JP2006038931A - 形状記憶合金を使用したアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 形状記憶合金のワイヤを使用するアクチュエータのワイヤに発生する応力を低減し、繰り返し動作寿命を延長したアクチュエータを提供する。
【解決手段】 アクチュエータが図３（ａ）に示す第１の状態にあるとき、第１の形状記憶合金のワイヤ２１に通電すると記憶形状に収縮して引張力が発生、駆動部材１１は矢印ａ方向に移動して駆動対象１７を矢印ｂ方向に押し下げ、図３（ｂ）に示す第２の状態となる。ワイヤ２１への通電を停止、第２の形状記憶合金のワイヤ２２に通電すると記憶形状に収縮して引張力が発生、駆動部材１１は矢印ａと反対方向に移動して押下量が減少、駆動対象１７は上昇して第１の状態に復帰する。ワイヤ２２への通電により発生する応力は引張バネ２５の力が加わり増加するが、ワイヤ２１への通電により発生する応力は引張バネ２５の力の分だけ減少するから、繰り返し動作寿命を延長することができる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、形状記憶合金を使用したアクチュエータに関する。

近年、携帯電話や携帯端末装置にマイクロカメラを組み込んだ装置が開発され、使用されるに至った。携帯電話や携帯端末装置に組み込まれたマイクロカメラユニット（以下、ＭＣＵという場合がある）には、画像撮影という基本機能に加えて、最近は焦点調整や光学ズーミングなどの付加機能が求められてきている。

これらの付加機能を実現するためにはレンズ駆動機構が必要となるが、既にモータや圧電アクチュエータを使用したレンズ駆動機構を搭載したＭＣＵが実用化されているが、その駆動源の性質から大型になるため、携帯電話や携帯端末装置の薄型化には限界がある。 このような課題を解決する手段として、形状記憶合金を使用したアクチュエータが知られており（特許文献１、特許文献２参照）、形状記憶合金を使用したアクチュエータをレンズ駆動機構に適用したＭＣＵも提案されている（特許文献３参照）。
特開２００１−３８５０号公報。 特開２００２−３２９０２８号公報。 特開平６−２３０４５７号公報。

形状記憶合金は、それ自身の温度により材料自体の形状が変化する材料で、形状記憶合金で作成されたワイヤでは、最初に加熱状態で所定の初期形状（例えば湾曲形状）に形成してその形状を記憶させておくと、ワイヤを初期形状とは異なる他の形状（例えば直線形状）に加工した後、ワイヤを加熱して所定の温度に達すると、記憶された初期形状（例えば湾曲形状）に復元する。そして、ワイヤが冷却すると、前記した他の形状（例えば直線形状）に戻るという性質を有する。

形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータを携帯電話や携帯端末装置などの装置に組み込む場合、その繰り返し動作寿命を十分に考慮する必要がある。形状記憶合金のワイヤの繰り返し動作寿命は、駆動時の応力に敏感であることが知られている。所定の形状、例えば縮み形状を記憶させた形状記憶合金のワイヤが記憶形状に収縮変位するとき、収縮歪が一定であるとすれば、ワイヤに発生する応力が高ければ寿命は短く、応力が低ければ寿命は長い。

そこで、形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータの長寿命化を図るには、応力の低減が課題となる。形状記憶合金のワイヤに発生する応力を低減するには、ワイヤの断面積を拡大すればよい。しかしながら、ワイヤの断面積の拡大は加熱用の電力消費の増加と応答性の低下を伴うので好ましくない。

また、形状記憶合金のワイヤに長さの長いワイヤを使用して収縮歪を増加させずに変位量（ストローク）を拡大し、その分ワイヤの張力を減らして、必要な駆動エネルギーを維持しながら応力を低減する方法も考えられる。しかしながら、形状記憶合金のワイヤの長さを長くすると、形状記憶合金のワイヤを曲げて配置することが困難であるという理由から、アクチュエータが大型化したり部品点数が増加するという不都合がある。この発明は、このような課題の解決を目的とするものである。

この発明は、上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、一対の形状記憶合金の作動部材により第１の方向、及びこれと異なる第２の方向に選択的に駆動される駆動部材を備えた形状記憶合金を使用したアクチュエータにおいて、固定部材と前記駆動部材との間に配設された弾性部材を備え、前記弾性部材は、前記作動部材により駆動負荷の小さい第１の方向へ駆動部材を駆動する時は作動部材から発生する駆動エネルギーの一部を弾性エネルギーとして蓄え、前記作動部材により駆動負荷の大きい第２の方向へ駆動部材を駆動する時は蓄えられた弾性エネルギーを駆動部材の駆動エネルギーの一部として放出するよう配置されることを特徴とする形状記憶合金を使用したアクチュエータである。

