CN107735712B - 形状记忆合金致动器装置的组装方法 - Google Patents

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Abstract

利用支柱元件组装SMA致动器装置，所述支柱元件被成形为包括牺牲支柱主体和通过牺牲支柱主体保持分开的压接耳片。横跨压接耳片搁置SMA丝，所述压接耳片被折叠和挤压，以形成保持SMA丝的压接部。然后将压接部附接到静止部件和运动部件，其后去除牺牲支柱主体。该方法允许在不受静止构件和移动构件妨碍的情况下执行压接，所述牺牲支柱主体保持在附接之前的压接部的相对位置。

Description

形状记忆合金致动器装置的组装方法
技术领域
本发明涉及形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)致动器装置的组装。
背景技术
SMA致动器已知用于手持式电子设备，诸如相机和移动电话。这类致动器可以用于例如微型相机，以实现聚焦、变焦或光学防抖(OIS)。例如，WO2007/113478公开了一种用于相机的SMA致动器装置，其利用单个SMA丝(wire)提供自动聚焦，并且WO2013/175197公开了一种用于相机的小型SMA致动器装置，其利用四条SMA丝提供OIS。此外，WO2011/104518公开了一种SMA致动器装置，其包括能够实现自动聚焦和OIS的八条SMA丝。在这些公开中的每个公开中，每个SMA丝在其端部处固定到静止构件和移动构件，并且优选的固定方法是压接(crimping)，其中压接耳片被折叠并挤压在SMA丝上，以形成保持SMA丝的压接部。
发明内容
然而，压接过程有很高的要求，特别是在微型相机中。当组装SMA致动器装置时，关键难点之一是确保与移动构件上的附接点和静止构件上的附接点之间的距离相比非常严格地控制SMA丝的长度，这是SMA丝正常工作的要求。这个要求可以通过在致动器装置中在使用位置(in situ)将SMA丝附接到静止构件和移动构件来达到。在这种情况下，附接点之间的距离的变化引起附接在这些点之间的SMA丝的长度的相应变化，由此消除误差。然而，如果在使用位置附接SMA丝，那么必须在装置的设计中允许用于允许附接过程发生的空间。在将丝压接到金属部件上的情况下，需要为压接工具留出空间，使其可以接近压接耳片的两侧。这是可能的，但是限制了SMA致动器组件的设计，特别是使得更难以微型化所述设计。
根据本发明，提供一种组装形状记忆合金致动器装置的方法，所述形状记忆合金致动器装置包括静止构件和移动构件以及在所述静止构件和所述移动构件之间延伸的至少一个形状记忆合金丝，所述方法包括：
提供支柱元件，所述支柱元件被成形为包括牺牲支柱主体和压接耳片，所述压接耳片通过所述牺牲支柱主体保持分开；
横跨所述支柱元件的所述压接耳片搁置至少一个形状记忆合金丝；
将所述压接耳片折叠并挤压在所述形状记忆合金丝上，以形成压接部，从而将所述形状记忆合金丝保持在所述压接部之间；
将所述压接部分别附接到所述静止构件和所述移动构件；以及
去除所述牺牲支柱主体，留下分别附接到所述静止构件和所述移动构件的所述压接部。
因此，在将压接部附接到移动构件和静止构件之前，SMA丝被压接到支柱元件上。这样可以在不妨碍静止构件和移动构件的情况下执行压接。然而，附接点之间的距离的任何变化以与直接连接到静止构件和移动构件时相同的方式被适应。此后，在附接到移动构件和静止构件之前，支柱元件的牺牲支柱主体保持压接部的相对位置，并且保持压接部之间的SMA丝的长度。在附接之后，去除牺牲支柱结构，留下附接到移动构件和静止构件的压接部，其中SMA丝具有正确的长度。
