Piezoelectric actuator and mobile phone

Abstract

A piezoelectric actuator includes a piezoelectric device, a shaft that includes an end portion joined to an end portion of the piezoelectric device, a slider unit that is slidably engaged with the shaft, a frame in which the piezoelectric device, the shaft, and the slider unit are disposed, and means for increasing joint strength between the piezoelectric device and the shaft.

Description

PIEZOELECTRIC ACTUATOR AND MOBILE PHONEField of the Invention

[0001] The present invention relates to a piezoelectric actuator, and specifically relates to a configuration for connecting a piezoelectric device and a shaft for driving.Description of the Related Art

[0002] Piezoelectric actuators move a movable body on a shaft by repeating mechanical displacement by a piezoelectric effect produced by a piezoelectric device. For example, a piezoelectric actuator is used for moving a lens of a camera included in a mobile phone.

[0003] As a configuration that connects a piezoelectric device and a shaft for driving together in such a piezoelectric actuator, Japanese Patent Laid-Open No. 2017-135340 (Literature 1) describes use of an adhesive. Likewise, Japanese Patent Laid-Open No. 2018-181935 (Literature 2) describes that a piezoelectric device and a shaft are connected together with a resin adhesive, and that the resin adhesive is disposed at and adjacent to the connection such that a portion of the piezoelectric device is covered with the resin adhesive. By covering the portion of the piezoelectric device with the resin adhesive in this manner, the piezoelectric device and the shaft are joined together firmly.

[0004] However, with the configuration according to Literature 1 or 2, reliability in joint strength of a joining portion between the shaft and the piezoelectric device may be insufficient. For example, the joining portion may be separated by an impact from the outside in an inspection process such as a drop test.

[0005] An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator that is sufficiently reliable in joint strength of a joining portion between a shaft and a piezoelectric device.SUMMARY OF THE INVENTION

[0006] A piezoelectric actuator includes a piezoelectric device, a shaft that includes an end portion joined to an end portion of the piezoelectric device, a slider unit that is slidably engaged with the shaft, a frame in which the piezoelectric device, the shaft, and the slider unit are disposed, and means for increasing joint strength between the piezoelectric device and the shaft.

[0007] Further features of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the attached drawings.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0008] Figure 1A is a schematic perspective view of a lens driving device according to an embodiment of the present invention.

[0009] Figure 1B is a schematic exploded perspective view of the lens driving device according to the embodiment of the present invention.

[0010] Figure 2 is a perspective view of a piezoelectric actuator according to a first embodiment of the present invention.

[0011] Figure 3 is an exploded perspective view of the piezoelectric actuator according to the first embodiment of the present invention.

[0012] Figure 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in Figure 2.

[0013] Figure 5 is a sectional view taken along the line V-V in Figure 2.

[0014] Figure 6A is a perspective view of the piezoelectric actuator according to the first embodiment before being driven.

[0015] Figure 6B is a perspective view of the piezoelectric actuator according to the first embodiment after being driven.

[0016] Figure 7 is a perspective view of a piezoelectric actuator according to a second embodiment of the present invention.

[0017] Figure 8 is an exploded perspective view of the piezoelectric actuator according to the second embodiment of the present invention.

[0018] Figure 9 is a sectional view taken along the line IX-IX in Figure 7.

[0019] Figure 10 is a sectional view taken along the line X-X in Figure 7.

[0020] Figure 11A is a perspective view of the piezoelectric actuator according to the second embodiment before being driven.

[0021] Figure 11B is a perspective view of the piezoelectric actuator according to the second embodiment after being driven.

[0022] DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

[0023] A piezoelectric actuator according to each of embodiments of the present invention and a lens driving device for a mobile phone including the piezoelectric actuator will be described below with reference to the drawings.

[0024] (First Embodiment)

[0025] (Description of lens driving device)

[0026] Figure 1A is a schematic perspective view of a lens driving device according to the present invention, and Figure 1B is a schematic exploded perspective view of the lens driving device according to the present invention.

