特許 7492046 圧電超音波モータ、光学部材駆動装置、カメラ装置、及び電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】圧電超音波モータ、光学部材駆動装置、カメラ装置、及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/04 20060101AFI20240521BHJP

【ＦＩ】

H02N2/04

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023021167

(22)【出願日】2023-02-14

(65)【公開番号】P2023122554

(43)【公開日】2023-09-01

【審査請求日】2023-02-14

(31)【優先権主張番号】202210161417.0

(32)【優先日】2022-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】316006783

【氏名又は名称】新思考電機有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】和出 達貴

【審査官】宮崎 賢司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２００４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４６４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５００６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７４６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５８３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４９８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０００１１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０９６８７７６０（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２８９３８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｎ ２／０４

Ｇ０２Ｂ ７／０４

Ｇ０３Ｂ ３０／００

Ｇ０２Ｂ ７／０２

Ｇ０３Ｂ １７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向する２つの底面部と前記２つの底面部間の領域を囲む複数の側面部とを有し、前記２つの底面部間を貫く貫通孔を有する柱状体と、
前記柱状体の貫通孔に挿通される駆動軸と、
複数のシート状の圧電素子を搭載したＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）であって、前記複数の圧電素子を前記柱状体の複数の側面部に各々接触させて前記柱状体に巻かれたＦＰＣ本体部を有し、前記複数の圧電素子に駆動電力を供給することができるＦＰＣと、
を有し、
前記ＦＰＣは、前記ＦＰＣ本体部から前記駆動軸の中心軸線と平行に引き出され、逆方向に１８０度湾曲した引き出し部を有しており、外部と電気的に接続される
ことを特徴とする圧電超音波モータ。

【請求項2】

前記ＦＰＣ本体部は、前記柱状体の複数の側面部間の角部と対向する位置に丸み付け部を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電超音波モータ。

【請求項3】

前記柱状体は、４つの側面部を有する四角柱であり、前記ＦＰＣ本体部には前記４つの側面部に接触する４つの圧電素子が搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電超音波モータ。

【請求項4】

前記ＦＰＣ本体部の外面を覆う緩衝材を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電超音波モータ。

【請求項5】

各圧電素子には、前記貫通孔が貫く方向に２つの電極が隣接して設けられており、各電極には異なる位相の電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の圧電超音波モータ。

【請求項6】

前記ＦＰＣは前記柱状体と電気接続される共通端子部を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧電超音波モータ。

【請求項7】

光学部材を支持するキャリアと請求項１に記載の圧電超音波モータを有し、前記キャリアは、前記圧電超音波モータによって駆動されることを特徴とする光学部材駆動装置。

【請求項8】

請求項７に記載の光学部材駆動装置を備えたカメラ装置。

【請求項9】

請求項８に記載のカメラ装置を備えた電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電超音波モータ、圧電超音波モータを利用した光学部材駆動装置、カメラ装置、及び電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

圧電超音波モータは、貫通孔を有し、この貫通孔に駆動軸が挿通された柱状体と、この柱状体の側面部に付着された複数の圧電素子により構成されている。この種の圧電超音波モータは、例えば、特許文献１に開示されている。

【0003】

最近のＩＴ産業の急速な発展に伴い、スマートフォン等に実装するための超小型カメラモジュールに関する需要が高まっている。カメラモジュールでは、レンズ体等の光学部材の駆動機構として、ボイスコイルモータや圧電超音波モータが使用され得る。特に、圧電超音波モータは、応答速度が速く、逆駆動防止機能及び高い移送分解能を有する、という利点がある。このため、圧電超音波モータは、超小型カメラモジュール等に用いられる光学部材の駆動機構として期待されている。