因此，该方法允许静止附接点和移动附接点之间的SMA丝的长度与附接点自身之间的距离相关，而不需要在静止构件和移动构件上执行SMA丝附接。这为静止构件和移动构件的设计提供了空间节省，并且因而减小了SMA致动器装置的尺寸，因为不需要供压接工具进入以执行压接耳片的折叠和挤压的空间。
这些益处对于包括多于一条SMA丝(例如8条SMA丝)的SMA致动器装置特别有用。
这些益处对于用于相机的SMA致动器装置特别有用，例如用于自动聚焦或OIS，其中移动构件是相机透镜组件。在这种类型的设备中，微型化是重要的，特别是对于用于诸如移动电话的便携设备中时。
在所述多于一条SMA丝包括交叉的SMA丝的情况下这些益处被加强。
在一种类型的实施例中，所述支柱元件被成形为还包括两个安装部分，该两个安装部分通过所述牺牲支柱主体保持分开，所述压接耳片形成在所述安装部分上。在这种情况下，可以通过将安装部分别安装到静止构件和移动构件，将压接部分别附接到静止构件和移动构件。因此，压接部间接地附接到静止构件和运动构件。这使得附接更容易，因为安装部分可以被合适地设计以便于安装，例如通过比压接部大或者被合适地成形。
所述方法可以利用支柱元件来执行，所述支柱元件被成形为包括一系列附接单元，每个附接单元被成形为包括牺牲支柱主体和压接耳片，该压接耳片通过所述牺牲支柱主体保持分开。在这种情况下，可以在支柱元件的相继的附接单元上以连续的过程并行地执行折叠并挤压所述压接耳片的步骤、附接压接部的步骤以及去除牺牲支柱主体的步骤。这减少了制造时间和成本。
附图说明
为了更好地理解，现在将参考附图通过非限制性示例来描述本发明的实施方案，在附图中：
图1和图2是在组装方法的相继阶段中支柱元件和SMA丝的布置图；
图3是静止构件和移动构件的附接点的布置图；
图4和图5是在组装方法的另外的相继阶段中图3的附接点以及图1和图2的支撑元件和SMA丝的布置图；
图6和图7是相机中SMA致动器装置的示意性侧视图；
图8是相机中的SMA致动器装置的分解图；以及
图9是包括一系列附接单元的支柱元件的布置图。
具体实施方式
图1至5示出了组装SMA致动器装置的第一方法，并且所述方法如下所述地被执行。
根据第一方法，首先提供如图1所示的桥形件(fret)1。桥形件1是一种支柱元件。桥形件1可以由金属制成，例如磷青铜、钢或含有导电成分的层压材料。桥形件1可以是扁平的或成型的条带。
桥形件1如下所述地被成形。桥形件1包括牺牲支柱主体8，牺牲支柱主体8具有长形部分8a和在长形部分8a的末端处横向突出的臂8b。桥形件1还包括在牺牲支柱主体8的端部处(即在臂8b的端部处)的压接耳片3。压接耳片3可以如下所述地形成为压接部。因此，压接耳片3通过牺牲支柱主体8保持分开。
接着，如图1所示，所述方法包括将SMA丝2横跨压接耳片3搁置到桥形件1上的靠近桥形件1的端部3的预定位置处。SMA丝2可以由任何合适的SMA材料制成，例如镍钛诺或其他钛合金SMA材料。
接着，所述方法包括将压接耳片3折叠到SMA丝2上并挤压压接凸耳3以形成压接部4，压接部4将SMA丝2保持在其间，如图2所示。折叠和挤压可以由压接工具(未示出)来执行。通过施加压力来执行所述挤压，并且所述挤压将SMA丝2牢固地限制在压接部4中。
此步骤可以远离下面描述的SMA致动器装置的静止构件5和移动构件6执行，并且因此不存在任何障碍物。压接部4中的附接点之间的距离的任何变化都被留在压接部4之间的SMA丝2的长度的变化适应。桥形件1的牺牲支柱主体8保持压接部4，并且在下文描述的附接之前保持SMA丝2的长度。
图3示出了SMA致动器装置的静止构件5和移动构件6。静止构件5和移动构件6在图3中被示意性地示出为小块，但实际上它们可以是大很多的部件。移动构件6相对于静止构件5是可移动的，所涉及的“静止”和“移动”指的是相对运动。SMA丝2用作致动器，以在组装的SMA致动器装置中驱动这种运动。在一些类型的SMA致动器装置中，悬挂系统可将移动构件6悬挂在静止构件5上。在其他类型的SMA致动器装置中，SMA丝2可以将移动构件6悬挂在静止构件5上。
