JP2010233404A - Bending displacement element, driving device having the bending displacement element, and use of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、屈曲変位素子および当該屈曲変位素子を備えた駆動装置、並びにその利用に関するものである。 The present invention relates to a bending displacement element, a driving device including the bending displacement element, and use thereof.
従来、電気機械変換素子(圧電素子)を用いて被駆動体を駆動するための駆動装置が提案されている。このような駆動装置は、例えば、カメラの撮影レンズ等、光学装置におけるレンズの駆動に用いられている。 Conventionally, a driving device for driving a driven body using an electromechanical conversion element (piezoelectric element) has been proposed. Such a driving device is used for driving a lens in an optical device such as a photographing lens of a camera, for example.
例えば特許文献1や特許文献2には、電圧印加により屈曲する圧電素子と、圧電素子の一端を保持する保持部材と、圧電素子の自由端と摩擦接触する被駆動体と、圧電素子と被駆動体とを一定の力で押し付けるための与圧機構とを備え、圧電素子の屈曲変位によって摩擦接触している被駆動体を移動させる駆動装置にかかる発明が開示されている。
For example, in
上記圧電素子は金属製の補強板(以後、「シム材」と称する)の両主面にそれぞれ圧電セラミックス等の圧電体が貼り付けられた構造を有している。各主面に貼り付けられた圧電体の収縮方向を異ならせることで、圧電素子を屈曲変位させる。また、このような駆動装置では、圧電素子の先端に摩擦部材を接着固定し、当該摩擦部材と被駆動体とを摩擦接触させることで当該被駆動体の安定した動作を実現することができる。 The piezoelectric element has a structure in which piezoelectric bodies such as piezoelectric ceramics are attached to both main surfaces of a metal reinforcing plate (hereinafter referred to as “shim material”). The piezoelectric element is bent and displaced by changing the contraction direction of the piezoelectric body attached to each main surface. Further, in such a driving device, a stable operation of the driven body can be realized by adhering and fixing a friction member to the tip of the piezoelectric element and bringing the friction member and the driven body into frictional contact.
しかしながら、特許文献1または特許文献2に記載の駆動装置に備えられる圧電素子は、シム材の両主面に圧電体が貼り合わされた構造となっているため、当該シム材の剛性により圧電素子の屈曲変位が妨げられる。その結果、圧電素子の変位量が少なくなり、且つ圧電素子の駆動速度も遅くなるという問題を生じる。
However, since the piezoelectric element provided in the driving device described in
また、上記圧電素子を製造するには、シム材に圧電体を貼り合わせる工程が必要となり、その結果として圧電素子のコストが高くなるという問題を生じる。 Further, in order to manufacture the piezoelectric element, a step of attaching a piezoelectric body to the shim material is required, resulting in a problem that the cost of the piezoelectric element increases.
さらに、上記圧電素子は、シム材に圧電体を貼り合わせて製造されるため、当該圧電素子の厚みが厚くなる。その結果、上記圧電素子を備えた駆動装置の小型化が困難となるという問題を生じる。 Furthermore, since the piezoelectric element is manufactured by bonding a piezoelectric body to a shim material, the thickness of the piezoelectric element is increased. As a result, there arises a problem that it is difficult to reduce the size of the driving device including the piezoelectric element.
一方、特許文献1または特許文献2に記載の駆動装置において、シム材を用いない圧電素子(以下、「シムレス圧電素子」と称する)を用いることで、これらの課題を解決することが類推される。しかし、シム材によって補強されていない圧電素子は強度が低い。そのため、駆動装置の製造工程において破損しやすく生産性が低くなるという問題を生じる。また、使用時の落下等による衝撃によって破損しやすいという問題を生じる。
On the other hand, in the driving device described in
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動速度の速さと機械的強度とを兼ね備えた、小型で安価な屈曲変位素子および当該屈曲変位素子を備えた駆動装置、並びにその利用を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a small and inexpensive bending displacement element that has both high driving speed and mechanical strength, and a driving device including the bending displacement element. As well as providing its use.
上記課題を解決するために、本発明にかかる屈曲変位素子は、電圧を印加することにより屈曲変位が励起される屈曲変位素子であって、圧電体が当該圧電体よりも薄い電極を介して積層された圧電素子と、摩擦部材と、中間部材とを備え、上記中間部材は、固定領域と機能領域とからなり、上記固定領域は、上記圧電素子の固定端を含まない自由端に固定され、上記機能領域には上記摩擦部材が設けられ、上記中間部材と上記圧電体とは電気的に接続しないことを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a bending displacement element according to the present invention is a bending displacement element in which bending displacement is excited by applying a voltage, and the piezoelectric body is laminated via an electrode thinner than the piezoelectric body. A piezoelectric element, a friction member, and an intermediate member, wherein the intermediate member includes a fixed region and a functional region, and the fixed region is fixed to a free end that does not include a fixed end of the piezoelectric element, The functional region is provided with the friction member, and the intermediate member and the piezoelectric body are not electrically connected.