[0027] A lens driving device 1 in the present embodiment is used for driving a lens for autofocus (AF) in a camera mechanism included in a mobile phone. The lens driving device 1 includes a lens unit 2, a housing 3, a pair of guiding shafts 4 that holds the lens unit 2 and guides movement of the lens unit 2, a cover 5 with which a top surface of the housing 3 is covered, and a piezoelectric actuator 10. The lens unit 2 includes a lens 2a and a holder 2b that holds the lens 2a. The holder 2b of the lens unit 2 includes two pairs of protruding parts 2c that extend radially outward from an optical axis of the lens 2a. A guidance hole is formed in each of the protruding parts 2c. Through the guidance holes of the protruding parts 2c, the guiding shafts 4 are slidably inserted. The housing 3 is further provided with four holes. Through the four holes of the housing 3, the pair of guiding shafts 4 are fixedly inserted. This enables the lens unit 2 to slide while guided by the guiding shafts 4 fixed to the housing 3.

[0028] The lens driving device 1 further includes the piezoelectric actuator 10. As illustrated in Figure 1B, a protruding part 20a, which is a part of a slider unit 20 (Figure 2) of the piezoelectric actuator 10 described later, penetrates into the housing 3 through an opening 3a of the housing 3  and is inserted between one of the pairs of protruding parts 2c of the lens unit 2 on one side. The protruding part 20a is built in such that the guiding shaft passes through a hole provided in the protruding part 20a as with the protruding parts 2c of the lens unit. This enables the piezoelectric actuator 10 to perform a desired movement of the lens unit 2 by moving the slider unit 20.

[0029] (Description of Piezoelectric Actuator)

[0030] Figure 2 is a perspective view of the piezoelectric actuator 10 according to a first embodiment of the present invention. Figure 3 is an exploded perspective view of the piezoelectric actuator illustrated in Figure 2. The piezoelectric actuator 10 includes a piezoelectric device 14, a shaft (for driving) 12, and a weight 15. Driving by the piezoelectric device causes the slider unit 20 as a movable body slidably engaged with the shaft 12 to move. The piezoelectric actuator 10 in the present embodiment also includes a frame 11, a reinforcement part 13, two shaft holding springs 16, a flexible printed circuit (FPC) 17, a preload spring 18, and the slider unit 20.

[0031] In the piezoelectric actuator 10, the piezoelectric device 14 is joined at one end to the weight 15 as an inertial body and is joined at the other end to the shaft 12. The joining to the shaft 12 is reinforced by the reinforcement part 13, as described later with reference to Figure 4. The piezoelectric device 14 having the above-described configuration is displaced by its piezoelectric effect. With this displacement, the shaft 12 joined to the piezoelectric device 14 is also displaced. Then, the displacement of the shaft 12 causes the slider unit 20, which is slidably engaged with the shaft 12, to move. Specifically, first, when the piezoelectric device 14 is displaced in such a manner as to expand at a relatively low speed, the shaft 12 expands with the displacement. At this time, the slider unit 20 does not slide on the shaft 12 but expands with a relative position between the slider unit 20 and the shaft 12 being unchanged, and changes its position (moves) . Next, when the piezoelectric device 14 is displaced in such a manner as to contract at a relatively high speed, the shaft 12 contracts with the displacement. At this time, the slider unit 20 slides on the shaft 12 to stay at its position. Repeating the expansion and the  contraction of the piezoelectric device 14 can cause the slider unit 20 to move in a direction of the expansion of the piezoelectric device 14 and can position the slider unit 20.

[0032] As illustrated in Figure 3, the frame 11 serves as a supporting member of constituent components of the piezoelectric actuator 10. The frame 11 supports an integrated driving unit including the weight 15, the piezoelectric device 14, the reinforcement part 13, and the shaft 12 and supports the slider unit 20 engaged with the shaft 12. In this support, the preload spring 18 is in contact with one end surface of the shaft 12 in an axial direction and biases the shaft 12 toward the piezoelectric device 14. This can bring about a state where a force toward the piezoelectric device 14 acts on the shaft 12.

