體側透鏡14、成像側透鏡16、變焦(zoom)透鏡18以及聚焦透鏡20。
被攝體側透鏡14係固定於殼體12的上部。成像側透鏡16係固定於殼體12的下部。該成像側透鏡16係對向於設置在基板22的影像感測器24。殼體12被固定於基板22。
變焦透鏡18係固定於作為移動體的變焦透鏡保持體26。聚焦透鏡20係固定於作為移動體的聚焦透鏡保持體28。被攝體側透鏡14、成像側透鏡16、變焦透鏡18以及聚焦透鏡20配置在位於殼體12大致中央的1個光軸LO上。經由被攝體側透鏡14、成像側透鏡16、變焦透鏡18以及聚焦透鏡20而使從被攝體入射的光成像於影像感測器24。
變焦透鏡保持體26係如圖2所示地具有左右延伸的支持部30、32。於一方的支持部30之前端係形成有U字狀的扣合部34，該扣合部34係扣合於後述的第二壓電致動器60之驅動軸68。藉此，變焦透鏡保持體26係以在光軸LO方向移動之際不會在與光軸LO垂直的方向旋轉的方式被引導。
另外，另一方的支持部32係摩擦接觸於第一壓電致動器58的驅動軸66。亦即，於另一方的支持部32的前端設有樹脂製或金属製的壓接部36，於該壓接部36插入有第一壓電致動器58的驅動軸66。壓接部36係於卷繞驅動軸66的一側形成有開口部38，藉由螺絲40調整該開口部388的縫隙，而成為可自由調整壓接部36與驅動軸66之間的摩擦(壓接力)。
又，亦可為不設置螺絲40而僅利用壓接部36的彈性賦予預先設定的摩擦，或亦可為將螺絲抵接於驅動軸66而壓接。另外，亦可構成為將壓接部36的一半以其他構件構成並以彈簧等進行按壓。
聚焦透鏡保持體28係具有與前述變焦透鏡保持體26同樣的構成。亦即，於該聚焦透鏡保持體28係設有扣合部42與壓接部44，扣合部42係扣合於第一壓電致動器58的驅動軸66，壓接部44係摩擦接觸於第二壓電致動器60的驅動軸68。
另外，於殼體12內設置有變焦透鏡位置檢測器46與聚焦透鏡位置檢測器48。變焦透鏡位置檢測器46與聚焦透鏡位置檢測器48係相同構造，分別由以下構件所構成：磁極構件50、52，係沿著透鏡的光軸LO方向交互地配置不同的磁極(S極與N極)；以及MR感測器54、56，用以 偵測磁場強度。MR感測器54係固定於變焦透鏡保持體26，MR感測器56係固定於聚焦透鏡保持體28。一方的磁極構件50係相對向於MR感測器54，另一方的磁極構件52係相對向於MR感測器56且固定於殼體12。若移動變焦透鏡保持體26及聚焦透鏡保持體28，則藉由MR感測器54、56將變焦透鏡保持體26及聚焦透鏡保持體28的移動量以及移動方向作為磁場強度的變化而檢測，並從MR感測器54、56輸出表示檢測到的磁場強度的變化之信號。
第一壓電致動器58與第二壓電致動器60為相同構造，第一壓電致動器58與第二壓電致動器60係分別具有：振動構件62、64；以及固定於該振動構件62、64的驅動軸66、68。於本實施形態中，振動構件62、64係配置於殼體12的上部，驅動軸66、68於下方延伸。驅動軸66、68的下端係插入於設置在殼體12的承受構件70、72之孔而接著固定。另外，接近振動構件62、64的驅動軸66、68的基端側係插入於設置在殼體12的承受構件71、73的孔。承受構件70、71以及承受構件72、73係具有彈性，將驅動軸66、68支持為可分別自由振動。於振動構件62、64係分別連接有通電用的佈線74、76。
圖3係表示代表壓電致動器的第一壓電致動器58。於圖3中，係相對於圖1而描繪成上下相反。第一壓電致動器58係例如為雙晶型，振動構件62係具有2個平板狀的 壓電元件78、80。於該壓電元件78、80之間隔有同為平板狀的電極板82。亦即，壓電元件78、80與電極板82係貼合彼此的板面而固定。於壓電元件78、80的正反面係形成有電極層84、86。驅動軸66係經由接著劑87固定於一方的壓電元件78的電極層84。電極板82係由具有彈性的例如金属板所構成。較佳為除了後述的通電用連接部之外，壓電元件78、80的外形與電極板82的外形係幾乎相同的形狀且相同的大小，尤其更佳為使壓電元件78、80成為不從電極板82的外周端超出的方式。