そして、前記駆動部材は、レンズを駆動する駆動装置の駆動部材であってもよい。

その場合、前記レンズを駆動する駆動装置は、レンズを保持する光軸方向に移動可能なレンズ保持枠と、そのレンズ保持枠を光軸方向に移動させる光軸の回りに回動自在に保持されたカム環と、そのカム環に係合する作用端部を備えた駆動部材とを備え、前記駆動部材は、形状記憶合金の作動部材により第１の方向及びこれと異なる第２の方向に選択的に駆動され、カム環に係合する作用端部を介してカム環を第１の方向及び第２の方向に回動させ、レンズ保持枠をレンズ繰出し位置及び繰込み位置に移動させることができる。

また、前記駆動部材は、帯状材を巻枠に巻き上げる巻上げ装置の駆動部材であってもよい。

その場合、前記巻上げ装置は、巻枠に連結された爪車と、その爪車の爪部に接触して爪車を回転させる爪を有する駆動部材とを備え、前記駆動部材は、形状記憶合金の作動部材により第１の方向及びこれと異なる第２の方向に選択的に駆動され、爪車に係合する爪を介して爪車を所定の一方向に間欠的に回動させて巻枠を回転させることができる。

そして、前記弾性部材は、引張りバネである。

以上説明したとおり、この発明は、一対の形状記憶合金の作動部材により第１の方向、及びこれと異なる第２の方向に選択的に駆動される駆動部材を備えた形状記憶合金を使用したアクチュエータにおいて、固定部材と前記駆動部材との間に配設された弾性部材を備え、前記弾性部材は、前記作動部材により駆動負荷の小さい第１の方向へ駆動部材を駆動する時は作動部材から発生する駆動エネルギーの一部を弾性エネルギーとして蓄え、前記作動部材により駆動負荷の大きい第２の方向へ駆動部材を駆動する時は蓄えられた弾性エネルギーを駆動部材の駆動エネルギーの一部として放出するよう配置されることを特徴とする形状記憶合金を使用したアクチュエータである。

駆動負荷の小さい第１の方向へ駆動部材を駆動する時は作動部材から発生する駆動エネルギーの一部が弾性エネルギーとして弾性部材に蓄えられるから、作動部材に発生する応力は高くなるが、駆動負荷が小さいから発生する応力はそれ程高くはならない。

駆動負荷の大きい第２の方向へ駆動部材を駆動する時は弾性部材に蓄えられた弾性エネルギーが駆動エネルギーとして放出されるから、駆動負荷が大きくとも作動部材に発生する応力は小さい。この構成によれば、従来の弾性部材を備えない構成と比較して、形状記憶合金の作動部材に発生する応力を低減することができ、繰り返し動作寿命を延長することができる。

まず、この発明の実施の形態の形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータを説明する前に、従来技術に属する比較例を説明する。

図１は、形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータの比較例を説明する図で、図１の（ａ）は第１の状態を示し、図１の（ｂ）は第２の状態を示している。

図１において、アクチュエータ１０は、駆動部材１１、作動部材である第１の形状記憶合金のワイヤ２１及び第２の形状記憶合金のワイヤ２２、駆動対象１７、押圧バネ１８、その他から構成される。

駆動部材１１には中央に横長の開孔１１ａが設けられており、開孔１１ａは図示しないフレームに配置された案内ピン１２、１２に嵌合し、図１で左右に摺動自在に支持されている。

駆動部材１１の右端部付近にはピン１３が、左端部付近にはピン１４が植設されており、図示しないフレームには、駆動部材１１の左右に間隔を開けてピン１５及びピン１６が植設されている。そして、前記ピン１３とピン１５との間に第１の形状記憶合金のワイヤ２１が架設され、ピン１４とピン１６との間に第２の形状記憶合金のワイヤ２２が架設されている。

また、駆動部材１１の下側には作用部材１１ｃが設けられ、作用部材１１ｃの下側には作用部材１１ｃに対向する面が斜面１７ａに形成された駆動対象１７が配置されており、図示しないフレームに設けたガイド部材により案内されながら押圧バネ１８により上方向に付勢されており、作用部材１１ｃと駆動対象１７の斜面１７ａとが接触している。

以上の構成において、まず、アクチュエータ１０は、図１の（ａ）に示す第１の状態（初期状態）にあるものとする。図示しない電源から第１の形状記憶合金のワイヤ２１に通電加熱すると、第１の形状記憶合金のワイヤ２１は記憶形状に収縮して引張力が発生し、発生した引張力により駆動部材１１は矢印ａ方向（図１において右方向）に移動する。駆動部材１１の下側の作用部材１１ｃが、駆動対象１７の斜面１７ａを押圧バネ１８の付勢力の抗して押し下げて矢印ｂ方向に移動させ、図１の（ｂ）に示す第２の状態になる。