上記構成によれば、屈曲変位素子は、圧電体が当該圧電体よりも薄い電極を介して積層された圧電素子と、中間部材と、摩擦部材とを備えていて、上記中間部材の機能領域には上記摩擦部材が設けられ、当該中間部材の固定領域は上記圧電素子の変位を妨げない領域(自由端)に固定されている。そのため、屈曲変位素子の変位量の減少を抑制することができる。また、上記中間部材の固定領域は、圧電素子の自由端の外周部に固定されているため、補強材としてシム材を用いずとも圧電素子の機械的強度を保つことができる。そのため、屈曲変位素子を製造する際にシム材に圧電体を貼り合わせる必要がなく、屈曲変位素子の厚みを薄くすることができ、さらに屈曲変位素子の製造コストを安くすることができる。また、上記中間部材と上記圧電体とは電気的に接続しないため、簡易に組立てすることができ、更に製造コストを安くすることができる。その結果、駆動速度の速さと機械的強度とを兼ね備えた、小型で安価な屈曲変位素子を提供することができる。 According to the above configuration, the bending displacement element includes the piezoelectric element in which the piezoelectric body is laminated via the electrode thinner than the piezoelectric body, the intermediate member, and the friction member, and is provided in the functional region of the intermediate member. Is provided with the friction member, and the fixed region of the intermediate member is fixed to a region (free end) that does not hinder the displacement of the piezoelectric element. Therefore, a decrease in the amount of displacement of the bending displacement element can be suppressed. Further, since the fixed region of the intermediate member is fixed to the outer peripheral portion of the free end of the piezoelectric element, the mechanical strength of the piezoelectric element can be maintained without using a shim material as a reinforcing material. Therefore, it is not necessary to attach a piezoelectric body to the shim material when manufacturing the bending displacement element, the thickness of the bending displacement element can be reduced, and the manufacturing cost of the bending displacement element can be reduced. Further, since the intermediate member and the piezoelectric body are not electrically connected, the intermediate member can be easily assembled, and the manufacturing cost can be further reduced. As a result, a small and inexpensive bending displacement element having both high driving speed and mechanical strength can be provided.
本発明にかかる屈曲変位素子では、上記中間部材は、上記屈曲変位素子の屈曲変位方向とは異なる方向に屈曲してもよい。 In the bending displacement element according to the present invention, the intermediate member may be bent in a direction different from the bending displacement direction of the bending displacement element.
上記構成によれば、例えば、本発明にかかる屈曲変位素子が駆動装置に備えられる場合に、屈曲変位素子の屈曲変位方向とは異なる方向に被駆動体を駆動させることができる。そのため、被駆動体が設けられる位置が屈曲変位素子の長手方向に限定されない。その結果、駆動装置の小型化を図ることができる。 According to the above configuration, for example, when the bending displacement element according to the present invention is provided in the driving device, the driven body can be driven in a direction different from the bending displacement direction of the bending displacement element. Therefore, the position where the driven body is provided is not limited to the longitudinal direction of the bending displacement element. As a result, the drive device can be downsized.
本発明にかかる屈曲変位素子では、上記中間部材は、上記圧電素子の自由端の長手方向に延設され、上記屈曲変位素子の変位量を拡大可能である。 In the bending displacement element according to the present invention, the intermediate member extends in the longitudinal direction of the free end of the piezoelectric element, and the amount of displacement of the bending displacement element can be increased.
上記構成によれば、屈曲変位素子の変位量をさらに拡大することができる。また、例えば、本発明にかかる屈曲変位素子が駆動装置に備えられる場合に、摩擦部材と被駆動体との接触位置を圧電素子から離すことができるため、被駆動体が設けられる位置が圧電素子の近傍に限定されない。その結果、駆動装置の小型化を図ることができる。 According to the said structure, the displacement amount of a bending displacement element can further be expanded. Further, for example, when the bending displacement element according to the present invention is provided in the driving device, the contact position between the friction member and the driven body can be separated from the piezoelectric element, and therefore the position where the driven body is provided is the piezoelectric element. It is not limited to the vicinity of. As a result, the drive device can be downsized.
本発明にかかる屈曲変位素子では、上記中間部材は、上記圧電素子の固有振動数とは異なる周波数の固有振動数を有することが好ましい。 In the bending displacement element according to the present invention, it is preferable that the intermediate member has a natural frequency having a frequency different from the natural frequency of the piezoelectric element.
