JP2018102100A

JP2018102100A - 圧電ユニット

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Publication number: JP2018102100A
Application number: JP2016248491A
Authority: JP
Inventors: 雅和奥野木; Masakazu Okunogi; 辰哉滝; Tatsuya TAKI
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: CN108231994B; US10666167B2; JP6819274B2; CN108231994A; US20180175748A1

Abstract

【課題】外力が加えられた場合にも、折れや変形を効果的に防止することができ、迅速かつ精度よく組み立てることが可能な圧電ユニットを提供する。【解決手段】第１方向に伸縮する圧電素子４０と、圧電素子４０の第１端面に接続される駆動シャフト５０と、圧電素子４０の第２端面４０ｂに接続される錘３０と、圧電素子４０、駆動シャフト５０、錘３０の少なくとも一部を覆う保護部材６０と、駆動シャフト５０に係合する移動部材と、を有しており、保護部材６０の内壁面は、錘３０の位置を規制する錘位置規制部と、圧電素子４０の位置を規制する素子位置規制部と、駆動シャフト５０の位置を規制するシャフト位置規制部と、を有し、保護部材６０の外壁面は、移動部材が圧電素子４０に近づくことを妨げる移動部材規制部６９を有する圧電ユニット。【選択図】図１

Description

本発明は、移動部材を駆動シャフトに沿って相対移動させる圧電ユニットに関する。

圧電アクチュエータとも呼ばれる圧電ユニットは、圧電効果および逆圧電効果を利用し、機械的な変位と電気的な変位とを相互に変換する圧電素子の特性を利用する。圧電ユニットは、対象物に直線的な変位を与えるリニアアクチュエータ等として様々な分野で利用されている。

圧電ユニットにより得られる機械的変位は比較的微小であるため、圧電ユニットは、たとえばカメラ等のレンズ駆動用のアクチュエータ等として、精密かつ正確な制御が要求される用途に対して好適に利用される。また、レンズ駆動用のアクチュエータとして、駆動軸（駆動シャフト）と圧電素子の接続部分を補強部材で被覆し、引張応力や曲げ応力に対する耐久力を向上させたものが提案されている（特許文献１参照）。

特開平８−２８６０９３号

しかしながら、近年のカメラモジュール又はレンズモジュール等の小型化に伴い、単位断面積あたりに加えられる可能性のある応力は、増加傾向にある。そのため、圧電素子と駆動シャフトの接続部分だけでなく、圧電素子の中央部分や、圧電素子と錘との接続部分についても、折れや変形を防ぐための対策が必要となっている。また、圧電ユニットの小型化に伴い、迅速に精度良く組み立てることが可能な圧電ユニットが求められている。

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、外力が加えられた場合にも、折れや変形を効果的に防止することができ、迅速かつ精度よく組み立てることが可能な圧電ユニットを提供する。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る圧電ユニットは、
第１方向に伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子における前記第１方向の一方の端面である第１端面に接続される駆動シャフトと、
前記圧電素子における前記第１方向の他方の端面である第２端面に接続される錘と、
前記圧電素子の少なくとも一部と、前記駆動シャフトの少なくとも一部と、前記錘の少なくとも一部と、を覆う保護部材と、
前記駆動シャフトにおいて前記保護部材から露出するシャフト露出部に、前記第１方向に沿って相対移動可能に係合する移動部材と、を有しており、
前記保護部材の内壁面は、前記錘の外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する前記錘の位置を規制する錘位置規制部と、前記圧電素子の外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する前記圧電素子の位置を規制する素子位置規制部と、前記駆動シャフトの外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する前記駆動シャフトの位置を規制するシャフト位置規制部と、を有し、
前記保護部材の外壁面は、前記移動部材に対して前記第１方向に直交する方向に対向し、前記第１方向に直交する方向に関して前記移動部材が前記圧電素子に近づくことを妨げる移動部材規制部を有する。

本発明に係る圧電ユニットは、保護部材が圧電素子、駆動シャフト、及び錘の少なくとも一部を覆うため、駆動シャフトと圧電素子の接続部分だけを覆う補強部材を有する従来の圧電アクチュエータに比べて、圧電素子の中央部や、錘と圧電素子との接続部分近傍で、衝撃等により折れが生じる問題を効果的に防止できる。また、保護部材の内壁面は、錘位置規制部と、素子位置規制部と、シャフト位置規制部とを有するため、保護部材に対して錘、圧電素子及び駆動シャフトを配置することにより、素早く正確に組み立てることができるため、生産性に優れている。

さらに、保護部材が移動部材に対向する移動部材規制部を有していることにより、移動部材が圧電素子に近づく方向に傾くことを規制することで、圧電素子や圧電素子と錘又は駆動シャフトとの接合部分に強い応力が作用することを防止し、圧電ユニットの耐久力を向上させることができる。

また、例えば、前記錘は、前記内壁面に対して固定されていてもよく、
前記素子位置規制部は、前記圧電素子に対して第１の微小隙間を隔てて配置されていてもよく、
前記シャフト位置規制部は、前記駆動シャフトに対して第２の微小隙間を隔てて配置されていてもよい。

錘が内壁面に固定されていることにより、保護部材の錘に対する位置が固定されるため、この保護部材の内壁面に沿って錘、圧電素子及び駆動シャフトを組み立てることにより、このような圧電ユニットは、精度が高く効率の良い組み立てを、容易に実現可能である。また、錘が保護部材に固定されているため、保護部材を基板等に固定しなくても、保護部材が、外部からの衝撃等に対して、圧電素子や駆動シャフトを好適に保護することができる。また、素子位置規制部とシャフト位置規制部が、圧電素子または駆動シャフトに対して微小隙間を隔てて配置されていることにより、保護部材が圧電素子の変位を拘束する問題も生じない。