次に、第１の形状記憶合金のワイヤ２１への通電を停止し、第２の形状記憶合金のワイヤ２２に通電加熱すると、第２の形状記憶合金のワイヤ２２は記憶形状に収縮して引張力が発生し、発生した引張力により駆動部材１１は矢印ａと反対方向（図１において左方向）に移動し、駆動部材１１の下側の作用部材１１ｃによる駆動対象１７の押し下げ量が減少する。駆動対象１７は押圧バネ１８の付勢力により上昇して矢印ｂと反対方向に移動し、図１の（ａ）に示す第１の状態に復帰する。

このように、このアクチュエータ１０では、作用部材である第１の形状記憶合金のワイヤ２１と第２の形状記憶合金のワイヤ２２への通電制御を行なうことにより、駆動対象１７を第１の状態（図１の（ａ）の状態）と、第２の状態（図１の（ｂ）の状態）とを選択して駆動制御することができる。

駆動部材１１に加わる駆動負荷は、駆動対象１７が斜面を使用して駆動されるため、第１の形状記憶合金のワイヤ２１への通電による駆動部材１１の矢印ａ方向への移動の方が、第２の形状記憶合金のワイヤ２２への通電による駆動部材１１の矢印ａと反対方向への移動よりも大きくなる。

駆動対象１７の駆動力は、作用部材である通電側の形状記憶合金のワイヤに発生する引張力であるから、形状記憶合金のワイヤに発生する応力も駆動部材の駆動方向により異なり、形状記憶合金のワイヤに発生する応力は第１の形状記憶合金のワイヤ２１に発生する応力の方が、第２の形状記憶合金のワイヤ２２に発生する応力よりも大きい。

図２は、上記した比較例のアクチュエータにおける通電側の形状記憶合金のワイヤに発生する変位量（ストローク）と応力の関係を説明する図である。

第１の形状記憶合金のワイヤ２１への通電により発生する応力は、第２の形状記憶合金のワイヤ２２への通電により発生する応力よりも大きく、図２のＡ点が、第１及び第２の形状記憶合金のワイヤを含めたアクチュエータ内の最大の応力で、それは常に第１の形状記憶合金のワイヤ２１に発生する応力である。また、第２の形状記憶合金のワイヤ２２に発生する応力は、常に第１形状記憶合金のワイヤ２１に発生する応力よりも小さい。

［第１の実施の形態］
この発明の第１の実施の形態の形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータを説明する。図３は、第１の実施の形態の形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータ２０を説明する図で、先に説明した従来技術に属する比較例に類似した構成を備えており、先に図１により説明した比較例との比較を容易にするため、図１の構成と同一部材には同一符号を付して説明は省略し、相違点について説明する。

図３の（ａ）は作動部材である形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータの第１の状態（初期状態）を示し、図３の（ｂ）は、作動部材である第１の形状記憶合金のワイヤ２１への通電により記憶形状に収縮して引張力が発生し、駆動部材１１が矢印ａ方向（図３において右方向）に移動した第２の状態を示している。

第１の実施の形態と前記比較例との相違点は、駆動部材１１を図３で右方向に牽引する弾性部材である引張バネ２５が設けられている点である。

第１の実施の形態の動作を簡単に説明する。アクチュエータ２０は図３の（ａ）に示す第１の状態（初期状態）にあるものとする。図示しない電源から第１の形状記憶合金のワイヤ２１に通電加熱すると、第１の形状記憶合金のワイヤ２１は記憶形状に収縮して引張力が発生し、発生した引張力により駆動部材１１は矢印ａ方向（図３において右方向）に移動する。駆動部材１１の下側の作用部材１１ｃが、駆動対象１７の斜面１７ａを押圧バネ１８の付勢力に抗して押し下げて矢印ｂ方向に移動させ、図３の（ｂ）に示す第２の状態になる。

次に、第１の形状記憶合金のワイヤ２１への通電を停止し、第２の形状記憶合金のワイヤ２２に通電加熱すると、第２の形状記憶合金のワイヤ２２は記憶形状に収縮して引張力が発生し、発生した引張力により駆動部材１１は矢印ａと反対方向（図３において左方向）に移動し、駆動部材１１の下側の作用部材１１ｃによる駆動対象１７の押し下げ量が減少する。駆動対象１７は押圧バネ１８の付勢力により上昇して矢印ｂと反対方向に移動し、図３の（ａ）に示す第１の状態に復帰する。