上記構成によれば、上記圧電素子に比べ、上記中間部材は加工しやすく形状の自由度が高いため、中間部材の固有振動数を任意に変化させることができる。その結果、例えば、本発明にかかる屈曲変位素子が駆動装置に備えられる場合に、駆動装置の駆動周波数を任意に変更することができる。 According to the above configuration, since the intermediate member is easy to process and has a high degree of freedom of shape as compared with the piezoelectric element, the natural frequency of the intermediate member can be arbitrarily changed. As a result, for example, when the bending displacement element according to the present invention is provided in the driving device, the driving frequency of the driving device can be arbitrarily changed.
本発明にかかる屈曲変位素子では、上記中間部材は、上記圧電素子の自由端の長手方向に延設され、上記摩擦部材が設けられる位置を上記圧電素子から離間していてもよい。 In the bending displacement element according to the present invention, the intermediate member may extend in the longitudinal direction of the free end of the piezoelectric element, and the position where the friction member is provided may be separated from the piezoelectric element.
上記構成によれば、例えば、本発明にかかる屈曲変位素子が駆動装置に備えられる場合に、摩擦部材と被駆動体との接触位置を圧電素子から離すことができるため、被駆動体が設けられる位置が圧電素子の近傍に限定されない。その結果、目的に応じて被駆動体を設ける位置を自由に選択することができる。 According to the above configuration, for example, when the bending displacement element according to the present invention is provided in the driving device, the contact position between the friction member and the driven body can be separated from the piezoelectric element, and thus the driven body is provided. The position is not limited to the vicinity of the piezoelectric element. As a result, the position where the driven body is provided can be freely selected according to the purpose.
本発明にかかる駆動装置は、本発明にかかる屈曲変位素子と、上記屈曲変位素子の屈曲変位に連動して駆動する被駆動体とを備えていることを特徴としている。 A driving apparatus according to the present invention includes the bending displacement element according to the present invention and a driven body that is driven in conjunction with the bending displacement of the bending displacement element.
本発明にかかる駆動装置は本発明にかかる屈曲変位素子を備えている。その結果、駆動速度の速さと機械的強度とを兼ね備えた、小型で安価な駆動装置を提供することができる。 The drive device according to the present invention includes the bending displacement element according to the present invention. As a result, it is possible to provide a small and inexpensive driving device having both high driving speed and mechanical strength.
本発明にかかる撮像装置は、本発明にかかる駆動装置と、撮像対象となる物体を結像する光学系と、上記光学系により結像された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えており、上記駆動装置に備えられる被駆動体は、上記光学系を保持していることを特徴としている。 An image pickup apparatus according to the present invention includes the drive device according to the present invention, an optical system that forms an image of an object to be imaged, and an image pickup element that converts an image formed by the optical system into an electrical signal. And the to-be-driven body with which the said drive device is equipped has the said optical system, It is characterized by the above-mentioned.
本発明にかかる撮像装置は、本発明にかかる駆動装置を備えている。その結果、駆動速度の速さと機械的強度とを兼ね備えた、小型で安価な撮像装置を提供することができる。 An imaging apparatus according to the present invention includes a drive device according to the present invention. As a result, it is possible to provide a small and inexpensive imaging device that has both high driving speed and mechanical strength.
本発明にかかる電子機器は、本発明にかかる駆動装置、または本発明にかかる撮像装置を備えることを特徴としている。 An electronic apparatus according to the present invention includes the drive device according to the present invention or the imaging device according to the present invention.
本発明にかかる電子機器は、本発明にかかる駆動装置または撮像装置を備えている。その結果、駆動速度の速さと機械的強度とを兼ね備えた、小型で安価な電子機器を提供することができる。 An electronic apparatus according to the present invention includes the drive device or the imaging device according to the present invention. As a result, a small and inexpensive electronic device having both high driving speed and mechanical strength can be provided.
本発明にかかる屈曲変位素子は、電圧を印加することにより屈曲変位が励起される屈曲変位素子であって、圧電体が当該圧電体よりも薄い電極を介して積層された圧電素子と、摩擦部材と、中間部材とを備え、上記中間部材は、固定領域と機能領域とからなり、上記固定領域は、上記圧電素子の固定端を含まない自由端に固定され、上記機能領域には上記摩擦部材が設けられ、上記中間部材と上記圧電体とは電気的に接続しないという構成である。 A bending displacement element according to the present invention is a bending displacement element in which bending displacement is excited by applying a voltage, and a piezoelectric element in which a piezoelectric body is laminated via an electrode thinner than the piezoelectric body, and a friction member And an intermediate member, and the intermediate member includes a fixed region and a functional region, and the fixed region is fixed to a free end that does not include a fixed end of the piezoelectric element, and the friction member is provided in the functional region. The intermediate member and the piezoelectric body are not electrically connected.