また、例えば、本発明の第２の観点に係る圧電ユニットは、
第１方向に伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子における前記第１方向の一方の端面である第１端面に接続される駆動シャフトと、
前記圧電素子における前記第１方向の他方の端面である第２端面に接続される錘と、
前記圧電素子の少なくとも一部と、前記駆動シャフトの少なくとも一部と、前記錘の少なくとも一部と、を覆う保護部材と、を有しており、
前記保護部材の内壁面は、前記錘の外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する前記錘の位置を規制する錘位置規制部と、前記圧電素子の外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する前記圧電素子の位置を規制する素子位置規制部と、前記駆動シャフトの外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する駆動シャフトの位置を規制するシャフト位置規制部と、を有し、
前記錘は、前記内壁面に対して固定されており、
前記素子位置規制部は、前記圧電素子に対して第１の微小隙間を隔てて配置されており、
前記シャフト位置規制部は、前記駆動シャフトに対して第２の微小隙間を隔てて配置されている。

本発明の第２の観点に係る圧電ユニットも、第１の観点に係る圧電ユニットと同様に、保護部材が圧電素子、駆動シャフト、及び錘の少なくとも一部を覆うため、駆動シャフトと圧電素子の接続部分だけを覆う補強部材を有する従来の圧電アクチュエータに比べて、圧電素子の中央部や、錘と圧電素子との接続部分近傍で、衝撃等により折れが生じる問題を効果的に防止できる。また、保護部材の内壁面は、錘位置規制部と、素子位置規制部と、シャフト位置規制部とを有するため、保護部材に対して錘、圧電素子及び駆動シャフトを配置することにより、素早く正確に組み立てることができるため、生産性に優れている。

さらに、錘が内壁面に固定されていることにより、保護部材の錘に対する位置が固定されるため、この保護部材の内壁面に沿って錘、圧電素子及び駆動シャフトを組み立てることにより、このような圧電ユニットは、精度が高く効率の良い組み立てを、容易に実現可能である。また、錘が保護部材に固定されているため、保護部材を基板等の他の部材に固定しなくても、保護部材が、外部からの衝撃等から、圧電素子や駆動シャフトを好適に保護することができる。また、素子位置規制部とシャフト位置規制部が、圧電素子または駆動シャフトに対して微小隙間を隔てて配置されていることにより、保護部材が圧電素子の変位を拘束する問題も生じない。

また、例えば、本発明の第２の観点に係る圧電ユニットは、前記駆動シャフトにおいて前記保護部材から露出するシャフト露出部に、前記第１方向に沿って相対移動可能に係合する移動部材を有してもよく、
前記保護部材の外壁面は、前記移動部材に対して前記第１方向に直交する方向に対向し、前記第１方向に直交する方向に関して前記移動部材が前記圧電素子に近づくことを規制する移動部材規制部を有してもよい。

保護部材が移動部材に対向する移動部材規制部を有する圧電ユニットは、移動部材が圧電素子に近づく方向に傾くことを規制することで、圧電素子や圧電素子と錘又は駆動シャフトとの接合部分に強い応力が作用することを防止し、圧電ユニットの耐久力を向上させることができる。

また、例えば、前記圧電素子は、電力を供給するための外部電極を有していてもよく、
前記外部電極の少なくとも一部は、前記保護部材から露出していてもよい。

圧電素子の外部電極が保護部材から露出していることにより、圧電ユニットを実装する基板と外部電極とを、はんだ等の導電性接合部材で容易に接合することが可能である。

また、例えば、前記内壁面は、前記素子位置規制部と前記錘位置規制部の間に位置しており、前記圧電素子に対する距離が前記素子位置規制部より長く、かつ、前記錘に対する距離が前記錘位置規制部より長い逃げ部を有してもよい。

保護部材の内壁面が、このような逃げ部を有することにより、たとえば圧電素子と錘とを接続する接着剤等が、錘や圧電素子の表面から突出しているような場合にも、これを避けて、保護部材の内壁面を、圧電素子及び錘の外周面に対して、適切な位置に配置することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電ユニット（アクチュエータ部）の概略斜視図である。図２は、図１に示す圧電ユニットの正面図である。図３は、図１に示す圧電ユニットの右側面図である。図４は、図１に示す圧電ユニットの上面図である。図５は、図１に示す圧電ユニットの底面図である。図６は、図２に示すVI-VI線に沿う圧電ユニットの断面図である。図７は、本発明の第２実施形態に係る圧電ユニットの分解斜視図である。図８は、本発明の第２実施形態に係る圧電ユニットの概略正面図である。図９は、本発明の第３実施形態に係る圧電ユニットの概略斜視図である。図１０は、図９に示す圧電ユニットの断面図である。図１１は、第３実施形態に係る圧電ユニットを基板に実装した状態を表す概念図である。図１２は、第１実施形態に係る圧電ユニットを基板に実装した状態を表す概念図である。図１３は、第１実施形態に係る圧電ユニットの組み立て工程の一例を表す概念図である。図１４は、第１実施形態に係る圧電ユニットの組み立て工程の他の一例を表す概念図である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電ユニットとしての圧電アクチュエータ２０を示す概略斜視図である。圧電アクチュエータ２０は、図７及び図８に示すように、レンズホルダ１２を含む圧電ユニット１０を構成することができるが、圧電アクチュエータ２０は、レンズホルダ１２以外の他の部材を移動させるアクチュエータとして用いられてもよく、圧電ユニットの構成としては、図１や図７に示すものに限定されない。

図１に示すように、圧電アクチュエータ２０は、圧電素子４０と、駆動シャフト５０と、錘３０と、保護部材６０とを有している。図１及び断面図である図６に示すように、圧電素子４０は略直方体の外形状を有しており、第１方向であるＺ軸方向に伸縮する。

