JP2010075000A - レンズモジュール及びそれに用いられる圧電駆動体 - Google Patents

Abstract

【課題】 静止部材や磁石の表面等が導電性である場合、前記静止部材や磁石と接着する場合に必要であった、電気的短絡防止のための表面へ絶縁コーティング処理が、前記絶縁コーティングが不要となり、コストが低減され、比較的密着に絶縁用のスリットを設けた外部電極構造とすることができ、絶縁の確保も確実にできるレンズモジュール及びそれに用いられた圧電駆動体を提供する。
【解決手段】 内部電極１５が引き出される２つの外部電極面の表面に形成された外部電極１６薄膜が圧電セラミック層の保護部分１３において、１つまたは複数の機械加工されたスリット１７によって分離された外部電極構造を有するよう構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、所定の方向に移動する光学レンズを備えるレンズモジュールに係り、特に、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラあるいは携帯電話のカメラに用いて好適なレンズモジュールに関し、さらに詳しくは、オートフォーカスやズーム機構を有する光学機器に好適なレンズモジュールに関する。

カメラにオートフォーカスやズーム機能を持たせるためには、光軸に沿って光学レンズを移動させる機構が必要であり、従来から電磁式のモーターを用いた方法が知られている。近年、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話にみられるように、機器の小型化が急速に進み、それに伴って電磁式のモーターから、圧電素子に代表される電気機械変換素子によるレンズ移動の方法が提案されている（たとえば特許文献１）。

しかし、この特許文献１に開示されている方法では、光学レンズを移動させる移動軸が他の部材と実質的に摩擦係合している箇所が多いため、摩擦係合部分の摩擦力を制御するのが煩雑となることにより、光学レンズを安定駆動することが困難であるという問題がある。

この問題点に対処する技術として、本願発明者らによる特許文献２の技術がある。図４は、レンズモジュールの構成例を示す図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。すなわち、ハウジング４３に一端が固定された圧電セラミック積層素子４１と、この圧電セラミック積層素子４１の他端に接着された磁石４２からなる駆動体と、磁石４２に吸着可能な材質からなる移動体４４と、この移動体４４に一体化されたレンズホルダー４５と、このレンズホルダー４５に支持または一体化された光学レンズとを備えたレンズモジュールにおいて、移動体４４の摺動部分の形状を平面状にして、さらに移動体４４または磁石４２の一方の表面に硬質薄膜を形成することでガイドピン４６に沿って行われる繰り返しの動作の耐久性を向上させたレンズモジュールである。

レンズモジュールの参考文献としては、他に特許文献３、４がある。

特開平７−２７４５４６号公報 国際公開番号 ＷＯ２００８／０３８６３６ Ａ１ 特開２００７−３３９８３号公報 特開２００７−１１４７４８号公報

本願発明の基となる電気機械変換素子としては、圧電セラミックと内部電極を交互に積層した圧電セラミック素子による圧電セラミック積層アクチュエータが用いられる。図５は、基となる圧電駆動体に用いられる圧電セラミック積層素子を示す図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。このアクチュエータは、上下面に圧電セラミック層の保護層として不活性部である圧電セラミックのみが積層されてなる圧電セラミック層の保護部分５３と圧電セラミック層５２と内部電極５５が交互に積層されてなる圧電セラミック層の活性部分５４とから構成される。積層方向における両側面には１層毎に対向電極構造を成すように内部電極５５が引き出され、外部電極５６に接続される。端子電極としての外部電極５６は、前記圧電セラミック積層アクチュエータを個々に、或いは個々に切断する以前の短冊状の積層体ブロックに対して、前記積層体の側面全部に、蒸着法やスパッタ法などで導電性薄膜を形成するか、或いは導電性ペーストを塗布、焼き付けをすることで形成する。さらに、前記外部電極５６に、絶縁コーティング５７を、施して圧電セラミック積層素子５１を形成する。

図６に、本願発明の基となる圧電駆動体の斜視図を示す。圧電駆動体６１において使用される圧電セラミック積層素子６２は、下面に静止部材６４と上面に磁石６３が接着剤にて接着される。しかし、前記静止部材６４や磁石６３の表面等が導電性である場合、外部電極面に隣接する接着面にあたる上側或いは下側の面において短絡を起こす可能性があるのでそれを防止するため、前記静止部材６４や圧電駆動体の圧電セラミック積層素子６２の表面に絶縁コーティング６５の処理が施されている。この絶縁コーティングの分だけ機器のコストが高くなる問題がある。