静止构件5和移动构件6各自包括固定工具7。固定工具7可以是例如粘合剂或机械定位特征。
接着，如图4所示，所述方法包括将压接部4分别附接到静止构件5和移动构件6。在此第一方法中，通过将压接部4搁置到固定工具7上并利用固定工具7(例如利用设置粘合剂或机械固定)将压接部4自身固定到静止构件5和移动构件6，来形成所述附接。因此，压接部4中的一个形成静止丝附接点，并且另一个压接部4形成移动丝附接点。
固定工具7允许桥形件1的放置具有一定程度的宽容度(latitude)，使得压接部4之间的距离和SMA丝2的长度保持与由桥形件2的构造所设置的距离和长度相同。因此，在静止构件5和移动构件6上的附接点之间的SMA丝2的长度与未在静止构件5和移动构件6上执行SMA丝附接的情况下那些附接点之间的距离有关。
接着，如图5所示，所述方法包括去除牺牲支柱主体8。可以通过例如机械切割或激光切割来去除牺牲支柱主体8。这会留下分别附接到静止构件5和移动构件6的压接部4。然而，SMA丝2的长度仍然是由桥形件1中的压接部4之间的间隔正确地设置的长度。
静止构件5和移动构件6(其中SMA丝2被组装成在其间延伸)一起形成SMA致动器装置。然而，由于SMA丝2在远离静止构件5和移动构件6的情况下被压接，因此静止构件5和移动构件6的设计不需要允许接近压接工具。这允许更小型的设计。
第一方法可以被概括为一种组装致动器的方法，所述致动器包括静止构件和移动构件并且SMA丝在静止构件和移动构件之间延伸，其中，SMA丝的端部部分横跨包括主体和两个端部的成形桥形件搁置，桥形件的端部被折叠和挤压以形成保持SMA丝的压接部，一个压接部附接到致动器的移动构件，另一个压接部附接到致动器的静止构件，并且桥形件的主体被去除。
图1至图5仅是说明性的，并且可以使用其他形状和构造的部件。桥形件1可以由适用于组装的SMA致动器装置的任何其他形状的支柱元件代替。例如，所述方法可以应用于附接多条SMA丝的支柱元件。在这种情况下，SMA丝可以包括交叉的丝。在可能的示例中，可以有四条SMA丝或八条SMA丝。
在以上描述的方法中，压接部4本身被安装到静止构件5和移动构件6上，但这不是必须的。在一个替代方案中，支柱元件还可以包括通过牺牲支柱主体保持分开的安装部分，其中压接耳片3形成在安装部分上。在这种情况下，通过将安装部分安装到静止构件5和移动构件6，可以将压接部4间接地附接到静止构件5和移动构件6。
本文描述的方法可以应用于任何类型的SMA致动器装置，但是可能特别适用于相机的SMA致动器装置，其中所述移动构件是相机透镜组件。在这种情况下，静止构件可以包括壳体。
例如，图6和图7示意性地示出了相机中的两个不同的SMA致动器装置，其中，移动构件6是包括至少一个透镜19的相机透镜组件，并且相机还包括图像传感器20，至少一个透镜19将图像聚焦在图像传感器20上以捕获图像。在图6的示例中，图像传感器20被安装在固定部分5上。在这种情况下，通过使SMA丝2驱动移动构件6沿着光学轴线相对移动以改变焦点，SMA致动器装置可以提供自动聚焦，和/或通过使SMA丝2驱动移动构件6与光学轴线正交地相对移动，SMA致动器装置可以提供OIS。在图7的示例中，图像传感器20被安装在移动构件6上。在这种情况下，通过使SMA丝2驱动移动构件6倾斜，SMA致动器装置提供OIS。
再例如，本文描述的方法可以应用于WO2007/113478中公开的那种类型的提供自动聚焦的用于相机的SMA致动器装置，WO2013/175197中公开的那种类型的提供OIS的用于相机的SMA致动器装置，或用于WO2011/104518中公开的那种类型的提供这两种多重功能的用于相机的SMA致动器装置。