図６に示すように、圧電素子４０は、Ｚ軸方向の一方の端面である第１端面４０ａと、Ｚ軸方向の他方の端面である第２端面４０ｂとを有している。第１端面４０ａはＺ軸正方向を向く面であり、第２端面４０ｂは、Ｚ軸負方向を向く面である。

また、圧電素子４０は、第１端面４０ａと第２端面４０ｂに対して垂直である４つの外周面を有しており、４つの外周面は、Ｘ軸正方向を向く第１外周面４０ｃと、Ｘ軸負方向を向く第２外周面４０ｄと、Ｙ軸正方向を向く第３外周面４０ｅと、Ｙ軸負方向を向く第４外周面４０ｆを有している。図２に示す圧電素子４０の第３外周面４０ｅと第４外周面４０ｆには、一対の外部電極が形成されている。

また、圧電素子４０の内部では、一方の外部電極（第３外周面４０ｅに形成されている）に電気的に接続される内部電極層及び他方の外部電極（第４外周面４０ｆに形成されている）に電気的に接続される内部電極層が、誘電体層を挟んで交互に積層されている。圧電素子４０における内部電極層と誘電体層との積層方向は第１方向であるＺ軸方向であるが、圧電素子４０の積層方向は特に限定されない。

図１２は、圧電素子４０への配線を模式的に示している。圧電素子４０に形成される外部電極の一部は、圧電素子４０の第２端面４０ｂに回り込んでおり、圧電素子４０の外部電極は、錘３０の表面に形成された配線部３５に、電気的に接続されている。さらに、錘３０の表面に形成された配線部３５は、圧電アクチュエータ２０が実装基板８０に実装されることにより、実装基板８０上に形成された配線部８２に対して接続される。このように、圧電素子４０の外部電極には、錘３０の表面に形成された配線部３５を介して、実装基板８０に形成された配線部８２から電力が供給される。なお、図１２では、圧電アクチュエータ２０の駆動シャフト５０や保護部材６０等については、記載を省略している。

なお、実施形態の説明においては、圧電アクチュエータ２０が伸縮し、駆動シャフト５０が往復運動する方向をＺ軸方向（第１方向）、Ｚ軸方向に直交する方向のうち、駆動シャフト５０の中心軸Ａ１からレンズホルダ１２の中心軸Ａ２へ向かう方向をＸ軸方向（Ｘ軸正方向）、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向として説明を行う。

圧電素子４０における誘電体層の厚みは、特に制限されないが、好ましくは５〜５０μｍ程度である。また、誘電体層の材質は、圧電効果あるいは逆圧電効果を示す材料であれば、特に制限されず、たとえば、ＰｂＺｒ_ｘＴｉ_１−ｘＯ_３、ＢａＴｉＯ_３などが挙げられる。また、特性向上等のための成分が含有されていてもよく、その含有量は、所望の特性に応じて適宜決定すればよい。

誘電体層と交互に積層される内部電極層を構成する導電材としては、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ等の貴金属およびこれらの合金（Ａｇ−Ｐｄなど）、あるいはＣｕ、Ｎｉ等の卑金属およびこれらの合金などが挙げられるが、特に限定されない。外部電極を構成する導電材料も特に限定されず、内部電極を構成する導電材と同様の材料を用いることができる。なお、さらに、外部電極の外側には、上記各種金属のメッキ層やスパッタ層が形成してあってもよい。

図６に示すように、圧電素子４０の第１端面４０ａには、駆動シャフト５０が接続してある。駆動シャフト５０は、円柱状であり、駆動シャフト５０において、圧電素子４０の第１端面４０ａに対向するシャフト端面の面積は、第１端面４０ａの面積より広い。ただし、駆動シャフト５０の形状及び大きさは特に限定されず、駆動シャフト５０は円柱状以外の柱状又は棒状であってもよく、駆動シャフト５０における端面の面積は、圧電素子４０の第１端面４０ａの面積より狭くてもよい。駆動シャフト５０は、接着剤等によって圧電素子４０の第１端面４０ａに固定されているが、駆動シャフト５０と圧電素子４０との固定方法は特に限定されない。

図１及び図３に示すように、駆動シャフト５０は、保護部材６０から露出するシャフト露出部５０ｇと、保護部材６０に被覆されるシャフト被覆部５０ｆとを有している。シャフト被覆部５０ｆは、駆動シャフト５０のうち圧電素子４０に近接する基端部分であり、シャフト露出部５０ｇは、駆動シャフト５０のうち圧電素子４０から離間する先端部分である。保護部材６０と駆動シャフト５０の関係については、後ほど述べる。

駆動シャフト５０の材質は特に限定されないが、例えば金属やカーボン若しくは樹脂等を採用することができる。

図６に示すように、圧電素子４０の第２端面４０ｂには、錘３０が接続してある。錘３０は、第１端面４０ａに接続される駆動シャフト５０に変位を与えるための慣性体として機能し、例えば、圧電素子４０及び駆動シャフト５０より比重の大きい材料で構成される。錘３０の材質は特に限定されないが、例えば、タングステン等の比重の大きい金属又はそのような金属を含む合金等を採用することができる。

図２に示すように、錘３０は、Ｚ軸方向の長さが最も短く、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の長さが略等しい直方体状の外形状を有している。また、本実施形態に係る錘３０では、略直方体状である錘３０の各辺は、Ｃ面取りやＲ面取りなどの加工がされている。ただし、錘３０の形状はこれに限定されず、円柱状、平板状など、他の形状であってもかまわない。