それゆえ、十分な変位量を持ち、補強材としてシム材を用いずとも十分な機械的強度を保つことができるので、駆動速度の速さと機械的強度とを兼ね備えた、小型で安価な屈曲変位素子および当該屈曲変位素子を備えた駆動装置、並びに当該駆動装置を備えた撮像装置および電子機器を提供することができるという効果を奏する。 Therefore, it has a sufficient amount of displacement and can maintain sufficient mechanical strength without using shim as a reinforcing material, so it is a small and inexpensive bending displacement that combines high driving speed and mechanical strength. There is an effect that it is possible to provide an element and a driving apparatus including the bending displacement element, and an imaging apparatus and electronic apparatus including the driving apparatus.
本発明の実施の形態について説明すれば以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described as follows, but the present invention is not limited to this.
なお、本明細書中において範囲を示す「A〜B」は、「A以上、B以下」であることを示す。 In the present specification, “A to B” indicating a range indicates “A or more and B or less”.
〔1.屈曲変位素子〕
本発明にかかる屈曲変位素子は、電圧を印加することにより屈曲変位が励起される。本発明の実施形態である屈曲変位素子7の構成の一例を、図1および図2に基づき説明する。図1は、本発明の実施形態である屈曲変位素子7の構成を模式的に示す図である。図2は、本発明の実施形態である屈曲変位素子に備えられている圧電素子の構成を模式的に示す断面図である。
[1. Bending displacement element
In the bending displacement element according to the present invention, bending displacement is excited by applying a voltage. An example of the configuration of the bending
屈曲変位素子7は、圧電体5aが当該圧電体よりも薄い電極を介して積層された圧電素子5と、摩擦部材3と、中間部材4とを備えている。中間部材4は、固定領域4aと機能領域4bとからなる。中間部材4の固定領域4aは、圧電素子5の固定端を含まない自由端に固定される。また、中間部材4の機能領域4bには摩擦部材3が設けられている。
The bending
なお、圧電素子5の上記「固定端」とは、駆動装置の筐体等に固定される部分であって、電圧を印加することにより屈曲変位が生じない部分を指す。一方、圧電素子5の上記「自由端」とは、屈曲変位が生じる全ての部分、つまり上記「固定端」を除く全ての部分を指す。
The “fixed end” of the
圧電素子5に電圧が印加されると、圧電素子5の自由端は、図1の矢印(方向1)に示すように、固定端を軸としてXY平面に略平行な方向に屈曲変位する。なお、本明細書では、図1の矢印(方向1)が示すような、自由端が屈曲変位する方向を「屈曲変位方向」という。
When a voltage is applied to the
中間部材4は、圧電素子5に固定される固定領域4aと、圧電素子5とは直接接触していないが摩擦部材3が固定される機能領域4bとから構成される。また、中間部材4と圧電素子5とは電気的に接続されておらず、中間部材4の固定領域4aは、圧電素子5の主面に接着剤等により接着固定されている。
The
中間部材4の固定領域4aは、従来の圧電素子におけるシム材のように圧電素子5の略全面に貼付けられるものではなく、圧電素子5の固定端を除く自由端の一部に固定され、圧電素子5の屈曲変位を妨げにくいように配置されていることが好ましい。後述するように、圧電素子5は圧電セラミックからなる圧電体5aを含む脆性材料であり、圧電素子5の角部分や辺部分は、物理的な衝撃が加えられると欠けて破損しやすい。したがって、屈曲変位素子7における中間部材4は、摩擦部材3と圧電素子5とを連結させるだけでなく、圧電素子5の角や辺を含む領域(以下、「外周部」という)を保護して圧電素子5の機械的強度を向上させる観点から、圧電素子5の自由端の外周部の一部のみに貼り付けられる形状とすることがより好ましい。
The fixed
圧電素子5の外周部とは、具体的には、圧電素子5の主面の自由端の長手方向の長さを100%とした場合に自由端のX方向に平行な辺から0〜30%の範囲と、圧電素子5の主面の自由端の幅方向の長さを100%とした場合に自由端のY方向に平行な辺から0〜15%の範囲と、XY平面に平行な圧電素子5の側面の自由端の長手方向の長さを100%とした場合に自由端のX方向に平行な辺から0〜30%の範囲と、XZ平面に平行な圧電素子5の厚み方向の側面全体とを指す。