【0004】

【文献】特開２００７－４９８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に開示された圧電超音波モータでは、連結端子を介して外部電源からの駆動電力が金属チューブに装着された圧電素子に与えられる。そこで、特許文献１では、連結端子が圧電素子から分離されるのを防止するため、圧電素子の外表面及び連結端子を囲う離脱防止ホルダを設けていた。この場合、圧電超音波モータにおいて、圧電素子と金属チューブで構成された振動体の動きを、離脱防止ホルダが妨げる問題があった。

【0006】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、振動体の動きが阻害されにくい圧電超音波モータ、並びにこの圧電超音波モータを利用した光学部材駆動装置、カメラ装置、及び電子機器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明の好適な態様である圧電超音波モータは、対向する２つの底面部と前記２つの底面部間の領域を囲む複数の側面部とを有し、前記２つの底面部間を貫く貫通孔を有する柱状体と、前記柱状体の貫通孔に挿通される駆動軸と、複数のシート状の圧電素子を搭載したＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）であって、前記複数の圧電素子を前記柱状体の複数の側面部に各々接触させて前記柱状体に巻かれるＦＰＣ本体部を有し、前記複数の圧電素子に駆動電力を供給できるＦＰＣと、を有することを特徴とする。

【0008】

この態様において、前記ＦＰＣは、前記柱状体の複数の側面部間の角部と対向する位置にＲ部（丸み付け部）を有していてもよい。

【0009】

また、前記柱状体は、４つの側面部を有する四角柱であり、前記ＦＰＣには前記４つの側面部に接触する４つの圧電素子が搭載されていてもよい。

【0010】

また、前記ＦＰＣ本体部の外面を覆う緩衝材を有していてもよい。

【0011】

また、前記ＦＰＣは、前記ＦＰＣ本体部から前記駆動軸と平行に引き出され、逆方向に１８０度湾曲した引き出し部を有していてもよい。

【0012】

また、各圧電素子には、前記貫通孔が貫く方向に２つの電極が隣接して設けられており、各電極には異なる位相の電圧が印加されていてもよい。

【0013】

また、前記ＦＰＣは前記柱状体と電気接続される共通端子部を有していてもよい。

【0014】

本発明の別の好適な態様である光学部材駆動装置は、光学部材を支持するキャリアと上記圧電超音波モータを有し、前記キャリアはこの圧電超音波モータによって駆動されることを特徴とする。

【0015】

本発明の別の好適な態様であるカメラ装置は、上記光学部材駆動装置を備えることを特徴とする。

【0016】

本発明の別の好適な態様である電子機器は、上記カメラ装置を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明による圧電超音波モータは、対向する２つの底面部と前記２つの底面部間の領域を囲む側面部とを有して前記２つの底面部間を貫く貫通孔を有する柱状体と、前記柱状体の貫通孔に挿通される駆動軸と、複数のシート状の圧電素子を搭載したＦＰＣであって、前記複数の圧電素子を前記柱状体の側面部に接触させて前記柱状体に巻かれたＦＰＣ本体部を有して前記複数の圧電素子に駆動電力を供給できるＦＰＣと、を有する。ＦＰＣが複数の圧電素子を柱状体の側面部に接触させて柱状体に巻かれたＦＰＣ本体部を有し、複数の圧電素子に駆動電力を供給できるため、振動体を構成する圧電素子と柱状体の動きを阻害しにくい。従って、振動体の動きを阻害しにくい圧電超音波モータ、この圧電超音波モータを利用した光学部材駆動装置、カメラ装置及び電子機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の一実施形態である圧電超音波モータ１００を利用した光学部材駆動装置５を含むカメラ装置８が搭載されたスマートフォン９の正面図である。

【図2】図２は、図１に示される光学部材駆動装置５の斜視図である。

【図3】図３は、図２に示されるケース１０を取り除いた光学部材駆動装置５の斜視図である。

【図4】図４は、光学部材駆動装置５のキャリア２０及びベース３０の側面図である。

【図5】図５は、光学部材駆動装置５の圧電超音波モータ１００の斜視図である。

【図6】図６は、図５に示される圧電超音波モータ１００からフェルト７５とＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）７２を除いた斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１に示すように、本発明の一実施形態である圧電超音波モータ１００（以下、単にモータ１００と称することがある（図５参照））を利用した光学部材駆動装置５を含むカメラ装置８は、スマートフォン９の筐体内に収容される。