図１に示すように、圧電アクチュエータ２０は、圧電素子４０の少なくとも一部と、駆動シャフト５０の少なくとも一部と、錘３０の少なくとも一部と、を覆う保護部材６０を有している。保護部材６０の内部には、圧電素子４０、駆動シャフト５０、及び錘３０の少なくとも一部を収容できるように、保護部材６０の内壁面６１に囲まれた収容空間が形成されている。保護部材６０の収容空間は、保護部材６０をＺ軸方向に貫通しており、保護部材６０の内壁面６１は、保護部材６０の上面（Ｚ軸正方向側の面）に形成されている第１開口部６０ａから、保護部材６０の下面（Ｚ軸負方向側の面）に形成されている第２開口部６０ｂ（図５参照）まで続いている。

図６に示すように、保護部材６０の内壁面６１は、被収容部材である圧電素子４０、駆動シャフト５０、錘３０の外周形状による起伏に沿う形状を有している。したがって、駆動シャフト５０や圧電素子４０がＺ軸方向に直交する方向に移動したり、駆動シャフト５０や圧電素子４０が傾いたりした場合には、保護部材６０の内壁面６１が駆動シャフト５０又は圧電素子４０に接触して支持することにより、保護部材６０は、圧電素子４０が損傷しないように保護することができる。

図５に示すように、保護部材６０の内壁面６１は、錘３０の外周面に対向し、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に関する錘３０の位置を規制する錘位置規制部を有している。錘位置規制部は、錘３０の第１外周面３０ｃに対向する第１下壁面６３ｃと、錘３０の第２外周面３０ｄに対向する第２下壁面６３ｄと、錘３０の第３外周面３０ｅに対向する第３下壁面６３ｅと、錘３０の第４外周面３０ｆに対向する第４下壁面６３ｆからなる。錘位置規制部を構成する第１〜第４下壁面６３ｃ〜６３ｆは、ＸＹ平面に垂直な面であり、錘３０におけるＸＹ平面に垂直な面である第１〜第４外周面３０ｃ〜３０ｆの外周を取り囲んでいる。

錘位置規制部を構成する第１〜第４下壁面６３ｃ〜６３ｆのうち、第１下壁面６３ｃと第２下壁面６３ｄとは、いずれもＹＺ平面に平行であり、錘３０を間に挟んで互いに対向している。すなわち、第１下壁面６３ｃと第２下壁面６３ｄとは、錘３０のＸ軸方向の両側に位置し、錘３０のＸ軸方向の位置を規制する。第１下壁面６３ｃと錘３０の第１外周面３０ｃとの間や、第２下壁面６３ｄと錘３０の第２外周面３０ｄとの間には、微小隙間が形成されていても良いが、第１下壁面６３ｃと第１外周面３０ｃ、第２下壁面６３ｄと第２外周面３０ｄとは、樹脂等で互いに接合されていてもよい。

錘位置規制部を構成する第１〜第４下壁面６３ｃ〜６３ｆのうち、第３下壁面６３ｅと第４下壁面６３ｆとは、いずれもＸＺ平面に平行であり、錘３０を間に挟んで互いに対向している。すなわち、第３下壁面６３ｅと第４下壁面６３ｆとは、錘３０のＹ軸方向の両側に位置し、錘３０のＹ軸方向の位置を規制する。第３下壁面６３ｅと錘３０の第３外周面３０ｅとの間や、第４下壁面６３ｆと錘３０の第４外周面３０ｆとの間には、微小隙間が形成されていても良いが、第３下壁面６３ｅと第３外周面３０ｅ、第４下壁面６３ｆと第４外周面３０ｆとは、樹脂等で互いに接合されていてもよい。

図５に示すように、保護部材６０の側面のうち、Ｘ軸正方向側を向く側面には、錘３０の第１外周面３０ｃを露出させる第４開口部６０ｄが形成されており、錘位置規制部の第１下壁面６３ｃは、第４開口部６０ｄによって、２つに分離されている。第４開口部６０ｄによって錘３０の第１外周面３０ｃが露出するため、図１２に示すように、錘３０に形成された配線部３５と実装基板８０に形成された配線部８２とを、導電性の接合部材等によって、容易に接続することができる。

図６に示す保護部材６０の内壁面６１と錘３０とは、接着剤等で接続されている。保護部材６０の内壁面６１と錘３０とを接続する接続位置は、特に限定されない。ただし、保護部材６０の内壁面６１と錘３０とは互いに接続されていなくてもよく、また、保護部材６０は、錘３０、圧電素子４０及び駆動シャフト５０のいずれにも接続されていなくてもよい。

図２及び図６に示すように、保護部材６０の内壁面６１は、圧電素子４０の外周面に対向し、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に関する圧電素子４０の位置を規制する素子位置規制部を有している。素子位置規制部は、圧電素子４０の第１外周面４０ｃに対向する第１中壁面６４ｃと、圧電素子４０の第２外周面４０ｄに対向する第２中壁面６４ｄと（図６参照）、圧電素子４０の第３外周面４０ｅに対向する第３中壁面６４ｅと、圧電素子４０の第４外周面４０ｆに対向する第４中壁面６４ｆと（図２参照）からなる。素子位置規制部を構成する第１〜第４中壁面６４ｃ〜６４ｆは、ＸＹ平面に垂直な面であり、圧電素子４０におけるＸＹ平面に垂直な面である第１〜第４外周面４０ｃ〜４０ｆの外周を取り囲んでいる。