第２の形状記憶合金のワイヤ２２への通電により駆動部材１１は矢印ａと反対方向（図３において左方向）に移動し、図３の（ｂ）に示す状態になるが、そのとき、引張バネ２５は駆動部材１１の左方向移動の抵抗力として作用する。しかし、駆動部材１１が矢印ａと反対方向に移動するときは、駆動部材１１に加わる駆動負荷は小さいから（作用部材１１ｃが駆動対象１７の斜面１７ａを下る方向のため）、ワイヤ２２に発生する応力はそれ程大きくならない。一方、第１の形状記憶合金のワイヤ２１への通電による駆動部材１１の矢印ａ方向移動においては、駆動部材１１の移動を補助する補助力となり、ワイヤ２２に発生する応力は大きくならない。

引張バネ２５は、第２の形状記憶合金のワイヤ２２への通電時には駆動エネルギーの一部を弾性エネルギーとして蓄え、第１の形状記憶合金のワイヤ２１への通電時には蓄えた弾性エネルギーを再び駆動エネルギーとして還元するという機能と作用を行なうものである。

図４は、第１の実施の形態のアクチュエータにおける通電側の形状記憶合金のワイヤに発生する変位量と応力の関係を説明する図である。

第２の形状記憶合金のワイヤ２２への通電により発生する応力は、引張バネ２５の引張力により発生する応力が加わる分だけ応力が増加しているが、第１の形状記憶合金のワイヤ２１への通電により発生する応力は、引張バネ２５の引張力により発生する応力が減じられるのでその分だけ応力が減少している。

図４のＢ点が、第１及び第２の形状記憶合金のワイヤを含めたアクチュエータ内の最大の応力であり、それは前記した比較例の場合のアクチュエータ内の最大の応力のＡ点（図２参照）よりも小さくなっている。

先に説明したとおり、形状記憶合金のワイヤの繰り返し動作寿命は駆動時の応力が小さい程長寿命であるから、第１の実施の形態のアクチュエータは、引張バネを備えない比較例のアクチュエータに比較して寿命を長くすることができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、この発明に係る形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータを、撮像装置のレンズ駆動装置に適用した例である。

図５及び図６は、第２の実施の形態の撮像装置３０の要部の構成を説明する図である。図５は撮像装置の要部を光軸方向から見た正面図で、後述するレンズ玉枠及びレンズは図示を省略してある。また、図６は、図５の線Ａ−Ｓ−Ａに添った断面図で、ここでは後述するレンズ玉枠及びレンズを含めて図示してある。なお、Ｓは後述するレンズ玉枠３４の中心、即ちレンズ３５の光軸中心で、カム環３２の回転中心でもある。

図５及び図６において、３１はベース、３２はカム環、３４はレンズ玉枠、３５はレンズでレンズ玉枠３４に取り付けられている。また、４０はＣＣＤ等からなる撮像素子で、被写体像はレンズ３５により撮像素子４０の上に結像するように配置されている。

ベース３１は略直方体の枠で、図６を参照すると明らかであるが、中央部分に円形の開口部３１ａが形成されており、開口部３１ａの周辺部には環状の凹部３１ｂが形成されており、カム環３２、及びレンズ玉枠３４の支承部３４ａが嵌合している。さらに、ベース３１の裏側には、外郭形状が略方形（略四角形）に形成された撮像素子４０が配置されている。

カム環３２は、ベース３１の環状の凹部３１ｂに光軸方向には移動することなく、光軸回りにのみ回転自在に嵌合している。カム環３２には後述する駆動レバー５１の一方の作用端部５１ａが係合する係合部３２ｂと、これも後述するカム機構Ｃのカム部３２ｃが設けられている。

レンズ玉枠３４は、全体が環状に形成されており、その中央部分にはレンズ３５が装着されるほか、環状の周辺部にはベース３１の環状の凹部３１ｂに嵌合する支承部３４ａが形成されている。レンズ玉枠３４の支承部３４ａとベース３１に付設した受部３１ｄとの間には押えばね３９が配置され、レンズ玉枠３４はベース３１の環状の凹部３１ｂの内面３１ｃに支承された状態で光軸方向に付勢され、レンズ玉枠３４はベース３１に対して、公知の手段、例えば光軸方向に延びた凸条とこれに嵌合する摺動溝から構成される摺動機構等により、回転することなく光軸方向にのみ移動可能に保持されている。

図７は、カム環３２の回転をレンズ玉枠３４の光軸方向の直線移動に変換する運動変換機構であるカム機構Ｃを説明する図で、カム機構Ｃは、カム部３２ｃと突起３４ｓから構成される。

