JP2006333653A - モータおよびそれを用いるレンズ駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 カメラのズーム機構やフォーカス機構などに用いられ、基台に回転自在に支持される歯車などから成る出力回転体に、歯車などから成る駆動回転体が接触しつつ回転することで、前記出力回転体から回転力を出力するようにしたモータにおいて、駆動源に、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金から成る駆動部材を用いる。
【解決手段】 前記駆動回転体である駆動ギア２１〜２３をカム筒１４の回りに複数配置し、その駆動ギア２１〜２３に偏心して設けたピン２１ａ〜２３ａに線状の形状記憶合金から成る駆動部材２４〜２６の一端を連結し、他端を基台に固定する。そして、各駆動部材２４〜２６に順に通電することで、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金から成る駆動部材２４〜２６の伸縮が、駆動ギア２１〜２３によって回転力に変換されて、カム筒１４を回転駆動することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、形状記憶合金によって回転駆動力を発揮するモータおよびそれを用いる撮像装置のレンズ駆動機構に関する。

前記形状記憶合金（ＳＭＡ）は、一般的には、周囲温度の変化に伴って動作するタイプのアクチュエータとして用いられている。たとえば、給湯の湯加減を調節する弁の部分に使用されたり、外気温の変化に応じて換気口の開口度合いを変化させる用途に使用されている。このような使い方においては、ＳＭＡはコイルばね状に成型され直進往復運動機構とともに用いられることが多い。

一方、従来から、ＳＭＡに通電することで自身のジュール熱によって発熱し、動作するタイプのアクチュエータが開発されている。特許文献１は、複数の直線記憶のＳＭＡを用いて回転系のアクチュエータを実現した電動モータである。具体的には、円盤状の基台に、周方向に等間隔に、大略コの字状の前記ＳＭＡの一端を枢支し、他端を駆動回転体に周方向に等間隔に枢支し、前記駆動回転体を出力軸に繋がるロータの偏心位置に回転自在に枢支することで、ＳＭＡが順に伸縮を繰返すと、駆動回転体が往復回転しつつ、ロータ上を公転し、これによってロータが回転するようになっている。
特開平７−３２７３８０号公報

上述の従来技術では、ＳＭＡがロータ上の駆動回転体が変位する範囲をカバーするにあたって、伸縮の変化量（ストローク）が大きいために、該ＳＭＡをコイル状に加工する必要がある。この場合、応答が遅くなるけれども、その用途が自動車のドアミラー用で、低速での駆動であり、特に問題にはならない。

一方、撮像装置のズーム機構やフォーカス機構のように、ある程度の動作速度が要求される場合、反応速度を上げるためには、ＳＭＡを細い線状に加工する必要がある。そうなると、充分な伸縮の変化量（ストローク）が得られず、上記従来技術では、直線記憶のＳＭＡを用いて回転系のアクチュエータを実現することができなくなってしまう。また、ＳＭＡがコイル状になると、大きなスペースが必要になるとともに、同じ線材を使用しても、発生力が小さくなるという問題もある。

本発明の目的は、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金によって回転駆動力を発揮することができるモータおよびそれを用いるレンズ駆動機構を提供することである。

本発明のモータは、基台に回転自在に支持される出力回転体に駆動回転体が接触しつつ回転することで、前記出力回転体から回転力を出力するようにしたモータにおいて、前記駆動回転体を複数設け、前記各駆動回転体の端面の偏心位置に一端が連結され、他端が固定位置に固定され、線状の形状記憶合金から成る駆動部材と、前記駆動部材を個別に通電制御する通電手段とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、撮像装置のズーム機構やフォーカス機構などに用いられ、基台に回転自在に支持される歯車などから成る出力回転体に、歯車などから成る駆動回転体が接触しつつ回転することで、前記出力回転体から回転力を出力するようにしたモータにおいて、前記駆動回転体を複数設け、その駆動回転体の駆動力を、線状の形状記憶合金から成る駆動部材によって発揮させる。