【0020】

カメラ装置８は、レンズ体６と、画像センサ７と、レンズ体６を駆動する光学部材駆動装置５とを有する。画像センサ７は、レンズ体６を経由して入射する光を画像信号に変換して出力する。光学部材駆動装置５は、モータ１００によってレンズ体６をその光軸と平行な方向に沿って駆動する。

【0021】

以下、図１乃至図６に示されるように、レンズ体６の光軸に平行なＺ軸と、相互に直交し、かつ、Ｚ軸と直交するＸ軸及びＹ軸とからなるＸＹＺ直交座標系を想定し、光学部材駆動装置５の構成を説明する。また、以下では、レンズ体６から見て被写体の側を＋Ｚ側と称し、その反対側（画像センサ７側）を－Ｚ側と呼ぶ場合がある。

【0022】

図２に示すように、光学部材駆動装置５は、直方体状のケース１０内に、レンズ体６を支持するための孔２０ａを有するキャリア２０を収容している。光学部材駆動装置５の中央を被写体からの光が通過する。

【0023】

図３に示すように、キャリア２０はベース３０上に配置される。ベース３０は、金属の板状部材でＸＹ方向に広がる底面部３１と、この底面部３１の＋Ｙ側の端部において＋Ｚ側に直角に折れ曲がった側面部３２とを有する。キャリア２０は、ベース３０の底面部３１の＋Ｚ側に配置される。キャリア２０は、レンズ体６を収容するための孔２０ａの周囲に形成された環状部２０ｂと、ベース３０の側面部３２と対向するように環状部２０ｂの＋Ｙ側に設けられた略直方体形状の連結部２０ｃとを一体化した形状を有する。

【0024】

ベース３０の底面部３１における側面部３２の近くには、主案内軸６１及び副案内軸６２が、Ｘ軸方向に所定の間隔をもって並んでその基端部が固定され、中心軸線が＋Ｚ軸に略平行になるように立設されている。キャリア２０の連結部２０ｃには孔２１及び切り欠き部２２が形成され、主案内軸６１は孔２１に、副案内軸６２は切り欠き部２２に各々収容され、キャリア２０をＺ軸方向に移動するように案内する。また、キャリア２０の＋Ｙ側の端面には切り欠き部２３が形成されており、この切り欠き部２３にはモータ１００が収容されている。後述するように、モータ１００は駆動軸７１を有し、図４に示されるように、駆動軸７１はその基端部７１ｂがベース３０の底面部３１に固定され＋Ｚ側に向けて立設されている。光学部材駆動装置５は、本実施形態によるモータ１００を駆動源として、ベース３０に対してキャリア２０をＺ軸方向に駆動する。

【0025】

図３に示されるように、ベース３０の側面部３２の－Ｙ側の面にはヨーク５１及びホールＩＣ５２が配置されている。キャリア２０における側面部３２との対向面には磁石５３が配置されている。ホールＩＣ５２は、磁石５３の磁界を検出することにより、キャリア２０のＺ軸方向の位置を検出する。ヨーク５１及び磁石５３は、相互に吸引し合い、キャリア２０が側面部３２側に引き寄せられる。これにより、キャリア２０の孔２１の内壁及び切り欠き部２２の内壁が主案内軸６１及び副案内軸６２の外周面に適度な圧力で押し当てられ、キャリア２０の姿勢及びＺ軸方向の駆動が安定したものになる。