一方、絶縁処理は、蒸着法やスパッタ法、或いは導電ペースト塗布にて、外部電極を形成する際に、保護部分の不活性層にマスキングを施し、絶縁部分を形成することにより、圧電セラミック積層アクチュエータ側で外部電極と上下の接着面との間に絶縁用のスリットを作製することも可能である。しかし、近年において、機器の小型化が進み、圧電セラミック積層アクチュエータにおいても同様に小型化の要求が著しく高まり、縦と横が１ｍｍ以下、高さも１ｍｍ以下の小型化が求められている。さらに保護層の厚みも１００μｍ以下となり、絶縁用のスリットを形成する際のマスキングの位置合わせが難しく、非常に時間を要する。さらにマスクキングの位置決めがされても、マスキング幅が細くなるため、確実な絶縁用のスリットを形成することが難しい。本発明の課題は、レンズモジュールに用いられる圧電駆動体において、生産性に優れ、確実に絶縁を確保し、低コストな圧電駆動体を提供することである。

本発明は、所定の方向に移動する光学レンズを備えるレンズモジュールに用いられる電気機械変換素子の圧電セラミック積層アクチュエータの圧電セラミック積層素子の圧電セラミックの保護部分において、外部電極に機械加工により、１つまたは複数のスリットを設けて、絶縁用のスリットを設けた外部電極構造とすることにより、上下の接着面と外部電極間の絶縁を確保した圧電駆動体である。

本発明によれば、静止部材と、所定方向に伸縮するようにして該静止部材に固定された電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記伸縮に併せて前記所定方向に変位するように前記電気機械変換素子に固定された磁石と、レンズホルダーと、該レンズホルダーに保持された光学レンズと、該レンズホルダーの一部に設けられた、前記磁石に対して吸着可能な材質からなる移動体と、を備えるレンズモジュールにおいて、前記電気機械変換素子は圧電セラミック積層アクチュエータであり、内部電極が引き出される２つの外部電極面の表面に形成された外部電極薄膜が圧電セラミック層の保護部分において、１つまたは複数の機械加工されたスリットによって分離された外部電極構造を有していることを特徴とするレンズモジュールが得られる。

本発明によれば、レンズモジュールに用いられる圧電駆動体が得られる。

従来であると、静止部材や磁石の表面等が導電性である場合、前記静止部材や磁石と接着する場合に必要であった、電気的短絡防止のための表面への絶縁コーティング処理が、本発明による圧電駆動体であれば前記絶縁コーティングが不要となり、コストが低減する。又、本発明の場合は、比較的容易に絶縁用のスリットを設けた外部電極構造とすることができ、絶縁の確保も確実にできる。

以下に、図面を用いて、本発明の実施の形態を詳述する。

図１は本発明のレンズモジュールに用いられる圧電セラミック積層素子を示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。本発明に使用される圧電セラミック積層素子１１は、図１に示すように、上下面に圧電セラミック層の保護層として不活性部である圧電セラミックのみが積層されてなる圧電セラミック層の保護部分１３と圧電セラミック層１２と内部電極１５が交互に積層されてなる圧電セラミック層の活性部分１４とから構成されている。内部電極１５は１層毎に対向電極をなすように積層され、２つの素子側面の外部電極１６に引き出されてそれぞれ接続されている。さらに、外部電極１６の圧電セラミック層の保護部分１３の部分においてはスリット１７が設けられている。

圧電セラミックは、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ₃（以下ＰＺＴと略す）を主成分とする圧電セラミックス材料で形成すると良い。この圧電セラミックは、ＰＺＴ以外の材料であっても良いが、その圧電特性を示す圧電定数ｄ₃₃（圧電縦方向歪定数）が高いものを選定する。

各圧電セラミック層１２に所定の電圧を印加し、圧電セラミック積層素子１１に逆圧電効果による変位を起こさせる作用を成す。従来、圧電セラミック層の厚み、つまり内部電極間の距離は２５０〜１００μｍであったが、近年の低電圧駆動化の要求から３０〜１５μｍで設計することが望ましい。また、圧電セラミック積層アクチュエータは電圧を印加してより大きな変位量を得るために、積層数を増加させる方法がとられ、実際には数十層以上が望ましいが、図１では説明のため、圧電セラミック層の活性部分１４を６層としている。

外部電極１６は、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ等の導電性を備えた金属及びそれらの合金から構成されていても良いが、内部電極と同一金属又は同一合金を主成分とすることが望ましい。外部電極１６にはリード線やリードフレームが半田や導電接着剤により接続固定される（図示なし）。

本発明の圧電駆動体に使用される圧電セラミック積層素子１１の製造方法について説明する。ＰＺＴ等の圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系、ブチラール系等の有機樹脂からなるバインダー、ＭＦＧ（メチルプロピレングリコール）、ＢＣ（ブチルカルビトール）等の有機溶剤とＤＯＰ（フタル酸ジオチル） 、ＢＰＢＧ（ブチルフタリルグリコール酸ブチル）等の可塑剤とを混合、分散させてスラリーを作製し、該スラリーを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート成型法により圧電セラミックとなるセラミックグリーンシートを作製する。