现在将描述组装SMA致动器装置10的第二方法，该SMA致动器装置10包括可用于在相机中提供多重功能的若干个SMA丝2。与第一方法相同的元件具有相同的附图标记，并且为了简洁起见，不重复其描述。
图8示出了通过第二方法组装的SMA致动器装置10并且SMA致动器装置10如下所述地被布置。
SMA致动器装置10包括静止构件5，该静止构件5包括基座11和附接到基座11的屏蔽罩12，基座11是集成底架和用于安装图像传感器的传感器支架。
SMA致动器装置10包括移动构件6，移动构件6是包括承载至少一个透镜(图8中未示出)的透镜承载架13的相机透镜组件。
SMA致动器装置10包括8条SMA丝2，每条SMA丝2都附接在静止构件5和移动构件6之间。当沿着光学轴线观察时，SMA致动器装置10的四个侧面中的每个侧面上设置一对彼此交叉的SMA丝2。SMA丝2具有WO2011/104518的图4所示的那种类型的总体配置。如WO2011/104518(其通过引用并入本文并且对其进行引用)中所描述的，SMA丝2以这样的配置附接到静止构件5和移动构件6：使得SMA丝2能够提供移动构件5的具有多重自由度的相对移动，以提供自动聚焦和OIS。
因此，对于每对SMA丝2，SMA丝2在一端处附接到两个静止安装部分15，静止安装部分15自身被安装到静止构件5，用于将SMA丝2安装到静止构件5。静止安装部分15彼此相邻，但被分开以允许它们处于不同的电位。
类似地，对于每对SMA丝2，SMA丝2在一端处附接到移动安装部分16，移动安装部分16自身被安装到移动构件6，用于将SMA丝2附接到移动构件6。移动构件6还包括连接到每个移动安装部分16的导电环17，用于在移动构件6处将SMA丝2电连接在一起。
根据第二方法，首先提供如图9所示的支柱元件21。支柱元件21可以由金属制成，例如磷青铜、钢、含有导电成分的层压材料。支柱元件21呈扁平条带的形式。支柱元件21如下所述地被成形。
支柱元件21包括一系列附接单元22。每个附接单元22包括牺牲支柱主体28，牺牲支柱主体28具有长形部分28a和在长形部分28a的末端处横向突出的基座部分28b。每个附接单元22的基座部分28b是连续条带25的区段，连续条带25具有用以促进机械定位和处理的孔口26。沿着支柱元件21，牺牲支柱主体28的长形部分28a被分开以在其间提供窗口27。
每个附接单元22还包括位于相应窗口27中的移动安装部分16和两个静止安装部分15。两个静止安装部分15通过连接器耳片29连接到一个基部部分28b，并且移动安装部分16通过连接器耳片30连接到另一个基部部分8b。
每个附接单元22还包括形成在静止安装部分15和移动安装部分16上的压接耳片23。压接耳片23可以如下所述地形成为压接部24。因此，静止安装部分15和移动安装部分16以及形成在其上的压接耳片23通过牺牲支柱主体28保持分开。
第二方法包括如上所述的与第一方法的步骤相应的步骤，但是步骤在连续过程中执行，其中在支撑元件21中的不同的附接单元22上并行地执行不同的步骤。具体地，站A至H与一系列相继的附接单元22对齐，并且在站A至H处并行地在附接单元22上执行第二方法的不同步骤。然后，使支柱元件21行进，以将相继的附接单元22移动到下一个站，以便执行下一个步骤。因此，随着整个支柱元件21作为一个整体一步步经历站A至H，第二方法在支柱元件21的单个附接单元22上被执行。
在于站A处进行处理之前，可以从片材材料切割出整个支柱元件21，这优选通过冲压实现，但也可以使用诸如蚀刻或激光切割的其他工艺。然后将预成型的支柱元件21(优选是成卷的)供应到过程的站A，在站A处，处理第一附接单元22，然后使支柱元件行进，使得第一附接单元行进到站B，以此类推。随着支柱元件21一步步经历所述过程，成卷的预切割材料展开。