図６に示すように、素子位置規制部を構成する第１〜第４中壁面６４ｃ〜６４ｆのうち、第１中壁面６４ｃと第２中壁面６４ｄとは、いずれもＹＺ平面に平行であり、圧電素子４０を間に挟んで互いに対向している。すなわち、第１中壁面６４ｃと第２中壁面６４ｄとは、圧電素子４０のＸ軸方向の両側に位置し、圧電素子４０のＸ軸方向の位置を規制する。第１中壁面６４ｃと圧電素子４０の第１外周面４０ｃとの間や、第２中壁面６４ｄと圧電素子４０の第２外周面４０ｄとの間には、第１微小隙間７４ａが形成されており、第１中壁面６４ｃと第１外周面４０ｃ、及び第２中壁面６４ｄと第２外周面４０ｄとは、互いに離間しており、接続されていない。第１微小隙間７４ａは、例えば１０〜１００μｍとすることが好ましく、１０〜５０μｍとすることがより好ましいが、特に限定されない。なお、本実施形態では、第１微小隙間７４ａは２５μｍである。

図２に示すように、素子位置規制部を構成する第１〜第４中壁面６４ｃ〜６４ｆのうち、第３中壁面６４ｅと第４中壁面６４ｆとは、いずれもＸＺ平面に平行であり、圧電素子４０を間に挟んで互いに対向している。すなわち、第３中壁面６４ｅと第４中壁面６４ｆとは、圧電素子４０のＹ軸方向の両側に位置し、圧電素子４０のＹ軸方向の位置を規制する。第３中壁面６４ｅと圧電素子４０の第３外周面４０ｅとの間や、第４中壁面６４ｆと圧電素子４０の第４外周面４０ｆとの間には、第１微小隙間７４ａが形成されており、第３中壁面６４ｅと第３外周面４０ｅ、及び第４中壁面６４ｆと第４外周面４０ｆとは、互いに離間しており、接続されていない。

図２及び図６に示すように、保護部材６０の側面のうち、Ｘ軸正方向を向く側面には、圧電素子４０の第１外周面４０ｃを露出させる第３開口部６０ｃが形成されている。図６に示すように、第３開口部６０ｃは、第１中壁面６４ｃの下方に形成されており、第３開口部６０ｃは下方の第４開口部６０ｄに連続している。第３開口部６０ｃ及び第４開口部６０ｄによって、錘３０の上面が保護部材６０から露出するため、図１２に示すように、錘３０に形成された配線部３５と実装基板８０に形成された配線部８２とを、導電性の接合部材等によって、容易に接続することができる。

図６に示す保護部材６０の内壁面６１と圧電素子４０とは、接着剤等で直接接続されてはおらず、保護部材６０は圧電素子４０の変位を拘束しない。ただし、圧電素子４０の圧電活性部が保護部材６０に接続されておらず、変位の拘束を受けない状態であれば、圧電素子４０と錘３０との接続部付近などに設けられる圧電不活性部などについては、保護部材６０と接続されてもかまわない。

図４に示すように、保護部材６０の内壁面６１は、駆動シャフト５０のシャフト外周面５０ｃに対向し、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に関する駆動シャフト５０の位置を規制するシャフト位置規制部６５を有している。図４に示すように、シャフト位置規制部６５は円管状であり、円柱状の駆動シャフト５０の外周面を取り囲んでいる。

図６に示すように、シャフト位置規制部６５のＺ軸方向の長さは、駆動シャフト５０のＺ軸方向の長さより短く、駆動シャフト５０の一部であるシャフト露出部５０ｇは、保護部材６０の第１開口部６０ａから上方に露出している。

シャフト位置規制部６５と駆動シャフト５０のシャフト外周面５０ｃとの間には、第２微小隙間７５ａが形成されている。シャフト位置規制部６５と駆動シャフト５０のシャフト外周面５０ｃとは互いに離間しており、接続されていない。第２微小隙間７５ａは、例えば１０〜１００μｍとすることが好ましく、１０〜５０μｍとすることがより好ましいが、特に限定されない。なお、本実施形態では、第２微小隙間７５ａは２５μｍである。また、保護部材６０の内壁面６１と駆動シャフト５０とは、接着剤等で直接接続されてはおらず、保護部材６０は圧電素子４０及び圧電素子４０と接続される駆動シャフト５０の変位を拘束しない。

図６に示すように、保護部材６０の内壁面６１は、Ｚ軸方向に沿って、錘位置規制部としての第２下壁面６３ｄ、素子位置規制部としての第２中壁面６４ｄ、シャフト位置規制部６５を有している。また、錘位置規制部としての第２下壁面６３ｄと、素子位置規制部としての第２中壁面６４ｄとの間には、錘３０のＸ軸方向長さと圧電素子４０のＸ軸方向長さの違いに伴う段差面７１が形成されている。段差面７１は、Ｚ軸方向に直交する面である。

さらに、内壁面６１は、第２下壁面６３ｄと第２中壁面６４ｄとの間に、Ｚ軸方向に直交する段差面７１だけでなく、下方に向かって圧電素子４０から遷移的に離間する第１逃げ部６６を有している。第１逃げ部６６は、圧電素子４０に対する距離が素子位置規制部である第２中壁面６４ｄより長く、かつ、錘３０に対する距離が錘位置規制部である第２下壁面６３ｄより長い。

内壁面６１は、第２下壁面６３ｄと第２中壁面６４ｄとの間に、第１逃げ部６６を有しているため、たとえば圧電素子４０と錘３０とを接続する接着剤等が、錘３０や圧電素子４０の表面から突出しているような場合にも、これを避けて、保護部材６０の第２中壁面６４ｄ及び第２下壁面６３ｄを、圧電素子４０及び錘３０の第２外周面４０ｄ、３０ｄに対して、適切な位置に配置することができる。なお、第１逃げ部６６は、第１下壁面６３ｃと第１中壁面６４ｃとの間、第３下壁面６３ｅと第３中壁面６４ｅ及び第４下壁面６３ｆと第４中壁面６４ｆとの間にも設けられている。