[0033] The shaft 12 is slidably engaged with the slider unit 20. The slider unit 20 includes a slider 21, balls 22, and a slider spring 23, which are disposed such that the slider spring 23 and the slider 21 sandwich the shaft 12 included in the driving unit via the balls 22. Specifically, a V grooves formed in the slider 21 engage with the shaft 12 along a direction of the grooves. In addition, the balls 22 are rotatably engaged with the holes provided on both sides of the V groove, and the slider spring 23 is attached to the slider 21 against repulsive force from the balls 22. As a result, as will be described later in detail with reference to Figure 5, the slider spring 23 presses the shaft 12 and can generate appropriate frictional force between the shaft 12 and the V groove of the slider 21.

[0034] V grooves 11a and 11b provided in the frame 11 are slidably engaged with the shaft 12 of the driving unit. In addition, holding springs 16 are mounted on the frame 11 correspondingly to the V grooves 11a and 11b and press the shaft 12 against the V grooves 11a and 11b. With this configuration, the shaft 12 can be slidably held to the frame 11. In addition, in a groove 11c of the frame 11, the weight 15 is disposed, and the weight 15 is fixed to the groove 11c with an adhesive. Furthermore, to the frame 11, the FPC 17 is attached. Thus, a control circuit (not illustrated) of the mobile phone can send a predetermined signal to the piezoelectric device 14 to drive the piezoelectric device 14, thereby controlling the expansion and the contraction described above.

[0035] Figure 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in Figure 2 and illustrates particularly a form that increases joint strength between the piezoelectric device 14 and the shaft 12. An end portion of the piezoelectric device 14 where the piezoelectric device 14 is cut and a portion of a circumference of the shaft 12, an adhesive 13a is applied. The reinforcement part 13 has a recessed portion in a cylindrical shape and a hole that penetrates the reinforcement member from a bottom surface of the recessed portion. The adhesive 13a is applied to the end portion of the piezoelectric device 14 and a lateral surface of the portion of the shaft 12 as described above, and the adhesive is applied such that portions of the recessed portion and the hole of the reinforcement part 13 are filled with the adhesive. As seen from the above, according to the present embodiment, a zone or a range where the adhesive is applied can be increased with the reinforcement part 13, and the joint strength between the piezoelectric device 14 and the shaft 12 can be made relatively high. In addition, in the present embodiment, the pressurization spring 18 is provided in such a manner as to press the shaft 12 toward the piezoelectric device. This can further increase the joint strength.

[0036] Figure 5 is a sectional view taken along the line V-V in Figure 2 and particularly illustrates a form for applying an appropriate frictional force to the shaft 12 included in the driving unit. Both end portions of the slider spring 23 are attached at predetermined positions on side walls of the slider 21. In this state, a top portion of the slider spring 23 elastically presses the shaft 12 against the V groove of the slider 21. In addition, the slider spring 23 includes spring portions at centers of both side portions of the slider spring 23, and the spring portions elastically press the balls 22 against portions of the frame 11. The balls 22 rotate on the portions of the frame 11 in movement of the slider unit 20 described later. With the above-described configuration that presses the shaft 12 with the slider spring 23, a frictional force between the shaft 12 and the V groove of the slider 21 can be set to a desired value. That is, the frictional force can be set to such a value that makes, when the piezoelectric device 14 of the driving unit expands, the slider unit 20 move without occurrence of slipping between the shaft 12 and the V groove of the slider 21, and makes, when the piezoelectric device 14 contracts, the slider unit 20 not move together with the piezoelectric device 14 to maintain its position. As a  result, for example, a driving force by the driving unit can be increased, thus preventing such a negative effect that the slider unit 20 cannot move at a predetermined speed or stops.