又，亦可於電極層84形成孔，經由該孔而將驅動軸66直接接合於壓電元件78。另外，亦可於包含電極層84的壓電元件78之厚度全體形成孔，經由該孔而將驅動軸66直接接合於電極板82。此外，亦可於振動構件62的厚度全體形成孔，將驅動軸66的外周面直接接合於形成有該孔的振動構件62之內壁面。
於振動構件62的表面露出的電極層84、86係例如連接於電源控制部88的正極側，電極板82係連接於電源控制部88的負極側。若於一方的電極層84與電極板82之間重複施加脈衝電壓，則一方的壓電元件78將通電且通電的該一方的壓電元件78伸縮，振動構件62向一方向碗狀地變形且因電極板82的彈性而急速地復原成原本的平板狀的情形將重複產生。伴隨於此，驅動軸66亦將於軸方向重複微小的來回移動。若於另一方的電極層80與電極板82 之間重複施加脈衝電壓，則另一方的壓電元件72伸縮，振動構件62向另一方向碗狀地變形且因電極板82的彈性而急速地復原成原本的平板狀的情形將重複產生。伴隨於此，驅動軸66亦將於軸方向重複微小的來回移動。
接著，對於藉由第一壓電致動器58使變焦透鏡保持體26移動的情形進行說明。如前所述，若於第一壓電致動器58重複施加脈衝電壓，則振動構件62向一方向碗狀地變形且急速地復原成原本的平板狀的情形將重複產生。伴隨於此，驅動軸66亦將於軸方向重複微小的來回移動。當向一方側碗狀地變形時，由於變焦透鏡保持體26的壓接部36係摩擦接觸於第一壓電致動器58的驅動軸66，故變焦透鏡保持體26係與驅動軸66一起移動。另一方面，當振動構件62急速地復原成原本的平板狀時，驅動軸66亦將於反方向高速地移動，由於高速故變焦透鏡保持體26無法追隨驅動軸66的動作，而不回到原本位置地停留於其位置。因此，變焦透鏡保持體26係在1個動作中移動振動構件62之變形的振幅之大小的程度。藉由重複施加脈衝電壓而重複進行上述移動，即可使變焦透鏡保持體26移動至所期望的位置。
圖4為表示第一壓電致動器58之第一實施形態的立體圖。
如圖4所示，第一壓電致動器58的振動構件62之外 形係例如成為由4個頂點及將各頂點連結的4個邊所構成的正方形。從1個邊的中心凸起狀地突出形成有與前述電極板82形成為一體的第一通電用連接部90。另外，從與1個邊相對向的另一邊的中心凸起狀地突出形成有同樣與電極板82形成為一體的第二通電用連接部92。於第一通電用連接部90或第二通電用連接部92之任一方或双方連接前述通電用的佈線74之一端。
圖5係表示第一壓電致動器58之第二實施形態的立體圖。
於該第二實施形態中，第一通電用連接部90係僅於振動構件62之一邊中央凸起狀地突出形成。前述第一實施形態係於相對向的2個邊形成第一通電用連接部90及第二通電用連接部92，故振動構件62易對稱形地變形，振動時的平衡較佳。另一方面，本第二實施形態相較於第一實施形態全體而言通電用連接部的大小變小，故可增大使其振動的驅動力。
如圖6(a)所示，若使第一通電用連接部90的突出幅度為α，從振動構件62之從中心O起至頂點為止的距離為r1，則振動構件62從中心0起至第一通電用連接部90的前端為止的距離L1成為 L1=r1/√2+α．．．．(1)。
在此，係以成為L1≦r1的方式決定α。
亦即，由於r1/√2+α≦r1，故成為α≦r1-r1/√2。
另一方面，如圖6(b)所示，當振動構件62的外形為半徑r1的圓時，從振動構件62之中心起至第一通電用連接部90的前端為止的距離L2為 L2=r1+α．．．．．．．．(2)
比較式(1)與式(2)可知，L1顯然較L2小。因此，相較於振動構件62之外形為圓形的比較例，振動構件62的外形為正方形的第二實施形態的方式就設置面積而言係變小。
另外，若振動構件62的外形為四方形狀，則當前述殼體12為長方體時，殼體12的角部與振動構件62的角部係配合，而可使第一壓電致動器58的對合變得更好。
圖7係比較從中心O起至第一通電用連接部90的前端為止的距離皆相同為r2+α的情形。
於圖7(a)所示的第二實施形態中，由於振動構件62為正方形，故振動構件62的面積S1成為S1=4r22．．．．(3)。
另一方面，圖7(b)所示的比較例中，由於振動構件62為圓形，故振動構件62的面積S2成為S2=π r22．．．．(4)