【0026】

図４に示すように、キャリア２０に収容されたモータ１００は、Ｚ軸方向に延びた駆動軸７１を有している。駆動軸７１は、－Ｚ側にある基端部７１ｂが駆動軸本体部７１ａよりも小径になっており、この小径部分である基端部７１ｂが、底面部３１に形成された孔に挿入され、カシメや溶接のような方法で固定されている。主案内軸６１及び副案内軸６２も同様構造であり、同様方法で固定されている。また、モータ１００では、図４および図５に示されるように、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）７２の引き出し部７２ｄがＦＰＣ本体部７２ａから駆動軸７１の中心軸線と平行な方向に引き出され、逆方向に１８０度湾曲して側面部３２の－Ｙ側の面に配置、固定され、さらに光学部材駆動装置５の外部と電気的に接続されている。

【0027】

図５及び図６に示すように、モータ１００は、金属の柱状体７４を有する。本実施形態において、柱状体７４は、対向する２つの底面部７４ｅ及び７４ｆとこの２つの底面部７４ｅ及び７４ｆ間の領域を囲む側面部７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄを有する四角柱である。また、柱状体７４は、２つの底面部７４ｅ及び７４ｆ間を貫く貫通孔７４ｇを有する。駆動軸７１は、柱状体７４の貫通孔７４ｇに挿通される。

【0028】

ＦＰＣ７２のＦＰＣ本体部７２ａは、複数（図５に示される例では４つ）のシート状の圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄを搭載している。ＦＰＣ本体部７２ａは、複数の圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄを柱状体７４の対応する側面部７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄに１つずつ接触させて柱状体７４に圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄの外側から巻かれている。圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄそれぞれの表面の＋Ｚ側に電極７３ｅが形成され、－Ｚ側に電極７３ｆが電極７３ｅから離隔して形成されている。電極７３ｅ、７３ｆはそれぞれＦＰＣ７２に電気的に接続される。圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄそれぞれの表面とは反対側の裏面にも電極が形成され、柱状体７４に電気的に接続される。ＦＰＣ７２は共通端子部７２ｂを有し、柱状体７４の底面部７４ｅと電気的に接続される。ＦＰＣ７２は、複数の圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄに駆動電力を供給することができる。

【0029】

また、ＦＰＣ本体部７２ａは、図５に示される引き出し部７２ｄから柱状体７４の側面部７４ｃ、７４ｂ、７４ａ、７４ｄの順で柱状体７４に巻かれている。ＦＰＣ本体部７２ａは、柱状体７４の４つの側面部７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄのうち、側面部７４ｃと側面部７４ｄの間の角部を除いた各間の角部と対向する各位置に、Ｒ部(丸み付け部)７２Ｒを有する。Ｒ部(丸み付け部)７２ＲのＺ方向の幅はその隣接する部分の幅と同程度である。また、柱状体７４に巻かれたＦＰＣ本体部７２ａの外面が、緩衝材であるフェルト７５により覆われている。フェルト７５により覆われたモータ１００が、図３に示されるように、キャリア２０の切り欠き部２３内における－Ｘ側、－Ｙ側、及び＋Ｘ側の内壁に固定されている。

【0030】

以上の構成において、圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄの各電極７３ｅには、同じ周波数、同じ位相、同じ高さの電圧が印加され、各電極７３ｆには、電極７３ｅに印加される電圧に対して同じ周波数、位相差９０度、同じ高さの電圧が印加される。これにより、各電極７３ｅ及び７４ｆに対応する位置の圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄがそれぞれその板面方向に伸縮する。柱状体７４はそのような伸縮はしないので各電極７３ｅ及び７３ｆに対応した圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄと柱状体７４の貫通孔７４ｇに至るまでの部分は、この部分が平板状であったと仮定した場合、それぞれ全体としておわん型のような形状とその反転型を繰り返すような変形をする。即ち、各電極７３ｅ及び７３ｆに対応した位置の貫通孔７４ｇの内壁面は平面であったと仮定した場合にそれぞれ全体としておわん型のような形状とその反転型を繰り返すような変形をする。このように、圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄと柱状体７４は振動体を構成する。電極７３ｅに印加される電圧と電極７３ｆに印加される電圧は９０度の位相差を有しているので、電極７３ｅに対応する位置の貫通孔７４ｇの内壁面の変形と電極７３ｆに対応する位置の貫通孔７４ｇの内壁面の変形も９０度の位相差を有している。これによって、貫通孔７４ｇの内壁面は貫通孔７４ｇの軸方向に沿って楕円運動し、柱状体７４は駆動軸７１に沿って＋Ｚ方向または－Ｚ方向に移動する。この柱状体７４の移動方向は、印加電圧の位相差を変えることにより制御可能である。