[0037] Figure 6A and Figure 6B are diagrams each illustrating a movement position of the slider unit 20 that moves by driving by the driving unit. Figure 6A illustrates the movement position closest to the piezoelectric device 14 in a movement range of the slider unit 20, and Figure 6B illustrates the movement position farthest from the piezoelectric device 14. These positions correspond to a range within which the lens unit in the camera mechanism moves, as described with reference to Figure 1A and Figure 1B.

[0038] In an AF action of the camera mechanism, at the time of movement in a direction indicated by an arrow in Figure 6A, the piezoelectric device 14 expands at a relatively low speed and then contracts at a relatively high speed as described above. Repeating the expansion and the contraction causes the slider unit 20 to move in the direction indicated by the arrow in Figure 6A and positions the slider unit 20. In contrast to the above, at the time of movement in a direction indicated by an arrow in Figure 6B, the piezoelectric device 14 expands at a relatively high speed and then contracts at a relatively low speed. Repeating the expansion and the contraction causes the slider unit 20 to move in the direction indicated by the arrow in Figure 6B and positions the slider unit 20. In the movement, when the piezoelectric device 14 expands to cause the shaft 12 to move in the same expansion direction, the pressurization spring 18 continues to apply elastic force to the shaft 12. In contrast, when the piezoelectric device 14 contracts to cause the shaft 12 to move in an opposite direction to the expansion direction, the pressurization spring 18 also continues to apply the elastic force.

[0039] (Second Embodiment)

[0040] A second embodiment of the present invention will be described. Description of a basic configuration of the present invention, and descriptions of functions, configurations, and components that are the same as those in the first embodiment will be omitted, and differences from the first embodiment will be described. In the present embodiment, another example of the slider unit 20 will be described with reference to Figure 7 to Figure 11B.

[0041] Figure 7 is a perspective view of a piezoelectric actuator according to the second embodiment of the present invention, and Figure 8 is an exploded perspective view of the piezoelectric actuator according to the second embodiment of the present invention. Figure 9 is a sectional view taken along the line IX-IX in Figure 7, and Figure 10 is a sectional view taken along the line X-X in Figure 7.

[0042] A principal point in the second embodiment is that a diameter of a shaft in a driving unit is larger than a diameter of the shaft according to the first embodiment. Accordingly, a structure of a slider for engaging the shaft with a slider unit is different from that according to the first embodiment. Specifically, as illustrated in Figure 7, a piezoelectric actuator 10 includes a frame 110, a shaft 120, a piezoelectric device 14, a weight 15, an FPC 17, a preload spring 18, and a slider unit 200.

[0043] The shaft 120 in the second embodiment has a relatively large diameter, which makes an area of an end surface of the shaft 120 at which the shaft 120 is connected to the piezoelectric device 14 larger than an area of an end surface of the piezoelectric device 14. In addition, in the present embodiment, the adhesive is applied to the end surface of the shaft 120 to join the shaft 120 to the piezoelectric device 14 (Figure 9) . In this manner, in the present embodiment, the area of the end surface of the shaft 120 is increased to increase a bonding area, and thus adhesive strength can be increased.

[0044] A slider 21 of the slider unit 200 includes a V groove deep enough for the large diameter of the shaft 120. In addition, the frame 110 slidably holds the shaft 120 and includes protrusions 110a for snap-fitting that ensures the holding (see Figure 10) . A slider spring 230 of the slider unit 200 is provided such that the substantially entire frame 110 is covered with the slider spring 230.

[0045] In the configuration described above, in particular, as illustrated in Figure 9, the shaft 120 is joined to the piezoelectric device 14 such that the adhesive is applied to substantially the entire end surface of the shaft 120. In this joint, since the diameter of the shaft 120 is relatively large, an area of the bonding is also large. This can increase joint strength between the shaft 120 and the piezoelectric device 14.