また、図６に示すように、保護部材６０の内壁面６１において、シャフト位置規制部６５と、素子位置規制部としての第１中壁面６４ｃとの間には、駆動シャフト５０のＸ軸方向長さ（外径）と圧電素子４０のＸ軸方向長さの違いに伴う段差面７２が形成されている。段差面７２は、Ｚ軸方向に直交する面である。

さらに、内壁面６１は、シャフト位置規制部６５と第１中壁面６４ｃとの間に、Ｚ軸方向に直交する段差面７２だけでなく、下方に向かって圧電素子４０へ遷移的に近づく第２逃げ部６７を有している。第２逃げ部６７は、圧電素子４０に対する距離が素子位置規制部である第１中壁面６４ｃより長く、かつ、駆動シャフト５０に対する距離がシャフト位置規制部６５より長い。

内壁面６１は、シャフト位置規制部６５と第１中壁面６４ｃとの間に、第２逃げ部６７を有しているため、たとえば圧電素子４０と駆動シャフト５０とを接続する接着剤等が、駆動シャフト５０や圧電素子４０の表面から突出しているような場合にも、これを避けて、保護部材６０の第１中壁面６４ｃ及びシャフト位置規制部６５を、圧電素子４０の第１外周面４０ｃ及び駆動シャフト５０の外周面５０ｃに対して、適切な位置に配置することができる。なお、第２逃げ部６７は、第２中壁面６４ｄ、第３中壁面６４ｅ及び第４中壁面６４ｆと駆動シャフト５０のシャフト外周面５０ｃとの間にも設けられている。

図１〜図６に示す圧電アクチュエータ２０は、たとえば以下のような方法で組み立てられる。

圧電アクチュエータ２０の組み立てでは、まず、図１３（ａ）に示すように、錘３０を台座９０の上に設置する。次に、図１３（ｂ）に示すように錘３０が保護部材６０の第２開口部６０ｂを通過し、内壁面６１で囲まれた収容領域に収容されるように、保護部材６０を錘３０に被せる。この時、保護部材６０における錘位置規制部としての第１〜第４下壁面６３ｃ〜６３ｆ（図５参照）が、錘３０の第１〜第４外周面３０ｃ〜３０ｆにガイドされることにより、保護部材６０と錘３０とは、容易に位置合わせすることができる。錘３０と保護部材６０とは、接着剤等で固定される。

次に図１３（ｃ）に示すように、圧電素子４０を保護部材６０の第１開口部６０ａから収容領域に投入し、錘３０の上に重ねて配置する。錘３０と圧電素子４０との対向面には、接着剤が塗布されており、圧電素子４０は錘３０に対して固定される。この時、圧電素子４０は、圧電素子４０の第１〜第４外周面４０ｃ〜４０ｆが、保護部材６０における素子位置規制部としての第１〜第４中壁面６４ｃ〜６４ｆ（図２、及び図６参照）にガイドされることにより、保護部材６０と錘３０に対して容易に位置合わせされる。

次に図１３（ｄ）に示すように、駆動シャフト５０のシャフト被覆部５０ｆを、保護部材６０の第１開口部６０ａから収容領域に投入し、圧電素子４０の上に重ねて配置する。圧電素子４０と駆動シャフト５０との対向面には、接着剤が塗布されており、駆動シャフト５０は、圧電素子４０に対して固定される。この時、駆動シャフト５０は、駆動シャフト５０のシャフト外周面５０ｃが、保護部材６０におけるシャフト位置規制部６５（図４参照）にガイドされることにより、保護部材６０、錘３０及び圧電素子４０に対して容易に位置合わせされる。

このように、図１３（ａ）〜図１３（ｄ）に示す工程を経て、圧電アクチュエータ２０を組み立てることができる。この際、保護部材６０が、各部材を位置合わせするためのガイドとして機能するため、圧電アクチュエータ２０は、位置精度良くかつ容易に組み立てることが可能である。

なお、圧電アクチュエータ２０の製造方法は、図１３に示す方法に限定されず、他の方法によって製造することも可能である。例えば図１４（ａ）〜（ｄ）に示す方法では、まず駆動シャフト５０を、駆動シャフト５０のシャフト露出部５０ｇを収納する窪みが形成された台座９２に設置した後（図１４（ａ））、シャフト被覆部５０ｆが、保護部材６０の第１開口部６０ａを通って、内壁面６１で囲まれた収容領域に収容されるように、保護部材６０を駆動シャフト５０に被せる（図１４（ｂ））。

次に、圧電素子４０を保護部材６０の第２開口部６０ｂから収容領域に投入し、駆動シャフト５０の上に重ねて配置する（図１３（ｃ））。次に、錘３０を、保護部材６０の第２開口部６０ｂから収容領域に投入し、圧電素子４０の上に重ねて配置する。このように、図１４に示す方法によっても、圧電アクチュエータ２０を容易に組み立てることができる。なお、図１４に示す方法においても、圧電アクチュエータ２０を構成する各部材の接合などは、図１３に示す方法と同様である。

このように、図１〜図６に示す圧電アクチュエータ２０は、Ｚ軸方向に関して錘３０と重なる位置から駆動シャフト５０と重なる位置まで連続する内壁面６１を有する保護部材６０を有しているため、圧電素子４０が外力により折れたり損傷したりする問題を好適に防止できる。また、保護部材６０の内壁面６１は、錘位置規制部（第１〜第４下壁面６３ｃ〜６３ｆ）と、素子位置規制部（第１〜第４中壁面６４ｃ〜６４ｆ）と、シャフト位置規制部６５とを有するため、保護部材６０に対して錘３０、圧電素子４０及び駆動シャフト５０を配置することにより、素早く正確に組み立てることができる。