次に、例えばＡｇ／Ｐｄ粉末にバインダー、可塑剤等を添加混合して導電性ペーストを作製し、これを前記各グリーンシートの上面にスクリーン印刷によって１〜５μｍの厚みに印刷する。そして、上面に導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを複数積層するとともに、この積層体の上下面に、導電性ペーストが印刷されていないグリーンシートを複数積層し、熱プレスにより一体化し、その後、この積層体をバインダーの種類に合わせて４００〜５００℃間の温度を選択して脱バインダー熱処理を行った後、大気雰囲気中１０００℃で焼成することによって作製される。

図２に、本発明の圧電駆動体の斜視図を示す。圧電駆動体２１において使用される圧電セラミック積層素子２２は、下面に静止部材２４と磁石２３が接着剤にて接着される。静止部材２４や磁石２３の表面等が導電性である場合でも、事前に圧電セラミック積層素子２２の外部電極２５表面に絶縁のためにスリット２６を施した本発明の圧電セラミック積層素子２２を用いているので、外部電極面に隣接する接着面にあたる上側或いは下側の面において短絡を起こすことはない。

本発明の圧電駆動体をレンズモジュールに適用した構成例を、図４の基となるレンズモジュールの構成例を示す図を用いて説明する。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。すなわち、ハウジング４３に一端が固定された圧電セラミック積層素子４１と、この圧電セラミック積層素子４１の他端に接着された磁石４２からなる駆動体と、磁石４２に吸着可能な材質からなる移動体４４と、この移動体４４に一体化されたレンズホルダー４５と、このレンズホルダー４５に支持または一体化された光学レンズとを備えたレンズモジュールにおいて、移動体４４の摺動部分の形状を平面状にして、さらに移動体４４または磁石４２の一方の表面に硬質薄膜を形成することでガイドピン４６に沿って繰り返しの動作が行われるレンズモジュールである。この圧電セラミック積層素子４１を、本発明の構造にすると、従来であると、静止部材や磁石の表面等が導電性である場合、前記静止部材や磁石と接着する場合に必要であった、電気的短絡防止のための表面へ絶縁コーティング処理が、本発明による圧電駆動体であれば前記絶縁コーティングが不要となり、コストが低減する。又、本発明の場合は、比較的容易に絶縁用のスリットを設けた外部電極構造とすることができ、絶縁の確保も確実にできる。

図３は、本発明の圧電セラミック積層素子を加工作製する工程を示している。図３（ａ）のように焼成した積層体を、図３（ｂ）のように所定の大きさにスライス加工し、図３（ｃ）のように加工された積層体のスライスブロック体の側面へスパッタ法にて外部電極を形成する。図３（ｄ）のように、この外部電極付きのスライスブロック体において、圧電セラミック層の上下保護層部分の外部電極をダイシングソーにて所望の幅にスクライブ加工をすることにより、電気絶縁のためのスリットを設ける。同様に、裏側も行う。スリットを形成した後、図３（ｅ）のように、個々の大きさに切断することで本発明の圧電駆動体に使用される圧電セラミック積層素子が完成する。

圧電縦方向歪定数ｄ₃₃＝８５０であり、組成が５０ＰｂＮｉＮｂ（ニッケルニオブ酸鉛）−１５ＰｂＺｒ（ジルコン酸鉛）−３５ＰｂＴｉ（チタン酸鉛）表される平均粒径が０．７μｍの圧電セラミックスの仮焼粉末５０ｗｔ％、アクリル樹脂系バインダー５ｗｔ％、溶剤としてメチルプロピレングリコール（ＭＦＧ）を３３ｗｔ％、ブチルカルビトール（ＢＣ）が１０ｗｔ％、可塑剤としてフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）が２ｗｔ％となる混合比率でホモジナイザーにて混合、分散してスラリーを作製し、前記スラリーをドクターブレード法にて２５μｍ厚みに調整して、セラミックグリーンシートを作製した。

次に、平均粒径が０．５μｍ、Ａｇ／Ｐｄ＝８０／２０の粉末６０ｗｔ％、バインダーとしてエチルセルロース４ｗｔ％、溶剤としてテルピネオールが３６ｗｔ％の混合比率になるよう３本ロールにて混練して導電性ペーストを作製し、これをグリーンシートの上面へスクリーン印刷法にて２μｍ厚み目標にスクリーンメッシュは４００メッシュを用いて、形成した。