図５を参照すると明らかであるが、カム環３２の側面３２ｐには３箇所に斜面を備えたカム部３２ｃが形成されている。一方、図７を参照すると明らかであるが、レンズ玉枠３４の支承部３４ａの側面３４ｐには、前記カム部３２ｃに接触する突起３４ｓが３箇所に形成されており、カム部３２ｃと突起３４ｓで、カム環３２の回転をレンズ玉枠３４の光軸方向の直線移動に変換するカム機構Ｃを構成している。

その動作を簡単に説明する。図７において、カム環３２が矢印ａ方向に回転（移動）すると、カム部３２ｃの斜面がレンズ玉枠３４の支承部３４ａの側面の突起３４ｓを矢印ａ方向に押し出すが、レンズ玉枠３４は回転せず、光軸方向にのみ移動可能に保持されているので、カム環３２の矢印ａ方向の回転（移動）により、レンズ玉枠３４は光軸方向（矢印ｂ方向）に繰出される。

次に、カム環３２を回転させる駆動機構である形状記憶合金のワイヤを使用したアクチエータについて説明する。カム環３２を回転自在に保持しているベース３１の環状の凹部３１ｂには半径方向に延長された延長部３１ｅが形成され（図６参照）、延長部３１ｅには駆動レバー５１が支軸５１ｃの回りに回動自在に支承されている。

駆動部材である駆動レバー５１は、カム環３２を回転させる作用端部５１ａと、支軸５１ｃを挟んで２つの係止部５１ｂ及び５１ｄが設けられているほか、弾性部材である引張バネ５４を係止するピン５１ｅが設けられている。

駆動レバー５１の作用端部５１ａはカム環３２の係合部３２ｂに係合し、ピン５１ｅとベース３１に設けられたピン３１ｐとの間に引張バネ５４が架設されている。

作動部材である第１の形状記憶合金のワイヤ４１は、ベース３１に設けられたピン３１ｆに一端が固定され、他端がベース３１に植設されたピン３１ｇに固定され、ワイヤ４１の中間部分は駆動レバー５１の係止部５１ｂに係合して折り返されている。

やはり作動部材である第２の形状記憶合金のワイヤ４２は、ベース３１に設けられたピン３１ｇに一端が固定され、他端がベース３１に植設されたピン３１ｈに固定され、ワイヤ４２の中間部分は駆動レバー５１の係止部５１ｄに係合して折り返されている。

即ち、第１の形状記憶合金のワイヤ４１は、ピン３１ｆ、係止部５１ｂ、ピン３１ｇの間に架設され、第２の形状記憶合金のワイヤ４２は、ピン３１ｇ、係止部５１ｄ、ピン３１ｈの間に架設されている。また、ピン３１ｆ、３１ｇ及びピン３１ｈは形状記憶合金のワイヤ４１及び４２の給電端子を兼ねている。

以上の構成の動作を説明する。まず、第１の形状記憶合金のワイヤ４１に図示しない電源から給電して加熱すると、ワイヤ４１は記憶形状に復元しようとして収縮し、その引張力により駆動レバー５１は、図５において支軸５１ｃの回りに反時計方向に回動する。駆動レバー５１の反時計方向の回動は、引張バネ５４による牽引力で補助される。

駆動レバー５１の作動端部５１ａはカム環３２の係合部３２ｂに係合しているので、駆動レバー５１の反時計方向の回動は、カム環３２を時計方向に回動する。この結果、カム環３２のカム機構を構成するカム部３２ｃがレンズ玉枠３４の支承部の側面のカム機構を構成する突起３４ｓから外れ、レンズ玉枠３４は光軸方向に繰込まれる。

次に、第１の形状記憶合金のワイヤ４１への通電を停止し、第２の形状記憶合金のワイヤ４２に図示しない電源から給電して加熱すると、ワイヤ４１の引張力の低下と、ワイヤ４２の記憶形状への収縮が生じ、その引張力により駆動レバー５１は、図５において支軸５１ｃの回りに時計方向に回動する。このとき、駆動レバー５１の時計方向の回動は引張バネ５４の抵抗力を受ける。

駆動レバー５１の作動端部５１ａはカム環３２の係合部３２ｂに係合しているので、駆動レバー５１の時計方向の回動は、カム環３２を反時計方向に回動する。この結果、カム環３２のカム機構を構成するカム部３２ｃが、レンズ玉枠３４の支承部の側面のカム機構を構成する突起３４ｓを押えばね３９の押圧力に抗して図７で矢印ａ方向に押し出し、レンズ玉枠１４は光軸方向（矢印ｂ方向）に繰出される。