また、錘３０が保護部材６０に固定されているため、保護部材６０を実装基板等の他の部材に固定しなくても、保護部材６０が、外部からの衝撃等から、圧電素子４０や圧電素子４０と他の部材との接合部分を、好適に保護することができる。また、素子位置規制部とシャフト位置規制部が、圧電素子４０または駆動シャフト５０に対して第１又は第２微小隙間７４ａ、７５ａを隔てて配置されていることにより、保護部材６０が圧電素子４０の変位を拘束する問題も生じない。

第２実施形態
図７は、本発明の第２実施形態に係る圧電ユニット１０の分解斜視図である。圧電ユニット１０は、第１実施形態で説明した圧電アクチュエータ２０と、レンズを保持するレンズホルダ１２と、レンズホルダ１２を圧電アクチュエータ２０の駆動シャフト５０に係合させるための付勢部材１４とを有する。

レンズホルダ１２は、図示省略のレンズを保持しており、付勢部材１４を用いて駆動シャフト５０のシャフト露出部５０ｇに係合する。レンズホルダ１２と付勢部材１４で構成される移動部材は、圧電素子４０の伸縮方向であるＺ軸方向に沿って、駆動シャフト５０に対して相対移動する。図７に示すように、レンズホルダ１２が保持するレンズの光軸（レンズホルダ１２の中心軸）Ａ２は、駆動シャフト５０の中心軸Ａ１と平行である。

図８は、図７に示す圧電ユニット１０の組み立て状態を表す模式側面図である。図８では、レンズホルダ１２の詳細部分の形状については、簡略化して表示してあり、付勢部材１４については図示していない。図８に示すように、圧電ユニット１０のレンズホルダ１２は、圧電アクチュエータ２０における駆動シャフト５０に、摩擦係合する。

保護部材６０の外壁面は、レンズホルダ１２に対してＺ軸方向に直交するＸ軸方向に対向する移動部材規制部６９を有する。移動部材規制部６９は、レンズホルダ１２の外周面の一部であるホルダ外周面１２ｃに対向している。移動部材規制部６９と、ホルダ外周面１２ｃとは、駆動シャフト５０の中心軸Ａ１とレンズの光軸Ａ２の両方に直交する軸（図８におけるＸ軸）に沿って配置されている。

また、移動部材規制部６９は、保護部材６０に収容される圧電アクチュエータ４０（図６参照）と、レンズホルダ１２との間に配置されており、Ｘ軸方向に関してレンズホルダ１２が圧電素子４０に近づくことを妨げる。これにより、外力等によって傾いたレンズホルダ１２が、圧電素子４０に衝突する問題を防止することが可能であり、レンズホルダ１２との衝突に伴う圧電素子４０の損傷を防止できる。また、レンズホルダ１２を傾斜させる力が作用した場合、移動部材規制部６９がホルダ外周面１２ｃに接触し、レンズホルダ１２が大きく傾くことを妨げる。したがって、圧電ユニット１０は、レンズホルダ１２の傾きを抑制するとともに、レンズホルダ１２が係合する駆動シャフト５０を介して、圧電素子４０に対して、圧電素子４０を折る方向の力が作用する問題を、好適に防止できる。

第３実施形態
図９は、本発明の第３実施形態に係る圧電ユニットとしての圧電アクチュエータ１２０を示す概略斜視図である。圧電アクチュエータ１２０は、第１実施形態に係る圧電アクチュエータ２０に対して、圧電素子１４０における外部電極の形成位置が圧電素子４０とは異なり、保護部材１６０に第４開口部６０ｄが形成されておらず、代わりに第５開口部１６０ｅが形成されている点で異なるが、それ以外の点は圧電アクチュエータ２０と同様である。圧電アクチュエータ１２０に関しては、圧電アクチュエータ２０との相違点のみ説明を行い、圧電アクチュエータ２０との共通点については説明を省略する。

断面図である図１０に示すように、圧電アクチュエータ１２０に含まれる圧電素子１４０は、４つの外周面のうち、Ｘ軸正方向を向く第１外周面１４０ｃと、Ｘ軸負方向を向く第２外周面１４０ｄに、一対の外部電極が形成されている。したがって、第１外周面１４０ｃに形成された外部電極は、保護部材１６０の第３開口部６０ｃを介して、保護部材６０の外部に露出する。ただし、保護部材１６０には、図６に示すような第４開口部６０ｄは形成されていない。したがって、保護部材１６０の内壁面１６１において、錘３０の第１外周面３０ｃに対向する第１下壁面１６３ｃは、錘３０の第２外周面３０ｄに対向する第２下壁面６３ｄと対称な形状である。

また、保護部材１６０のＸ軸負方向側を向く側面には、圧電素子４０の第２外周面１４０ｄを露出させる第５開口部１６０ｅが形成されている。第５開口部１６０ｅは、第３開口部６０ｃと対称に形成されており、第２外周面１４０ｄに形成された外部電極は、第５開口部１６０ｅを介して、保護部材６０の外部に露出する。また、保護部材１６０の内壁面１６１において、圧電素子１４０の第２外周面１４０ｄに対向する第２中壁面１６４ｄは、圧電素子１４０の第１外周面１４０ｃに対向する第１中壁面６４ｃと対称な形状である。

図１１（ａ）は、図９及び図１０に示す圧電アクチュエータ１２０を、実装基板１８０に実装した状態を表す概念図である。圧電アクチュエータ１２０は、実装基板１８０の窪み１８３に配置される。圧電素子１４０において、外部電極が形成されている第１外周面１４０ｃ及び第２外周面１４０ｄは、保護部材１６０の第３及び第５開口部６０ｃ、１６０ｅから露出している。そのため、圧電アクチュエータ１２０における圧電素子１４０の外部電極は、第３及び第５開口部６０ｃ、１６０ｅを連通するように形成されるはんだ等の導電性接合部材１８４により、実装基板１８０の配線部１８２に対して接続される。