Specifically, the outer peripheral portion of the
また、中間部材4の機能領域4bは、圧電素子5の屈曲変位を摩擦部材3に伝達する働きを有するものであるが、その形状を変更することによりさらに他の機能を付与することができる。例えば、図1に示すように、中間部材4の機能領域4bの一辺に「切り込み」が形成された板形状であり、上記「切り込み」が圧電素子5の自由端側のZ方向の辺と平行になるように中間部材4が配置されている場合は、圧電素子5の屈曲運動に伴って中間部材4がシーソー運動するため、圧電素子5はXY平面に略平行な方向に屈曲変位するのに対し、中間部材4の機能領域4bおよび中間部材4の機能領域4bに設けられた摩擦部材3は、図1の矢印(方向2)に示すようにXZ平面に略平行な方向に屈曲変位する。
In addition, the
つまり、図1に示すような形状を有する中間部材4は、屈曲変位素子7の屈曲変位方向とは異なる方向に摩擦部材3を変位させることができる機能(変位方向変換機能)が付与されている。このような変位方向変換機能が付与された中間部材4を用いることによって、後述する図4および図5に示す駆動装置10において、屈曲変位素子7の厚み方向(X方向)が被駆動体2の移動方向(Z方向)と垂直となるように、屈曲変位素子7を配置することが可能となる。その結果、駆動装置10の幅方向(X方向)の小型化を図ることができる。
That is, the
中間部材4の他の構成を図3に基づきさらに説明する。図3は、屈曲変位素子の変位量を拡大する機能と、摩擦部材が設けられる位置を圧電素子から離間する機能とを兼ね備えた中間部材を備える屈曲変位素子の構成を模式的に示す図である。図3の(a)に示す中間部材4では、圧電素子5の自由端の長手方向に延設された位置に摩擦部材3を配置できるように中間部材4の機能領域4bが形成されている。
Another configuration of the
中間部材4を図3の(a)に示すような形状にすれば、例えば、後述する図4および図5に示す駆動装置10において、被駆動体2の被駆動体接触部2aの配置が圧電素子5の近傍に制限されない。例えば、圧電素子5の厚みが原因となり被駆動体2の被駆動体接触部2aと圧電素子5とを近接して配置することができない場合は、圧電素子5よりも薄い板状部材から形成される中間部材4の機能領域4bを延設すればよい。図3の(a)に示すような形状の機能領域4bを有する中間部材4を備えた屈曲変位素子7を用いることで、駆動装置10の幅方向(X方向)の小型化を図ることができる。
If the
また、図3の(a)に示す中間部材4の機能領域4bには、被駆動体2の被駆動体接触部2aと摩擦部材3とが接触する面が屈曲変位素子7の主面に対して平行になるように摩擦部材3が設けられている。一方、図3の(b)に示す中間部材4の機能領域4bには、被駆動体2の被駆動体接触部2aと摩擦部材3とが接触する面が屈曲変位素子7の主面に対して垂直(屈曲変位素子7の厚み方向)になるように摩擦部材3が設けられている。このような形状を有する中間部材4は、屈曲変位素子7の厚み方向に被駆動体2を駆動させる場合に好適に用いることができる。
Further, in the
通常、駆動装置に用いられる圧電素子5は厚みが1mm以下である。特に、携帯電話用のカメラモジュール等では、駆動装置を小型化する観点から、厚みが0.5mm程度の非常に薄い圧電素子5が用いられる。このような厚みが薄い圧電素子5において、被駆動体2の被駆動体接触部2aと摩擦部材3とが接触する面が圧電素子5の厚み方向に平行になるように摩擦部材3を精度良く取り付けることは困難である。このような場合に、中間部材4の機能領域4bに圧電素子5の厚み方向に対して平行な面を形成すれば、この面の大きさを圧電素子5の厚みよりも大きくすることができるため、摩擦部材3の取り付けが容易になり生産性が向上する。
Usually, the
なお、図3の(a)および(b)に示す中間部材4の機能領域4bは圧電素子5の自由端の長手方向に延設されるため、摩擦部材3は圧電素子5の自由端の末端から機能領域4bの長さの分だけ離間して設けられる。この場合、機能領域4bの長手方向の長さをaとすると、機能領域4bが延設されなかった場合と比べて摩擦部材3の変位量がasinθ大きくなる。したがって、図3の(a)および(b)に示す中間部材4を用いれば、屈曲変位素子7の屈曲変位量を容易に拡大させることができる。
3A and 3B, the
また、中間部材4の機能領域4bにおいて、機能領域4bの固有振動数が圧電素子5の固有振動数と異なる振動数になるように中間部材4の形状および材質を設定することにより、駆動装置10の駆動周波数は中間部材4の固有振動数近傍となる。したがって、駆動装置10の駆動周波数を任意に変更することができる。
In addition, by setting the shape and material of the
圧電素子5の固有振動数を変化させて駆動装置10の駆動周波数を変更するには、圧電素子5の形状および材質を変更する必要がある。しかし、圧電素子5の配置スペースや推力等の制限があり、圧電素子5の固有振動数を変更することは容易ではない。一方、中間部材4は加工しやすい素材(例えば、ステンレス鋼、アルミニウム等)から形成されるため、圧電素子5と比べて形状および材質の自由度が高い。そのため、中間部材4の固有振動数を変更することは容易である。したがって、中間部材4の形状を変更することによって駆動装置10の駆動周波数を容易に変更することができる。