具体地，在站A至H处执行以下步骤。
在站A处，加工附接单元22，以使压接耳片23上的尖锐边缘平滑。
在站B处，压接耳片23被折叠成与支柱元件21(其为扁平条带形式)的平面成90度角。
在站C处，压接耳片23进一步被折叠成与支柱元件21的平面成150°角。
在站D处，用于提供与导电环17的电连接的电连接耳片31被折叠成与支柱元件21的平面成90度角。
在站E处，一个SMA丝2横跨压接耳片23被搁置到支柱元件1上，然后压接耳片23被折叠在SMA丝2上，并且被挤压以形成将SMA丝2保持在其间的压接耳片24。
在站F处，另一个SMA丝2横跨压接耳片23被搁置到支柱元件1上，然后压接耳片23被折叠在SMA丝2上，并且被挤压以形成将SMA丝2保持在其间的压接耳片24。
SMA丝2以预定和受控的张力从卷轴32被引入站E和F。
在站E和F处的折叠和挤压可以由压接工具(未示出)执行。通过施加压力来执行所述挤压，并且所述挤压将SMA丝2牢固地限制在压接部24中。
在站G处，使SMA丝2中的一个的压接部24弯曲5°，以分开两条SMA丝2。
在站H处，将静止安装部分15和移动安装部分16分别安装到静止构件5和移动构件6。可以通过利用固定工具(例如静止构件5和移动构件6上的粘合剂或机械定位特征)固定静止安装部分15和移动安装部分16，来进行所述安装。结果是，通过将静止安装部分15和移动安装部分16安装到静止构件5和移动构件6，压接部分24间接地附接到静止构件5和移动构件6。
部分组装的SMA致动器装置10被提供到位于工作台上的站H上，在支柱元件21行进时工作台旋转90°，以将一对SMA丝2附接到SMA致动器装置10的每一侧。
在站I处，通过切割连接器耳片29和连接器耳片30(例如机械切割或激光切割)去除牺牲支柱主体28。这留下分别附接到静止构件5和移动构件6的静止安装部分15和移动安装部分16以及形成在其上的压接部24。
第二方法提供了与如上所述的第一方法类似的优点，具有这些优点的原因是，将SMA丝2压接到支柱元件的步骤分别在站E和F处执行，并且在将SMA丝2在站H处连接到静止构件5和移动构件6之前执行。然而，第二方法作为一个连续的过程执行，减少制造时间和成本。

Claims (19)

1.一种组装形状记忆合金致动器装置的方法，所述形状记忆合金致动器装置包括静止构件和移动构件以及在所述静止构件和所述移动构件之间延伸的至少一个形状记忆合金丝，所述方法包括：
提供支柱元件，所述支柱元件被成形为包括牺牲支柱主体和压接耳片，所述压接耳片通过所述牺牲支柱主体保持分开；
横跨所述支柱元件的所述压接耳片搁置至少一个形状记忆合金丝；
将所述压接耳片折叠并挤压在所述形状记忆合金丝上，以形成压接部，从而将所述形状记忆合金丝保持在所述压接部之间；
将所述压接部分别附接到所述静止构件和所述移动构件；以及
去除所述牺牲支柱主体，留下分别附接到所述静止构件和所述移动构件的所述压接部。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述支柱元件是成形的桥形件，并且所述压接耳片位于所述牺牲支柱主体的端部。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压接部通过粘合剂分别附接到所述静止构件和所述移动构件。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压接部通过机械定位特征分别附接到所述静止构件和所述移动构件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述形状记忆合金致动器装置是用于相机的形状记忆合金致动器装置，其中，所述移动构件包括相机透镜组件。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述至少一个形状记忆合金丝包括多于一个形状记忆合金丝。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多于一个形状记忆合金丝包括交叉的形状记忆合金丝。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过机械切割或激光切割去除所述牺牲支柱主体。