具体的には、前記各駆動回転体の端面の偏心位置にピンを立設し、そのピンへスリーブ嵌合などによって、前記駆動部材が直接摺動しない構造で該駆動部材の一端を連結し、他端を固定位置に固定することで該駆動部材を張架する。そして、各駆動部材を通電手段によって順に通電してゆくことで、形状記憶合金から成る駆動部材が順に発熱して伸縮し、前記駆動力を発揮する（前記駆動回転体をＮ個、出力回転体の周囲に等間隔で配置した場合、各駆動部材に通電する電流の位相を３６０°／Ｎずらすことで駆動回転体は回転し、電流の位相を逆相にすることで駆動回転体は逆回転する。）。

こうして、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金から成る駆動部材の伸縮が、偏心位置に駆動部材の一端が連結される駆動回転体によって回転力に変換されて、出力回転体を回転駆動することができる。

また、本発明のレンズ駆動機構は、前記のモータを用い、前記出力回転体は撮像装置のズーム機構やフォーカス機構における回転筒であり、前記駆動回転体は前記回転筒の外周面に形成された歯車に噛合う駆動ギアであることを特徴とする。

上記の構成によれば、反応速度の高い直線記憶の形状記憶合金を用いて回転筒を回転駆動することで、小型で低コストなレンズ駆動機構を実現することができる。

本発明のモータは、以上のように、撮像装置のズーム機構やフォーカス機構などに用いられ、基台に回転自在に支持される歯車などから成る出力回転体に、歯車などから成る駆動回転体が接触しつつ回転することで、前記出力回転体から回転力を出力するようにしたモータにおいて、前記駆動回転体を複数設け、その駆動回転体の駆動力を、該駆動回転体の偏心位置に一端が連結される線状の形状記憶合金から成る駆動部材によって発揮させる。

それゆえ、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金から成る駆動部材の伸縮が、偏心位置に駆動部材の一端が連結される駆動回転体によって回転力に変換されて、出力回転体を回転駆動することができる。

また、本発明のレンズ駆動機構は、以上のように、前記のモータを用い、前記出力回転体は撮像装置のズーム機構やフォーカス機構における回転筒であり、前記駆動回転体は前記回転筒の外周面に形成された歯車に噛合う駆動ギアである。

それゆえ、小型で低コストなレンズ駆動機構を実現することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係るレンズ駆動機構である撮像装置用のズームユニット１の構造を示す斜視図である。このズームユニット１は、図示しないレンズを内周部に保持する玉枠１１，１２と、固定筒１３と、カム筒１４と、駆動部１５とを備えて構成され、後述する基台上に搭載されて成る。

前記玉枠１１，１２は、３本の突起部１１ａ，１２ｂを有し、固定筒１３およびカム筒１４に順に収納され、前記突起部１１ａ，１２ｂが固定筒１３の貫通溝１３ａ，１３ｂと、カム筒１４の貫通溝１４ａ，１４ｂとにそれぞれ嵌合している。固定筒１３は前記基台に固定され、前記貫通溝１３ａ，１３ｂは、軸線方向に変位すると周方向に変位するように形成されている。一方、カム筒１４の貫通溝１４ａ，１４ｂは軸線方向に延設され、したがって後述するようにしてカム筒１４が回転駆動されることで、玉枠１１，１２の突起部１１ａ，１２ｂはカム筒１４の貫通溝１４ａ，１４ｂと固定筒１３の貫通溝１３ａ，１３ｂとの交点に沿ってそれぞれ移動するので、玉枠１１，１２の間隔が変化し、こうして光学系の焦点距離が変化可能となっている。

回転筒であり出力回転体である前記カム筒１４の基端側の外周面には歯車１４ｃが刻設されており、この歯車１４ｃには前記駆動部１５の駆動回転体である複数の駆動ギア２１〜２３が噛合している。駆動ギア２１〜２３は、前記カム筒１４の周囲において、相互に等しい中心角だけ離間して配置されている。各駆動ギア２１〜２３の一方の端面には、中心から半径方向に偏心してピン２１ａ〜２３ａが立設されており、各ピン２１ａ〜２３ａには線状の形状記憶合金から成る駆動部材２４〜２６の一端に取付けられたピン受け２４ａ〜２６ａがそれぞれ回動可能に連結され、その駆動部材２４〜２６の他端は、端子２７〜２９にそれぞれかしめられ、固定位置である前記基台に固定されている。