【0031】

本実施形態では、上述のように柱状体７４に対してキャリア２０が固定されている。従って、本実施形態によれば、ＦＰＣ７２から圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄに駆動電力を供給することにより、ベース３０に対してキャリア２０をＺ軸方向に移動させることができる。

【0032】

以上が、本実施形態の構成の詳細である。本実施形態における圧電超音波モータ１００は、柱状体７４と、駆動軸７１と、複数のシート状の圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄを搭載したＦＰＣ７２と、を有する。柱状体７４は、対向する２つの底面部７４ｅ及び７４ｆとこの２つの底面部７４ｅ、７４ｆ間の領域を囲む側面部７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄを有し、２つの底面部７４ｅ及び７４ｆ間を貫く貫通孔７４ｇを有する。駆動軸７１は、柱状体７４の貫通孔７４ｇに挿通される。ＦＰＣ７２は、複数の圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄを柱状体７４の側面部７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄに接触させて柱状体７４に巻かれるＦＰＣ本体部７２ａを有し、複数の圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄに駆動電力を供給することができる。この構成では、ＦＰＣ本体部７２ａが複数の圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄを柱状体７４の側面部７４ａ、７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄに接触させて柱状体７４に巻かれ、ＦＰＣ７２は、複数の圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄに駆動電力を供給することができるため、振動体を構成する圧電素子７３ａ、７３ｂ、７３ｃ及び７３ｄと柱状体７４の動きを阻害しにくい。従って、本実施形態の圧電超音波モータ１００において、振動体の動きが阻害されにくい。

【0033】

なお、柱状体７４は側面部が４つある四角柱としたが、それに限るものではなく、三角柱や六角柱等でも構わないし、圧電素子等を含めて実現可能であれば、円柱であっても構わない。また、本実施形態において、圧電超音波モータ１００は、駆動軸７１を固定し、柱状体７４が移動するように構成したが、柱状体７４を固定し、駆動軸７１が移動するようにしてもよい。フェルト７５とした緩衝材は、フェルトである必要は無く、圧電超音波モータ１００を保持でき、振動体の振動を阻害しないような材質であればよい。また、光学部材駆動装置５において、圧電超音波モータ１００はキャリア２０をレンズ体６の光軸と直交する方向に駆動するように設けてもよい。また、光学部材駆動装置５において、圧電超音波モータ１００はレンズ体６ではなく、画像センサ７、プリズム、シャッタ等の他の光学部材を駆動するように設けてもよい。

【符号の説明】

【0034】

５ 光学部材駆動装置
６ レンズ体
７ 画像センサ
８ カメラ装置
９ スマートフォン
１０ ケース
２０ キャリア
２０ａ，２１ 孔
２２，２３ 切り欠き部
３０ ベース
３１ 底面部
３２ 側面部
５１ ヨーク
５２ ホールＩＣ
５３ 磁石
６１ 主案内軸
６２ 副案内軸
７１ 駆動軸
７１ａ 駆動軸本体部
７１ｂ 基端部
７２ ＦＰＣ
７２ａ ＦＰＣ本体部
７２ｂ 共通端子部
７２ｄ 引き出し部
７２Ｒ Ｒ部(丸み付け部)
７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ 圧電素子
７４ 柱状体
７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ 側面部
７４ｅ，７４ｆ 底面部
７４ｇ 貫通孔
７５ フェルト
１００ 圧電超音波モータ（モータ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】