9.根据权利要求1-4和7中任一项所述的方法，其中，
所述支柱元件被成形为还包括两个安装部分，两个所述安装部分通过所述牺牲支柱主体保持分开，所述压接耳片形成在所述安装部分上，并且
将所述压接部分别附接到所述静止构件和所述移动构件的步骤包括将所述安装部分分别安装到所述静止构件和所述移动构件。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，
所述支柱元件被成形为还包括两个安装部分，两个所述安装部分通过所述牺牲支柱主体保持分开，所述压接耳片形成在所述安装部分上，并且
将所述压接部分别附接到所述静止构件和所述移动构件的步骤包括将所述安装部分分别安装到所述静止构件和所述移动构件。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，
所述支柱元件被成形为还包括两个安装部分，两个所述安装部分通过所述牺牲支柱主体保持分开，所述压接耳片形成在所述安装部分上，并且
将所述压接部分别附接到所述静止构件和所述移动构件的步骤包括将所述安装部分分别安装到所述静止构件和所述移动构件。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述支柱元件被成形为还包括两个安装部分，两个所述安装部分通过所述牺牲支柱主体保持分开，所述压接耳片形成在所述安装部分上，并且
将所述压接部分别附接到所述静止构件和所述移动构件的步骤包括将所述安装部分分别安装到所述静止构件和所述移动构件。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，
所述支柱元件被成形为包括一系列附接单元，每个附接单元被成形为包括牺牲支柱主体和压接耳片，该压接耳片通过所述牺牲支柱主体保持分开，并且
在所述支柱元件的相继的附接单元上并行地执行折叠并挤压所述压接耳片的步骤、附接所述压接部的步骤以及去除所述牺牲支柱主体的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括从连续的条带切割附接单元的步骤，该步骤与折叠并挤压所述压接耳片的步骤、附接所述压接部的步骤以及去除所述牺牲支柱主体的步骤并行地执行。
15.一种支柱元件，所述支柱元件被成形为包括牺牲支柱主体和压接部，所述压接部通过所述牺牲支柱主体保持分开，其中所述压接部保持多于一个形状记忆合金丝，所述多于一个形状记忆合金丝包括交叉的形状记忆合金丝，所述压接部被折叠并挤压在所述多于一个形状记忆合金丝上，所述牺牲支柱主体从所述压接部是能够去除的。
16.根据权利要求15所述的支柱元件，其中，所述支柱元件被成形为还包括两个安装部分，两个所述安装部分通过所述牺牲支柱主体保持分开，压接耳片形成在所述安装部分上。
17.根据权利要求15所述的支柱元件，其中，所述支柱元件被成形为包括一系列附接单元，每个附接单元被成形为包括牺牲支柱主体和压接部，该压接部通过所述牺牲支柱主体保持分开。
18.根据权利要求15所述的支柱元件，其中，所述支柱元件由金属制成。
19.根据权利要求15所述的支柱元件，其中，所述支柱元件是扁平条带。
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