図８の（ａ）（ｂ）（ｃ）は撮像装置のレンズ玉枠３４が光軸方向に繰込まれた状態、即ち通常撮影に設定された状態を示す図で、図９の（ａ）（ｂ）（ｃ）は撮像装置のレンズ玉枠３４が光軸方向に繰り出された状態、即ち近接撮影に設定された状態を示す図である。図８及び図９のそれぞれは、図５乃至図７に示す撮像装置の正面図、断面図、及びカム機構の説明図に対応するものである。

図８の（ｃ）では、カム環３２のカム部３２ｃがレンズ玉枠３４の突起３４ｓから離脱し、レンズ玉枠３４が繰込まれて通常撮影位置にあることが示されている。図９の（ｃ）では、カム環３２のカム部３２ｃが矢印ａ方向に移動してレンズ玉枠３４の支承部側面の突起３４ｓを押し出し、レンズ玉枠３４が光軸方向（矢印ｂ方向）に繰出されて近接撮影位置にあることが示されている。

以上説明した第２の実施の形態では、引張バネ５４は駆動レバー５１を支軸５１ｃの回りに反時計方向に付勢するように取付けられている。これにより、第２の形状記憶合金のワイヤ４２への通電加熱時、即ちレンズ３５の繰出時は、ワイヤ４２に発生する引張力の一部が引張バネ５４を牽引して弾性エネルギーとして蓄積され、第１の形状記憶合金のワイヤ４１への通電加熱時、即ちレンズ３５の繰込時は、引張バネ５４に蓄積された弾性エネルギーがレンズ３５の繰込動作に還元されるように作用する。

引張バネ５４を設けてない場合は、第１の形状記憶合金のワイヤ４１、第２の形状記憶合金のワイヤ４２に発生する応力は、前記した従来技術の比較例として図２で説明したものと同じになるが、第２の実施の形態では引張バネ５４を配置したので、第１の実施の形態で図４で説明したものと同じになり、その最大応力をＡ点からＢ点に減少させることができ、繰り返し動作寿命を延ばすことができる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、この発明に係る形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータを巻き上げ装置に適用した例である。この巻き上げ装置は、例えばカメラのフイルム巻き上げ装置、その他の帯状体の巻き上げ装置に適用することができる。

図１０は、第３の実施の形態の巻き上げ装置６０の要部の構成を説明する図である。巻き上げ装置６０は、巻上げプーリ６１、巻上げプーリ６１と同軸に配置された爪車６２、爪車６２の爪部６２ａに押圧されるクリックバネ６３、爪車６２の爪部６２ａに噛合して爪車６２を駆動する駆動レバー６５などから構成され、巻上げプーリ６１には図示しない供給側から供給された巻上対象物Ｐの先端が固定され、巻上げプーリ６１の方向の回転により、巻上対象物Ｐが巻き上げられるものとする。

爪車６２の爪部６２ａにはクリックバネ６３の接触部６３ａが押圧され、爪車６２の回転を抑制する保持トルクが与えられている。爪車６２に保持トルク以上の回転トルクが与えられなければ、爪車６２は回転しない。

駆動部材である駆動レバー６５は、支軸６５ａの回りに回動自在に支承されており、支軸６５ａと反対側の先端には、爪車６２の爪部６２ａに係合する回動爪６６を備えており、回動爪６６はバネ６６ａにより時計方向に回転するよう付勢されている。さらに、支軸６５ａと回動爪６６との間には、ピン６５ｂ、６５ｃが設けられている。

また、駆動レバー６５には回動爪６６の時計方向回転を停止させるストッパ６５ｐを備え、回動爪６６には反時計方向回転を停止させるストッパ６６ｐを備えており、駆動レバー６５が反時計方向に回転するときは、ストッパ６５ｐとストッパ６６ｐとは係止して、駆動レバー６５と回動爪６６とは一体に回動するが、駆動レバー６５が時計方向に回転するときは、ストッパ６６ｐはストッパ５６ｐに係止することなく、回動爪６６は駆動レバー６５に拘束されずに回転することができる。即ち、駆動レバー６５の時計方向回転では、回動爪６６は爪車６２の上を通過して次の爪部６２ａに係合することができる。

一方、図示しない巻き上げ装置のフレームには、ピン７２ｂ、７２ｃが植設されているほか、前記フレームと駆動レバー６５との間に弾性部材である引張バネ７５が架設されている。

駆動レバー６５のピン６５ｂとフレームのピン７２ｂとの間には、作動部材である第１の形状記憶合金のワイヤ７１が架設され、駆動レバー６５のピン６５ｃとフレームのピン７２ｃとの間には、作動部材である第２の形状記憶合金のワイヤ７２が架設されている。また、駆動レバー６５のピン６５ｂ及びピン６５ｃ、フレームのピン７２ｂ及び７２ｃは、形状記憶合金のワイヤ７１及び７２の給電端子を兼ねている。