由式(3)與式(4)可知S1>S2。
於第一壓電致動器58中，若壓電元件具有相同材料、相同厚度、相同配向特性，則可推想使振動構件62振動的 驅動力係與振動構件62的面積成正比。
因此，第二實施形態的使振動構件62振動的驅動力係較比較例大。
例如，當於長方體的殼體12之角部設置振動構件62時，若採用使第一通電用連接部90從任何位置(方向)組裝皆可的方式則易於製造。於該情形中，如圖7(c)所示，就同樣的所需設置面積來看，亦如實線所示，由於第二實施形態的方式較以虛線表示的比較例可使振動構件62的面積成為更大，故可增大驅動力。
又，本發明中，振動構件62的外形形狀不限定於正方形，亦包含其他的正多角形。另外，亦不被限定於正多角形，例如可為如圖8所示的第三實施形態般將正方形的一部分裁切而成之形狀。此外，亦可為如圖9所示的第四實施形態般將圓的一部分裁切而形成邊，於該邊設置第一通電用連接部90。
另外，第一通電用連接部90不限於圖10所示的四角形狀而可變形為各種不同的形狀。例如，可如圖10(a)所示地使第一通電用連接部90為半圓形狀，亦可如圖10(b)所示地為三角形狀。另外，亦可如圖10(c)所示地使根部分較細，使被通電用的佈線74之一端以焊料等連接的部分成為較大。由於電極板82的本體與第一通電用連接部90間之邊界部分的長度較短時對於振動構件62的振動造成的影 響較小，故可增大振動構件62所產生的驅動力。相對地，亦可如圖10(d)所示，使第一通電用連接部90成為從邊部全體突出的方式。雖不利於驅動力，但可使連接變得容易。另外，亦可如圖10(e)所示，成為第一通電用連接部90並非從邊部的中央而是從偏移的位置突出的方式。
以上雖以壓電致動器的振動構件為雙晶型之例進行了說明，但亦可為將1個平板狀的壓電元件與電極板彼此的板面貼合而固接的所謂單晶片型(unimorph type)。由於亦可不在與壓電元件成反對側的電極板之表面連接通電用的佈線，故可抑制振動構件之振動狀態的不均。另外，振動構件亦可為將壓電元件與電極板重疊複數次而成。
58‧‧‧第一壓電致動器
62‧‧‧振動構件
66‧‧‧驅動軸
82‧‧‧電極板
87‧‧‧接著劑
90‧‧‧通電用連接部

Claims (8)

  1. 一種壓電致動器，具有：振動構件，包含平板狀的壓電元件以及與該壓電元件成為將彼此的板面貼合而固接的電極板；以及驅動軸，固定於該振動構件；該振動構件係外圍具有複數個頂點及將該頂點間予以連接的邊，該電極板係具有從該振動構件的邊凸起狀地突出的通電用連接部。
  2. 如請求項1所記載之壓電致動器，其中該振動構件係成為從該振動構件的中心起至該通電用連接部的前端為止的距離不大於該振動構件的中心與離該振動構件的中心起最遠的頂點之間的距離。
  3. 如請求項1或2所記載之壓電致動器，其中該振動構件的外形為正多角形。
  4. 如請求項1至3中任一項所記載之壓電致動器，其中該通電用連接部為複數個，且分別形成於彼此分離的邊。
  5. 如請求項1至3中任一項所記載之壓電致動器，其中該通電用連接部為單個。
  6. 一種線性驅動裝置，具有：壓電致動器，係具有：振動構件，包含有平板狀的壓電元件以及與該壓電元件成為將彼此的板面貼合而固接的電極板；以及驅動軸，固定於該振動構件；以及移動體，摩擦接觸於該壓電致動器的驅動軸； 該壓電致動器的該振動構件係外圍具有複數個頂點及將該頂點間予以連接的邊，該電極板係具有從該振動構件的邊凸起狀地突出的通電用連接部。
  7. 如請求項6所記載之線性驅動裝置，其中於該移動體係設置有透鏡。
  8. 一種電子機器，具有：壓電致動器，係具有：振動構件，包含有平板狀的壓電元件以及與該壓電元件成為將彼此的板面貼合而固接的電極板；以及驅動軸，固定於該振動構件；移動體，摩擦接觸於該壓電致動器的驅動軸；以及殼體，將該壓電致動器的驅動軸支持為可振動自如；該壓電致動器的該振動構件係外圍具有複數個頂點及將該頂點間予以連接的邊，該電極板係具有從該振動構件的邊凸起狀地突出的通電用連接部。
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