In order to change the driving frequency of the driving
具体的には、中間部材4の厚みを変えたり、機能領域4bの長手方向の長さを変えたり、中間部材4の材質を変えたりすることによって中間部材4の固有振動数を所望の値に設定することができる。
Specifically, the natural frequency of the
中間部材4としては、落下衝撃を吸収し、中間部材4の塑性変形や剥離等の損傷が生じにくいことから、弾性を有する金属から形成されていることが好ましい。上記「弾性を有する金属」としては、特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス鋼(SUS)、アルミニウム、リン青銅等を挙げることができる。
The
次いで、本実施形態で用いた圧電素子5について図2の断面図に基づいて説明する。図2は、本発明の実施形態である屈曲変位素子に備えられている圧電素子の構成を模式的に示す断面図である。圧電素子5は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電セラミックからなる圧電体5aが電極を介して積層された構造を有している。上記電極は、電極5c、電極5d、および中央電極5bの3種類の形状を有しており、同一の形状を有する電極同士は、それぞれ図2中の矢印で示す積層方向において貫通電極5eを用いて電気的に接続されている。
Next, the
さらに、圧電体5aは中央電極5bをグランド電極として、電極5cと電極5dとにおいて分極処理が行われている。具体的には、中央電極5bと電極5cとの間、および中央電極5bと電極5cとの間にそれぞれ電圧を印加することによって、それぞれ屈曲方向が異なる変位を得ることができる。
Furthermore, the
圧電体5aの積層数としては、例えば4〜20層程度の圧電体5aが積層されたものを用いることができる。しかし、圧電体5aの積層数は、屈曲変位素子7に求められる厚みや推力等によって適宜決定されるものであり、本発明は上述した構成に限定されるものではない。
As the number of stacked
また、圧電体5aの厚さは10〜40μmの範囲であることが好ましい。さらに、電極5c、電極5d、および中央電極5bとしては、それぞれ圧電体5aよりも厚みが薄い銅やアルミニウム、銀等の薄膜を用いることが好ましい。具体的には、電極5c、電極5d、および中央電極5bの各電極の厚みは5μm以下であることが好ましい。
The thickness of the
このような圧電素子5は、従来の圧電素子のように圧電体5aをシム材を用いて貼り合わせていない。そのためこのような圧電素子5を有する屈曲変位素子7においては、シム材の剛性に起因する屈曲変位素子7の駆動変位量の低下が起こらない。また、圧電素子5の製造の際に圧電体5aとシム材とを貼り合わせる工程を必要としないため、屈曲変位素子7の生産コストを抑えることができる。
In such a
本発明にかかる屈曲変位素子は、駆動装置に備えられることに限定されるものではなく、例えば、インクジェット用の記録ヘッド、燃料電池や医療用の小型ポンプ等に好適に利用することができる。 The bending displacement element according to the present invention is not limited to being provided in a driving device, and can be suitably used for, for example, an ink jet recording head, a fuel cell, a medical small pump, and the like.
〔2.駆動装置〕
本発明の実施形態である駆動装置10の構成の一例を、図4に示す斜視図、図5の(a)に示す側面図、および図5の(b)に示す正面図に基づき説明する。なお、本発明にかかる屈曲変位素子については、「1.屈曲変位素子」で説明したとおりであるので、ここでは省略する。また、以下の説明においては、図中に示すように、被駆動体2の移動方向をZ方向とし、静止状態における屈曲変位素子7の長手方向であり、且つZ方向に対して垂直である方向をY方向とし、静止状態における屈曲変位素子7の厚み方向であり、且つY方向およびZ方向に対して垂直な方向をX方向とする。
[2. (Driver)
An example of the configuration of the
図4および5に示す本実施の形態にかかる駆動装置10は、電圧を印加することにより屈曲変位が励起される屈曲変位素子7と、屈曲変位素子7の一端を固定する固定部材6aと、屈曲変位素子7に設けられた摩擦部材3と摩擦接触する被駆動体2と、被駆動体2の被駆動体接触部2aを摩擦部材3側へ付勢する与圧部材1と、被駆動体2を方向にスライド自在に保持するガイド軸8と、筐体6とを備えている。
4 and 5 includes a bending
駆動装置10において、屈曲変位素子7に電圧が印加されると、屈曲変位素子7は、XY平面に対して略平行方向に変位する。屈曲変位素子7の自由端には中間部材4を介して摩擦部材3が設けられている。摩擦部材3の変位に伴い、被駆動体2から突起状に形成された被駆動体接触部2aに設けられる接触部材2dと摩擦部材3とが摩擦接触する。その結果、被駆動体2がガイド軸8に沿ってZ方向にスライドして駆動される。
In the driving
図4および5に示す実施形態では、屈曲変位素子7は、屈曲変位素子7の主面の一部が筐体6に設けられた固定部材6aのYZ平面に接着固定され、被駆動体2の移動方向(Z方向)と屈曲変位素子7の主面とが平行になるように配置されている。