以上説明した巻き上げ装置の動作を図１１乃至図１３を参照して説明する。まず、図１１の（ａ）に示す初期状態において、第１の形状記憶合金のワイヤ７１に図示しない電源から給電して加熱すると、ワイヤ７１は記憶形状に復元しようとして収縮し、その引張力により駆動レバー６５は、図１１の（ａ）において支軸６５ａの回りに反時計方向に回動する。駆動レバー６５の反時計方向の回動は引張バネ７５による牽引力で補助される。

駆動レバー６５が反時計方向に回動するとき、駆動レバー６５とその先端の回動爪６６とは一体的に回転するので、駆動レバー６５の反時計方向に回動により、回動爪６６が爪車６２を爪１個分だけ矢印ａ方向に回転させ、図１１の（ｂ）に示す状態になる。

第１の形状記憶合金のワイヤ７１への通電を停止し、第２の形状記憶合金のワイヤ７２に図示しない電源から通電して加熱すると、ワイヤ７１の引張力の低下と、ワイヤ７２の記憶形状への収縮が生じ、その引張力により駆動レバー６５は、図１２の（ａ）に示すように、支軸６５ａの回りに時計方向に回動する。このとき、駆動レバー６５の時計方向の回動は引張バネ７５の抵抗力を受ける。

駆動レバー６５の時計方向の回動では、駆動爪６６は駆動レバー６５に拘束されずに回転することができるから、駆動爪６６は爪車６２に何等の作用を与えることなく移動し、駆動レバー６５は図１２の（ｂ）に示す位置を経て、図１３に示す位置に復帰する。

かくして、爪車６２は、第１の形状記憶合金のワイヤ７１への通電による駆動レバー６５の反時計方向の回動により爪車６２の爪１個分だけ矢印ａ方向に回転し、第２の形状記憶合金のワイヤ７２への通電による駆動レバー６５の時計方向の回動により駆動レバー６５は初期位置に復帰するから、第１の形状記憶合金のワイヤ７１と、第２の形状記憶合金のワイヤ７２とを、順次切り換えて通電することで、爪車６２を爪１個分づつ連続して駆動し、巻上げプーリ６１の巻き上げ動作を行なうことができる。

以上説明した第３の実施の形態では、引張バネ７５は動レバー６５を支軸６５ａの回りに反時計方向に付勢、即ち第１の形状記憶合金のワイヤ７１が通電により収縮する方向に付勢している。これにより、第２の形状記憶合金のワイヤ７２への通電加熱時、即ち駆動レバー６５が時計方向に回動するだけで、大きな駆動力を必要としないときは、ワイヤ７２に発生する引張力の一部が引張バネ７５に弾性エネルギーとして蓄積される。第１の形状記憶合金のワイヤ７１への通電加熱時、即ち駆動レバー６５の反時計方向に回動により回動爪６６が爪車６２を駆動するときは、引張バネ７５に蓄積された弾性エネルギーが爪車６２の駆動動作に還元されるように作用する。

引張バネ７５を設けてない場合は、第１の形状記憶合金のワイヤ７１、第２の形状記憶合金のワイヤ７２に発生する応力は、前記した従来技術の比較例として図２で説明したものと同じになるが、第２の実施の形態では引張バネ７５を配置したので、第１の実施の形態で図４で説明したものと同じになり、その最大応力をＡ点からＢ点に減少させることができ、繰り返し動作寿命を延ばすことができる。

作動部材である形状記憶合金のワイヤを使用するアクチュエータのワイヤに発生する応力を低減し、繰り返し動作寿命を延長したアクチュエータである。駆動負荷の小さい方向に駆動するときは形状記憶合金のワイヤから発生する駆動エネルギーを弾性部材に弾性エネルギーとして蓄積し、駆動負荷の大きい方向に駆動するときは蓄積した弾性エネルギーを放出し、形状記憶合金のワイヤに発生する応力を減少させ、繰り返し動作寿命を延長できるように構成されている。