前記駆動部材２４〜２６は、たとえばＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕの合金から成り、その場合、歪量は４％程度であり、該駆動部材２４〜２６の長さを２０ｍｍとすると、０．８ｍｍのストロークを得ることができ、駆動ギア２１〜２３のピン２１ａ〜２３ａの偏心量は０．４ｍｍ程度となり、機構を設計可能なレベルである。図１の例では、駆動ギア２１〜２３は３つ設けられており、前記中心角で１２０°ずつ離間しているけれども、２つや４つ以上設けられてもよい。また、カム筒１４と駆動ギア２１〜２３との間に、他の歯車が介在されてもよい。

図２は、上述のように構成されるズームユニット１において、駆動部１５を模式的に示す図である。各駆動部材２４〜２６の一端は、対応する駆動ギア２１〜２３のピン２１ａ〜２３ａに、ピン受け２４ａ〜２６ａによるスリーブ嵌合のような該駆動部材２４〜２６が直接摺動しない構造で連結される。駆動ギア２１〜２３は電気絶縁体から成り、前記ピン２１ａ〜２３ａおよびピン受け２４ａ〜２６ａは導電体から成り、前記ピン２１ａ〜２３ａにおいて、前記ピン受け２４ａ〜２６ａから軸線方向にずれて図示しないジョイント端子がスリーブ嵌合する。前記ジョイント端子は個別端子となり、通電手段である図示しない駆動回路に接続されている。したがって、前記各駆動部材２４〜２６の一端は、ピン受け２４ａ〜２６ａ、ピン２１ａ〜２３ａおよびこのジョイント端子を介して前記駆動回路に接続されている。また、各駆動部材２４〜２６の他端は、前記端子２７〜２９にかしめられ、基台３２に固定されている。前記端子２７〜２９は、導電体から成り、前記図示しない駆動回路に接続されている。こうして、各駆動部材２４〜２６には、前記駆動回路によって個別に通電可能となっている。或いは、前記駆動ギア２１〜２３が導電体から成り、カム筒１４が絶縁体から成り、駆動ギア２１〜２３から通電されてもよい。

ここで、上述のように駆動ギア２１〜２３がカム筒１４の周方向に１２０°ずつずれて配置されている場合、各駆動ギア２１〜２３の位相を考える。カム筒１４の回転中心とそれぞれの駆動ギア２１〜２３の回転中心を通る直線を考えると、駆動ギア２１のピン２１ａがこの直線上に位置するような位相（０°）に位置している場合、駆動ギア２２はこの駆動ギア２１に対して時計回りに１２０°回転した位置に配設されており、ピン２２ａの位相はカム筒１４の回転中心と該駆動ギア２２の回転中心とを通る直線に対して時計回りに１２０°回転した位置になっている。同様に、駆動ギア２３は駆動ギア２１に対して時計回りに２４０°回転した位置に配設されており、ピン２３ａの位相はカム筒１４の回転中心と該駆動ギア２３の回転中心とを通る直線に対して時計回りに２４０°回転した位置になっている。

前記各駆動部材２４〜２６には、予め所定の大きさの縮み形状が記憶されており、前記駆動回路が該駆動部材２４〜２６に通電することで該駆動部材２４〜２６が発熱し、所定の温度に達すると、記憶されている形状に復元（収縮）する。これに対して、駆動部材２４〜２６を非通電とすることで温度が低下すると、弾性率が低下する。

図３（ａ）〜（ｃ）は、各駆動部材２４〜２６の通電制御の様子をそれぞれ示すタイミングチャートである。時刻ｔ１では何れの駆動部材２４〜２６にも電流は印加されていないので、それぞれの駆動部材２４〜２６が互いを緩やかに引っ張り合いながらバランスして、前回の駆動で停止した状態を保っている。