In the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the bending
屈曲変位素子7は、電圧を印加されると屈曲変位が励起される。ここで、屈曲変位素子7に印加される上記「電圧」としては、特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択すればよいが、通常、1.5V〜30Vである。なお、屈曲変位素子7に印加される電圧の制御方法に関しては、従来用いられている方法を用いればよい。
When the voltage is applied to the bending
与圧部材1の両端部は、被駆動体2の被駆動体与圧部2bおよび筐体6の筐体与圧部6bのそれぞれに固定されている。与圧部材1は、コイルばねなどのように弾性を有する部材であればよい。与圧部材1と摩擦部材3との間には、被駆動体2の被駆動体接触部2aと、被駆動体接触部2aに接着固定された接触部材2dとが挟まれて配置されており、与圧部材1は、被駆動体2の被駆動体接触部2aを摩擦部材3(接触部材2d)側へ常時付勢する構成である。このような構成によって、被駆動体2は安定した位置を保つことができる。
Both end portions of the pressurizing
被駆動体2は、屈曲変位素子7の屈曲変位に連動して移動する部材であり、被駆動体2から突起状に形成された被駆動体接触部2aと、被駆動体接触部2aにおける摩擦部材3側に形成された接触部材2dとを有している。被駆動体接触部2aおよび接触部材2dは、被駆動体2と一体となって移動するように設けられていればよい。例えば、被駆動体2に接着固定されてもよく、被駆動体2と一体になるように形成されてもよいが、本発明はこれに限定されない。
The driven
ガイド軸8は、被駆動体2をZ方向に沿って円滑に移動させるためのガイドであればよい。本実施形態では、ガイド軸8は筐体6のXY平面に対してZ方向に垂直に設けられた軸であり、ガイド軸8は被駆動体2に設けられた軸孔に通されている。ガイド軸8は、被駆動体2を保持するものであれば軸に限定されず、例えばリニアガイドや板ばね等であってもよい。
The
図4には示さないが、駆動装置10は、屈曲変位素子7の往復屈曲速度が異なるように、屈曲変位素子7に印加する電圧を制御する駆動機構を有していてもよい。この駆動機構では、屈曲変位素子7の往復屈曲速度差によって被駆動体2と摩擦部材3との間に作用する摩擦力を変化させ、被駆動体2と摩擦部材3との間に擦移動差を生じさせることによって、被駆動体2のZ方向における変位量(移動量)を変化させることができる。
Although not shown in FIG. 4, the driving
具体的には、屈曲変位素子7に印加する電圧をデューティー比の異なる矩形波形状とし、屈曲変位素子7の往復で速度差を設ける。速度が遅い側は被駆動体2と摩擦部材3との間に作用する摩擦力により、被駆動体2が連れ動き変位する。一方、速度が早い側は被駆動体2と摩擦部材3との間で滑りが生じ、変位が少なくなる。この現象により、一方向に被駆動体2を移動させることができる。また、デューティー比を逆転させることにより、逆方向に被駆動体2を移動させることができ、印加電圧の制御により、Z方向の任意の方向に被駆動体2を移動させることが可能となる。屈曲変位素子7を往復屈曲させるための駆動周波数としては、通常、数kHz以上が用いられるが、好ましくは非可聴である超音波周波数(20kHz以上)が用いられる。
Specifically, the voltage applied to the bending
〔3.撮像装置〕
本発明の実施形態である撮像装置の構成の一例を、図4に示す正面図に基づき説明する。本発明の実施形態である撮像装置は、本発明にかかる駆動装置と、撮像対象となる物体を結像する光学系と、上記光学系により結像された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えている。なお、本発明にかかる駆動装置については、「2.駆動装置」で説明したとおりであるので、ここでは省略する。
[3. Imaging device]
An example of the configuration of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention will be described based on the front view shown in FIG. An image pickup apparatus according to an embodiment of the present invention includes a drive device according to the present invention, an optical system that forms an image of an object to be imaged, and an image sensor that converts an image formed by the optical system into an electrical signal. It has. The drive device according to the present invention is as described in “2. Drive device”, and is omitted here.