[0046] In addition, in particular, as illustrated in Figure 10, the slider spring 230 is attached to a portion of the slider 21 of the slider unit 200. This enables the slider spring 230 to move together with the slider unit 200. In addition, the slider spring 230 and the protrusions 110a for snap-fitting can set a frictional force between the shaft 120 and the V groove of the slider 21 to a desired value as described in the first embodiment, thus enabling an increase in a driving force by the driving unit. As a result, it is possible to prevent such a negative effect that the slider unit 200 cannot move at a predetermined speed or stops. In addition to this, the slider spring 230 can block an impact from the outside or the like. Thus, a connection between the shaft 120 and the piezoelectric device 14 is protected against an impact from the outside or the like. Therefore, separation at the connection portion is unlikely to occur.

[0047] Figure 11A and Figure 11B are diagrams similar to Figure 6A and Figure 6B, respectively, and each illustrate a movement position of the slider unit 200 that moves by driving by the driving unit. Figure 11A illustrates the movement position closest to the piezoelectric device 14 in a movement range of the slider unit 200, and Figure 11B illustrates the movement position farthest from the piezoelectric device 14. These positions correspond to a range within which the lens unit in the camera mechanism moves, as described with reference to Figure 1A and Figure 1B.

[0048] In an AF action of the camera mechanism, at the time of movement in a direction indicated by an arrow in Figure 11A, the piezoelectric device 14 expands at a relatively low speed and then contracts at a relatively high speed as described above. Repeating the expansion and the contraction causes the slider unit 200 to move in the direction indicated by the arrow in Figure 11A and positions the slider unit 200. In contrast to the above, at the time of movement in a direction indicated by an arrow in Figure 11B, the piezoelectric device 14 expands at a relatively high speed and then contracts at a relatively low speed. Repeating the expansion and the contraction causes the slider unit 200 to move in the direction indicated by the arrow in Figure 11B and positions the slider unit 200.

[0049] Although the embodiments described above are embodiments according to a form in which a piezoelectric actuator is applied to a lens movement mechanism for a camera in a mobile  phone, the application of the piezoelectric actuator according to the present invention is not limited to this form. For example, the piezoelectric actuator according to the present invention can be used in a lens movement mechanism in a surveillance camera, filter replacement for adjusting an amount of light in a surveillance camera, or a mechanism for changing an orientation of a camera in a surveillance camera.

Claims

1.A piezoelectric actuator comprising:a piezoelectric device;a shaft having an end portion that is joined to an end portion of the piezoelectric device;a slider unit that is slidably engaged with the shaft;a frame in which the piezoelectric device, the shaft, and the slider unit are disposed; andmeans for increasing joint strength between the piezoelectric device and the shaft.2.The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the means is a member that receives the end portion of the piezoelectric device and the end portion of the shaft and receives an adhesive on lateral surfaces of the piezoelectric device and the shaft, the adhesive being applied to the lateral surfaces.3.The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein in the means, an area of an end surface of the end portion of the shaft is larger than an area of an end surface of the end portion of the piezoelectric device, and an adhesive is applied to the end surface of the end portion of the shaft.4.The piezoelectric actuator according to claim 2 or 3, wherein the means further includes a preload spring that applies elastic force to an end portion of the shaft, the end portion being on a side opposite to the end portion at which the shaft is joined to the piezoelectric device.5.The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the slider unit includes a slider and a slider spring, the slider including a V groove that is engaged with the shaft, the slider spring pressing the shaft against the V groove.6.The piezoelectric actuator according to claim 5, wherein the slider unit further includes a ball that rotates on the frame with movement of the slider, and the slider spring receives reaction force from the ball.7.The piezoelectric actuator according to claim 3, wherein the frame includes a V groove and a protrusion, the V groove being engaged with the shaft, the protrusion being for snap-fitting the shaft above the V groove.8.A mobile phone comprising a camera that includes the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 7 used as a lens movement mechanism.

Images