時刻ｔ２になると、駆動部材２４に通電が開始され、発熱すると、該駆動部材２４は電流が供給されていない残余の駆動部材２５，２６の弾発力に抗して、記憶されている縮み形状に向けて縮む。なお、温度によって記憶形状へ復元する大きさが異なるので、通電する電流値を制御して発熱温度を調整することで、各駆動部材２４〜２６の復元する大きさを調整することが可能である。

前記駆動部材２４への通電は、時刻ｔ３まで続けられ、オフされる。時刻ｔ２の状態から駆動部材２４が縮んだので、駆動ギア２１はその力を受け、該駆動ギア２１は右回り（図２中の矢印方向）に回転させられる。次に、同時刻ｔ３において、駆動部材２５に通電が開始される。電流が供給されると、該駆動部材２５は駆動部材２４の時と同様に、残余の駆動部材２４，２６の弾発力に抗して縮む。

前記駆動部材２５への通電は、時刻ｔ４まで続けられ、オフされる。以降、同様に時刻ｔ５までは駆動部材２６に通電し、その次に時刻ｔ６までは再度駆動部材２４に通電するという駆動を続けることで、カム筒１４は左回りに回転し続けることができる。つまり、駆動部材２４→駆動部材２５→駆動部材２６の順で通電を行うことで、カム筒１４は左回りに回転する。各駆動ギア２１〜２３は、対応する駆動部材２４〜２６の非駆動期間は、カム筒１４の回転によって従動回転する。

こうして、出力回転体である前記カム筒１４と、前記基台３２と、前記駆動部１５を構成する駆動ギア２１〜２３および駆動部材２４〜２６とを備えて、モータが構成される。

これに対して、前記図２の状態で、駆動部材２６→駆動部材２５→駆動部材２４の順で通電を行うことで、カム筒１４を右回りに回転させることが可能である。本実施形態のような駆動の順番を変えるだけで回転方向を変えることができるモータは、前回の駆動で停止した位置を検出して駆動を開始する駆動部材を特定する必要がないので、非常に有用である。

次に、前述した内容を位相の観点で考えてみる。今、最初に駆動部材２４に通電を開始してから再び駆動部材２４に通電を開始するまでの時間を周期Ｔとすると、時刻ｔ３，ｔ４はその周期Ｔを３等分した時刻に位置している。つまり、駆動部材２４〜２６への通電は、それぞれ位相が１２０°ずれていると言うことができる。すなわち、駆動ギア２１〜２３の配置角度（１２０°）に合わせて駆動部材２４〜２６への通電タイミングを決めているということである。したがって、駆動ギアの配置角度を９０°に設定したならば、４本の駆動部材を用いて、それぞれの駆動部材への通電タイミング（位相）を９０°ずらせば、同様の駆動が可能である。

また、それぞれの駆動部材２４〜２６への通電時間Ｔｏｎは、前述の説明では周期Ｔを３等分した時間に一致させていたが、必ずしもそうする必要はない。通電時間Ｔｏｎを短くすれば、トルクは下がるが消費電力が少なくなるので、省電力化には有効である。つまり、周期Ｔを３等分した時間に対して通電時間Ｔｏｎをどう設定するかは任意であり、これによってモータの特性をコントロールすることが可能である。すなわち、駆動ギア２１〜２３のピン２１ａ〜２３ａの偏心量を駆動部材２４〜２６のストロークに対応した現実的な値とし、駆動ギア２１〜２３とカム筒１４の歯車１４ｃとの歯数比によって回転速度が決定されるので、カム筒１４の回転速度を変えたい場合は、前述の周期Ｔを変えるとともに、前記歯数比に対応した必要なトルクに応じて前記通電時間Ｔｏｎを設定すればよい。

こうして、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金から成る駆動部材２４〜２６の伸縮が、偏心したピン２１ａ〜２３ａを有する駆動ギア２１〜２３によって回転力に変換されて、カム筒１４を回転駆動することが可能になり、小型（特に光軸方向に薄くできる）で低コストなズームユニット１を実現することができる。このズームユニット１は、図示しないレンズ装置の鏡筒内に組み込まれるものであり、そのための構成は公知の手段を適用して、適宜設計可能なことは、言うまでもない。