図4に示す駆動装置10をカメラモジュール(カメラなどの撮像装置のレンズ駆動)に応用する場合は、被駆動体2の中央部に円環状のレンズ取り付け部2cを設けることによって、レンズバレル、レンズ等の光学系を直接保持するレンズ保持枠として被駆動体2を機能させることができる。被駆動体2のレンズ取り付け部2cにレンズを保持させる場合、被駆動体2の移動方向(Z方向)は、上記レンズの光軸方向となる。また、駆動装置10の駆動機構によって被駆動体2が光軸方向(Z方向)に駆動されると、レンズ取り付け部2cに取り付けられたレンズのオートフォーカス(AF)動作が実現でき、駆動装置10をカメラモジュールのAF用駆動装置として好適に利用することができる。
When the driving
〔4.電子機器〕
本発明にかかる電子機器は、上述した駆動装置または撮像装置を備えている。そのような電子機器としては、特に限定されるものではなく、例えば、携帯電話機、ゲーム機、PDA、パソコン等を挙げることができる。
[4. Electronics〕
An electronic apparatus according to the present invention includes the drive device or the imaging device described above. Such an electronic device is not particularly limited, and examples thereof include a mobile phone, a game machine, a PDA, and a personal computer.
なお、本発明にかかる駆動装置については「2.駆動装置」で説明したとおりであり、本発明にかかる撮像装置については「3.撮像装置」で説明したとおりであるので、ここでは省略する。 The drive device according to the present invention is as described in “2. Drive device”, and the image pickup device according to the present invention is as described in “3.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明にかかる屈曲変位素子は、例えば、カメラモジュール等のメカニカルシャッター、インクジェット用の記録ヘッド、燃料電池や医療用の小型ポンプ等に好適に利用することができる。したがって、屈曲変位素子を備えた電子機器を製造する全ての電子機器産業において広く利用することができる。 The bending displacement element according to the present invention can be suitably used for, for example, a mechanical shutter such as a camera module, an ink jet recording head, a fuel cell, a medical small pump, and the like. Therefore, the present invention can be widely used in all electronic equipment industries that manufacture electronic equipment having a bending displacement element.
また、本発明にかかる屈曲変位素子を備えた駆動装置は、例えば、カメラモジュールなどの撮像装置または電子機器に好適に利用できる。したがって、駆動装置を用いた撮像装置または電子機器を製造する全ての電子機器産業において広く利用することができる。 Moreover, the drive device provided with the bending displacement element concerning this invention can be utilized suitably for imaging devices or electronic devices, such as a camera module, for example. Therefore, it can be widely used in all electronic equipment industries that manufacture imaging devices or electronic equipment using a driving device.
1 与圧部材
2 被駆動体
2a 被駆動体接触部
3 摩擦部材
4 中間部材
4a 固定領域
4b 機能領域
5 圧電素子
5a 圧電体
5b 中央電極
5c 電極
5d 電極
5e 貫通電極
6a 固定部材
7 屈曲変位素子
8 ガイド軸
10 駆動装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上記屈曲変位素子は、圧電体が当該圧電体よりも薄い電極を介して積層された圧電素子と、摩擦部材と、中間部材とを備え、
上記中間部材は、固定領域と機能領域とからなり、
上記固定領域は、上記圧電素子の固定端を含まない自由端に固定され、
上記機能領域には上記摩擦部材が設けられ、
上記中間部材と上記圧電体とは電気的に接続しないことを特徴とする屈曲変位素子。 A bending displacement element in which bending displacement is excited by applying a voltage;
The bending displacement element includes a piezoelectric element in which a piezoelectric body is laminated via an electrode thinner than the piezoelectric body, a friction member, and an intermediate member,
The intermediate member is composed of a fixed region and a functional region,
The fixed region is fixed to a free end not including the fixed end of the piezoelectric element,
The functional region is provided with the friction member,
The bending displacement element, wherein the intermediate member and the piezoelectric body are not electrically connected.
上記屈曲変位素子の屈曲変位に連動して駆動する被駆動体とを備えていることを特徴とする駆動装置。 A bending displacement element according to any one of claims 1 to 5,
And a driven body that is driven in conjunction with the bending displacement of the bending displacement element.
撮像対象となる物体を結像する光学系と、
上記光学系により結像された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えており、
上記駆動装置に備えられる被駆動体は、上記光学系を保持していることを特徴とする撮像装置。 A drive device according to claim 6;
An optical system for imaging an object to be imaged;
An image sensor that converts an image formed by the optical system into an electrical signal;
An imaging apparatus, wherein a driven body provided in the driving apparatus holds the optical system.
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JP2013099130A (en) * | 2011-11-01 | 2013-05-20 | Hiroshima Univ | Vibration power generation device |
CN103226229A (en) * | 2012-01-26 | 2013-07-31 | Tdk株式会社 | Lens driving device |
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