そして、Ａｇ／Ｐｄペーストが印刷されたグリーンシート６０枚を積層するとともに、この積層体の上下面に、導電性ペーストが印刷されていないグリーンシートを１０層ずつ積層し、７０℃、５０ｋｇｆ／ｃｍ、３０分の条件にて熱プレス機で一体化させた。この積層体を大気雰囲気中、４５０℃で脱バインダーを行った後、大気雰囲気中、１０００℃で焼成し、内部電極の厚みが１．５μｍで、圧電セラミックの厚みが２０μｍ、圧電セラミック活性層が６０層の積層体を得た。

その後、焼結された積層体を、ワイヤーソーにより積層方向に対し垂直に切断し、厚さ１ｍｍのスライス体とした。スライス体において内部電極が対向電極をなすよう引き出されている２つの面へスパッタ法にて外部電極を形成した。スパッタする金属は２層構造とし、１層目は内部電極との接続性からＮｉ、２層目を腐食の少ないＡｇとした。

この外部電極付きのスライス体において、保護層部分の外部電極をダイシングソーにてスクライブ加工をすることにより、幅５０〜１００μｍ、深さ５０μｍのスリットを設けた。スリット幅の調整はダイシングソーの刃厚みや複数回の往復の際に微小なピッチ移動することで調整可能である。

そして、個々の部品とするために、ワイヤーソーまたはダイシングソーにより１ｍｍの幅の素子になるように切断して、形状を１ｍｍ×１ｍｍ×１．５ｍｍとし、その後、外部電極間に室温にて、直流電圧１００Ｖｄｃ、を１５分間印加して分極処理を行い、本発明の圧電駆動体に使用される積層セラミック圧電アクチュエータを得た。

次に、圧電セラミック積層アクチュエータに静止部材２４として、サイズがΦ１．５ｍｍ×ｔ１．５ｍｍのタングステン合金（表面はＮｉメッキ）錘を、磁石２３として、サイズが□１．７５ｍｍ×１．５ｍｍ×１．３ｍｍのネオジウム系磁石（表面はＮｉメッキ）をエポキシ系熱硬化型の接着剤を使用して接着し、圧電駆動体２１を作製した。

このように得られた圧電駆動体の絶縁抵抗値は８．０×１０Ｅ＋８Ω以上を示し、使用上、十分な絶縁性が確保可能であることが確認された。

比較のため、従来の外部電極へ絶縁処理である絶縁コーティング６５のない図６の外部電極構造の圧電セラミック積層アクチュエータを使用した圧電駆動体も作製したが、絶縁抵抗値が１．０×１０Ｅ＋５Ωを下回るものがあり、絶縁性が不十分であった。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

本発明の圧電駆動体を用いることにより、多種なカメラに対応可能なレンズモジュールにおいて、安価なレンズモジュールを構築することができる。

本発明のレンズモジュールに用いられる圧電セラミック積層素子を示す図。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図。 本発明の圧電駆動体の斜視図。 本発明の圧電セラミック積層素子を加工作製する工程を示す図。 レンズモジュールの構成例を示す図。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４(ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 基となる圧電駆動体に用いられる圧電セラミック積層素子を示す図。図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 基となる圧電駆動体の斜視図。

符号の説明

１１ 圧電セラミック積層素子
１２ 圧電セラミック層
１３ 圧電セラミック層の保護部分
１４ 圧電セラミック層の活性部分
１５ 内部電極
１６ 外部電極
１７ スリット
２１ 圧電駆動体
２２ 圧電セラミック積層素子
２３ 磁石
２４ 静止部材
２５ 外部電極
２６ スリット
４１ 圧電セラミック積層素子
４２ 磁石
４３ ハウジング
４４ 移動体
４５ レンズホルダー
４６ ガイドピン
５１ 圧電セラミック積層素子
５２ 圧電セラミック層
５３ 圧電セラミック層の保護部分
５４ 圧電セラミック層の活性部分
５５ 内部電極
５６ 外部電極
５７ 絶縁コーティング
６１ 圧電駆動体
６２ 圧電セラミック積層素子
６３ 磁石
６４ 静止部材
６５ 絶縁コーティング

Claims (2)

1. 静止部材と、所定方向に伸縮するようにして該静止部材に固定された電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記伸縮に併せて前記所定方向に変位するように前記電気機械変換素子に固定された磁石と、レンズホルダーと、該レンズホルダーに保持された光学レンズと、該レンズホルダーの一部に設けられた、前記磁石に対して吸着可能な材質からなる移動体と、を備えるレンズモジュールにおいて、
   前記電気機械変換素子は圧電セラミック積層アクチュエータであり、内部電極が引き出される２つの外部電極面の表面に形成された外部電極薄膜が圧電セラミック層の保護部分において、１つまたは複数の機械加工されたスリットによって分離された外部電極構造を有していることを特徴とするレンズモジュール。
2. 請求項１に記載のレンズモジュールに用いられる圧電駆動体。

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