また、図１１（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ１２０は、窪みのない実装基板２８０に実装されてもよい。この場合も、圧電アクチュエータ１２０における圧電素子１４０の外部電極は、第３及び第５開口部６０ｃ、１６０ｅを連通するように形成されるはんだ等の導電性接合部材１８４により、実装基板１８０の配線部１８２に対して接続される。

このように、第３実施形態に係る圧電アクチュエータ１２０は、圧電素子１４０の外部電極が、保護部材の第３開口部６０ｃ及び第５開口部１６０ｅを介して、保護部材１６０から露出している。したがって、圧電アクチュエータ１２０は、圧電アクチュエータ１２０を実装する実装基板１８０、２８０と外部電極とを、はんだ等の導電性接合部材で容易に接合することが可能である。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明に係る圧電ユニットは、実施形態に記載されたものに限定されず。他の様々は態様の圧電ユニットが本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。たとえば、圧電素子４０や錘３０の外形状は、実施形態に示すような直方体に限定されず、円柱や直方体以外の多角柱など、実施形態とは異なる立体形状であってもよい。また、保護部材６０、１６０の外形状及び内壁面６１、１６１の形状についても、実施形態に示す形状に限定されない。

また、保護部材６０、１６０の内壁面が有する錘位置規制部、素子位置規制部、及び移動部材規制部の形状は、第１〜第４下壁面６３ｃ〜６３ｆ、第１〜第４中壁面６４ｃ〜６４ｆ等のような平面に限定されず、内壁面に形成された突起等であってもよい。

１０…圧電ユニット
１２…レンズホルダ
１２ｃ…ホルダ外周面
１４…付勢部材
２０、１２０…圧電アクチュエータ
３０…錘
３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ…第１〜第４外周面
４０、１４０…圧電素子
４０ａ…第１端面
４０ｂ…第２端面
４０ｃ、１４０ｃ、４０ｄ、１４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ…第１〜第４外周面
５０…駆動シャフト
５０ｃ…シャフト外周面
５０ｇ…シャフト露出部
５０ｆ…シャフト被覆部
６０、１６０…保護部材
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、１６０ｅ…第１〜第５開口部
６１…内壁面
６３ｃ、１６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ、６３ｆ…第１〜第４下壁面
６４ｃ、６４ｄ、１６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ…第１〜第４中壁面
６５…シャフト位置規制部
６６…第１逃げ部
６７…第２逃げ部
６９…移動部材規制部
７１、７２…段差面
７４ａ、７５ａ…微小隙間
８０…実装基板
８２…配線部
９０、９２…台座

Claims

第１方向に伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子における前記第１方向の一方の端面である第１端面に接続される駆動シャフトと、
前記圧電素子における前記第１方向の他方の端面である第２端面に接続される錘と、
前記圧電素子の少なくとも一部と、前記駆動シャフトの少なくとも一部と、前記錘の少なくとも一部と、を覆う保護部材と、
前記駆動シャフトにおいて前記保護部材から露出するシャフト露出部に、前記第１方向に沿って相対移動可能に係合する移動部材と、を有しており、
前記保護部材の内壁面は、前記錘の外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する前記錘の位置を規制する錘位置規制部と、前記圧電素子の外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する前記圧電素子の位置を規制する素子位置規制部と、前記駆動シャフトの外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する前記駆動シャフトの位置を規制するシャフト位置規制部と、を有し、
前記保護部材の外壁面は、前記移動部材に対して前記第１方向に直交する方向に対向し、前記第１方向に直交する方向に関して前記移動部材が前記圧電素子に近づくことを妨げる移動部材規制部を有することを特徴とする圧電ユニット。
前記錘は、前記内壁面に対して固定されており、
前記素子位置規制部は、前記圧電素子に対して第１の微小隙間を隔てて配置されており、
前記シャフト位置規制部は、前記駆動シャフトに対して第２の微小隙間を隔てて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電ユニット。
第１方向に伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子における前記第１方向の一方の端面である第１端面に接続される駆動シャフトと、
前記圧電素子における前記第１方向の他方の端面である第２端面に接続される錘と、
前記圧電素子の少なくとも一部と、前記駆動シャフトの少なくとも一部と、前記錘の少なくとも一部と、を覆う保護部材と、を有しており、
前記保護部材の内壁面は、前記錘の外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する前記錘の位置を規制する錘位置規制部と、前記圧電素子の外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する前記圧電素子の位置を規制する素子位置規制部と、前記駆動シャフトの外周面に対向し前記第１方向に直交する方向に関する駆動シャフトの位置を規制するシャフト位置規制部と、を有し、
前記錘は、前記内壁面に対して固定されており、
前記素子位置規制部は、前記圧電素子に対して第１の微小隙間を隔てて配置されており、
前記シャフト位置規制部は、前記駆動シャフトに対して第２の微小隙間を隔てて配置されていることを特徴とする圧電ユニット。
前記駆動シャフトにおいて前記保護部材から露出するシャフト露出部に、前記第１方向に沿って相対移動可能に係合する移動部材を有しており、
前記保護部材の外壁面は、前記移動部材に対して前記第１方向に直交する方向に対向し、前記第１方向に直交する方向に関して前記移動部材が前記圧電素子に近づくことを規制する移動部材規制部を有することを特徴とする請求項３に記載の圧電ユニット。
前記圧電素子は、電力を供給するための外部電極を有しており、
前記外部電極の少なくとも一部は、前記保護部材から露出していることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の圧電ユニット。
前記内壁面は、前記素子位置規制部と前記錘位置規制部の間に位置しており、前記圧電素子に対する距離が前記素子位置規制部より長く、かつ、前記錘に対する距離が前記錘位置規制部より長い逃げ部を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の圧電ユニット。