上述の説明では、歯車１４ｃは外歯で、駆動ギア２１〜２３は外歯であるという想定であったけれども、必ずしもその必要はなく、傘歯などで歯車１４ｃと駆動ギア２１〜２３とが光軸方向に噛み合っている構成をとることも可能である。また、歯形も、図示のようにインボリュートである必要はなく、サイクロイドなど任意に選択されればよい。

［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の他の形態に係るレンズ駆動機構である撮像装置用のズームユニットにおける駆動部１５’の構造を模式的に示す図である。この図４は、前述の図２に類似し、同一の構成には同一の参照符号を付して示し、また類似する構成には同一の参照符号に’を付して示す。注目すべきは、この駆動部１５’では、各駆動部材２４’〜２６’は略Ｌ字状に張架され、その略中点がピン２１ａ〜２３ａにそれぞれ係合していることである。

このため、各駆動部材２４’〜２６’は、他端が端子２７〜２９にそれぞれかしめられて基台３２に固定されており、ピン２１ａ〜２３ａ側の一端が連結された２本の駆動部材から成っており、ピン２１ａ〜２３ａ部分では、スリーブの外周面に形成された溝に各駆動部材２４’〜２６’の略中央部分が嵌り込んでいる。

このように構成することで、各駆動部材２４’〜２６’の収縮量が拡大するので、偏心量を大きく設計することができる。

上述の説明では、駆動ギア２１〜２３をカム筒１４の周方向に等間隔に設けているけれども、必ずしもそのようにする必要はない。たとえば、四角形の３つの頂点、すなわちＬ字状に設けるようにしてもよく、各駆動ギア２１〜２３の位相（ピン２１ａ〜２３ａの位置）と、駆動部材２４〜２６の引出し方向とによって、駆動部材２４〜２６の何れかが収縮して駆動力を発揮すると、他の弾性率が低下して、以降のタイミングで収縮して駆動力を発揮できるようになっていればよい。このように駆動ギア２１〜２３の個数や配置位置および駆動部材２４〜２６の引出し方向は、カム筒１４回りの部品配置に応じて、適宜選択されればよい。

ただし、駆動ギア２１〜２３とカム筒１４との接触が外れ、駆動ギア２１〜２３の位相にずれが生じてしまい、駆動部材２４〜２６の通電された何れかが収縮したとき、非通電であった残余のものも収縮してしまっていると、回転しなくなる。このため、駆動ギア２１〜２３とカム筒１４とはスリップのない歯車結合が望ましい。

本発明の実施の一形態に係るレンズ駆動機構である撮像装置用のズームユニットの構造を示す斜視図である。 図１で示すズームユニットの駆動部の動作を説明するための図である。 各駆動部材への通電制御の様子を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の他の形態に係るレンズ駆動機構である撮像装置用のズームユニットにおける駆動部の構造を模式的に示す図である。

符号の説明

１ ズームユニット
１１，１２ 玉枠
１３ 固定筒
１４ カム筒
１４ｃ 歯車
１５ 駆動部
２１，２２，２３ 駆動ギア
２１ａ，２２ａ，２３ａ ピン
２４，２５，２６；２４’，２５’，２６’ 駆動部材
２７，２８，２９ 端子
３２ 基台

Claims (2)

1. 基台に回転自在に支持される出力回転体に駆動回転体が接触しつつ回転することで、前記出力回転体から回転力を出力するようにしたモータにおいて、
   前記駆動回転体を複数設け、
   前記各駆動回転体の端面の偏心位置に一端が連結され、他端が固定位置に固定され、線状の形状記憶合金から成る駆動部材と、
   前記駆動部材を個別に通電制御する通電手段とを含むことを特徴とするモータ。
2. 前記請求項１記載のモータを用い、前記出力回転体は撮像装置のズーム機構やフォーカス機構における回転筒であり、前記駆動回転体は前記回転筒の外周面に形成された歯車に噛合う駆動ギアであることを特徴とするレンズ駆動機構。

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