形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータの比較例を説明する図。 比較例のアクチュエータにおける通電側の形状記憶合金のワイヤに発生する変位量と応力の関係を説明する図。 第１の実施の形態の形状記憶合金のワイヤを使用したアクチュエータを説明する図。 第１の実施の形態のアクチュエータにおける通電側の形状記憶合金のワイヤに発生する変位量と応力の関係を説明する図。 第２の実施の形態の撮像装置の要部の構成を説明する図。 図５の線Ａ−Ｓ−Ａに添った断面図。 カム環の回転をレンズ玉枠の光軸方向の直線移動に変換する運動変換機構であるカム機構Ｃを説明する図。 第２の実施の形態の撮像装置のレンズ玉枠が光軸方向に繰込まれた状態、即ち通常撮影に設定された状態を示す図。 第２の実施の形態の撮像装置のレンズ玉枠が光軸方向に繰出された状態、即ち近接撮影に設定された状態を示す図。 第３の実施の形態の巻き上げ装置の要部の構成を説明する図。 第３の実施の形態の巻き上げ装置の動作を説明する図（その１）。 第３の実施の形態の巻き上げ装置の動作を説明する図（その２）。 第３の実施の形態の巻き上げ装置の動作を説明する図（その３）。

符号の説明

１０、２０ アクチュエータ
１１ 駆動部材
１１ｃ 作用部材
１２ 案内ピン
１３、１４ ピン
１５、１６ ピン
１７ 駆動対象
１７ａ 斜面
１８ 押圧バネ
２１ 第１の形状記憶合金のワイヤ
２２ 第２の形状記憶合金のワイヤ
３０ 撮像装置
３１ ベース
３１ａ 開口部
３１ｂ 環状の凹部
３１ｄ 受部
３１ｅ 延長部
３１ｆ、３１ｇ、３１ｈ
３１ｐ ピン
３２ カム環
３２ｂ 係合部
３２ｃ カム部
３４ レンズ玉枠
３４ａ 支承部
３４ｓ 突起
３５ レンズ
３９ 押えバネ
４０ 撮像素子
４１ 第１の形状記憶合金のワイヤ
４２ 第２の形状記憶合金のワイヤ
５１ 駆動レバー
５１ａ 作用端部
５１ｃ 支軸
５１ｂ、５１ｄ 係止部
５１ｅ ピン
５４ 引張バネ
６０ 巻き上げ装置
６１ 巻上げプーリ
６２ 爪車
６２ａ 爪部
６３ クリックバネ
６３ａ 接触部
６５ 駆動レバー
６５ａ 支軸
６５ｂ、６５ｃ ピン
６５ｐ ストッパ
６６ 回動爪
６６ａ バネ
６６ｐ ストッパ
７１ 第１の形状記憶合金のワイヤ
７２ 第２の形状記憶合金のワイヤ
７２ｂ、７２ｃ ピン
７５ 引張バネ

Claims (6)

1. 一対の形状記憶合金の作動部材により第１の方向、及びこれと異なる第２の方向に選択的に駆動される駆動部材を備えた形状記憶合金を使用したアクチュエータにおいて、
   固定部材と前記駆動部材との間に配設された弾性部材を備え、
   前記弾性部材は、前記作動部材により駆動負荷の小さい第１の方向へ駆動部材を駆動する時は作動部材から発生する駆動エネルギーの一部を弾性エネルギーとして蓄え、前記作動部材により駆動負荷の大きい第２の方向へ駆動部材を駆動する時は蓄えられた弾性エネルギーを駆動部材の駆動エネルギーの一部として放出するよう配置されること
   を特徴とする形状記憶合金を使用したアクチュエータ。
2. 前記駆動部材は、レンズを駆動する駆動装置の駆動部材であること
   を特徴とする請求項１記載の形状記憶合金を使用したアクチュエータ。
3. 前記レンズを駆動する駆動装置は、レンズを保持する光軸方向に移動可能なレンズ保持枠と、そのレンズ保持枠を光軸方向に移動させる光軸の回りに回動自在に保持されたカム環と、そのカム環に係合する作用端部を備えた駆動部材とを備え、
   前記駆動部材は、形状記憶合金の作動部材により第１の方向及びこれと異なる第２の方向に選択的に駆動され、カム環に係合する作用端部を介してカム環を第１の方向及び第２の方向に回動させ、レンズ保持枠をレンズ繰出し位置及び繰込み位置に移動させること
   を特徴とする請求項２記載の形状記憶合金を使用したアクチュエータ。
4. 前記駆動部材は、帯状材を巻枠に巻き上げる巻上げ装置の駆動部材であること
   を特徴とする請求項１記載の形状記憶合金を使用したアクチュエータ。
5. 前記巻上げ装置は、巻枠に連結された爪車と、その爪車の爪部に接触して爪車を回転させる爪を有する駆動部材とを備え、
   前記駆動部材は、形状記憶合金の作動部材により第１の方向及びこれと異なる第２の方向に選択的に駆動され、爪車に係合する爪を介して爪車を所定の一方向に間欠的に回動させて巻枠を回転させること
   を特徴とする請求項４記載の形状記憶合金を使用したアクチュエータ。
6. 前記弾性部材は、引張りバネであること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の形状記憶合金を使用したアクチュエータ。

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