JP2013246335A - 駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】機構の大型化を招くことなく、形状記憶合金線の劣化を抑制することを可能とする駆動機構を提供する。
【解決手段】この駆動機構は、温度検出部５００により得られる温度情報に基づき、駆動部材１３０の使用する変態領域を決定し、駆動部材１３０への通電制御を行なって、駆動部材１３０の変位量の制御を行なう。
【選択図】図１

Description

この発明は、駆動機構に関する。

携帯電話、スマートフォンなどの携帯型端末機器に内蔵されるマイクロカメラユニット（ＭＣＵ）は、現在数多く生産されている。マイクロカメラユニットの高画素化が進むとともに、マイクロカメラユニットは、デジタルカメラに置き換わるための機能を備えつつある。

光学ズーム等のレンズ群を大きく動かす必要がある機能は、移動機構を含めてレンズユニットが大型化してしまう。したがって、高機能化が進んだマイクロカメラユニットを携帯型端末機器に内蔵する場合、携帯型端末機器が大型化する。

マイクロカメラユニットに、温度変化による伸縮を駆動原理とした駆動機構として、Ｎｉ−Ｔｉ等の形状記憶合金（形状記憶合金線：Shape Memory Alloy）を線材に加工した駆動部材（形状記憶合金線）を用いる技術が、特開２００７−１６３６６２号公報（特許文献１）、特開平３−２９４６６６号公報（特許文献２）、および特表２０１０−５１５９８３号公報（特許文献３）に開示されている。

形状記憶合金線を駆動部材として用いた駆動機構は、小型、大出力、低コストを実現できることから、マイクロカメラユニット用の駆動機構として期待されている。

特開２００７−１６３６６２号公報 特開平３−２９４６６６号公報 特表２０１０−５１５９８３号公報

特許文献１に開示される駆動機構は、駆動部材としての形状記憶合金線が伸縮を繰り返して可動部を所定方向に搬送する、いわゆるインチワーム機構である。既存のステッピングモーターと比較して小型化を実現し、マイクロカメラユニット用の駆動機構としては適したものとなっている。

特許文献１に開示される駆動機構は、形状記憶合金線を伸縮させるための加熱（収縮）／冷却（伸張）サイクルの冷却側は、周囲環境への自然放熱となっている。そのため、環境温度が高温となった場合には、形状記憶合金線の放熱に時間がかかり、駆動機構における駆動速度が低下する。また、形状記憶合金線の変態領域の全領域を用いて加熱／冷却サイクルを行なっていることから、形状記憶合金線の劣化についても課題が生じる。

特許文献２に開示されるインチワーム機構は、形状記憶合金線の冷却方法として、油冷、強制空冷、ペルチェ素子などを用いることが記載されている、しかし、いずれも機構の大型化、コストの増加を招く課題を有する。

特許文献３に開示されるタッチセンサは、形状記憶合金線を用いた触覚フィードバック機能付きタッチセンサが開示されている。このタッチセンサにおいては、形状記憶合金線の伸縮による振動を、人体への触覚フィードバックとして伝えることができる構成が採用されている。

このタッチセンサにおいても、形状記憶合金線の加熱／冷却サイクルの冷却側は、周囲環境への自然放熱となっているため、環境温度が高い場合には、形状記憶合金線の放熱に時間がかかり、加熱／冷却サイクルの速度が低下する。また、形状記憶合金線の変態領域の全領域を用いて加熱／冷却サイクルを行なっていることから、形状記憶合金線の劣化についても課題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、機構の大型化を招くことなく、形状記憶合金線の劣化を抑制することを可能とする駆動機構を提供することにある。

この発明に基づいた駆動機構においては、固定部と、所定方向に沿って往復移動可能に上記固定部に支持される変位部と、一端が上記固定部に連結され、他端が上記変位部に連結され、通電加熱により収縮する形状記憶合金線を用いた駆動部材と、上記駆動部材の収縮方向に対抗するように設けられ、一端が上記固定部に連結され、他端が上記変位部に連結されるバイアス部と、上記駆動部材の周囲温度を検出する温度検出部と、上記温度検出部により得られた温度情報に基づき、上記駆動部材の通電制御を行なう制御部とを備える。

上記制御部は、上記温度検出部により得られる温度情報に基づき、上記駆動部材の使用する変態領域の範囲を決定し、上記駆動部材への通電制御を行なって、上記駆動部材の変位量の制御を行なう。

他の形態においては、上記温度検出部は、上記周囲温度と、上記周囲温度における上記形状記憶合金線の物理特性との関係から、上記駆動部材の上記周囲温度を検出する。

他の形態においては、上記温度検出部は、上記駆動部材の上記物理特性として抵抗値を検出する抵抗値検出部と、予め上記駆動部材の抵抗値と上記駆動部材の温度との関係を記憶する記憶部と有し、上記温度検出部は、上記抵抗値検出部により得られた上記抵抗値と、上記記憶部から上記駆動部材の上記抵抗値に対応する温度を参照して、当該温度を上記周囲温度として検出する。

他の形態においては、上記駆動部材の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、予め上記駆動部材の変態領域と抵抗値との関係を記憶する制御部とを有し、上記制御部は、上記抵抗値検出部により得られる抵抗値情報に基づき、上記駆動部材の変態領域を判断して、上記駆動部材の変態領域の一部を用いるように、上記駆動部材への通電制御を行なって、上記駆動部材の伸縮の変位量の制御を行なう。

他の形態においては、上記駆動部材の変態領域は、上記駆動部材の低温時変態領域と、上記低温時変態領域よりも高温側に位置する高温時変態領域とに分けられ、上記制御部は、上記温度検出部から得られた上記温度情報が所定温度よりも低い場合には、上記低温時変態領域を用いるように上記駆動部材への通電制御を行ない、上記温度検出部から得られた上記温度情報が、上記所定温度を超える場合には、上記高温時変態領域を用いるように上記駆動部材への通電制御を行なう。

他の形態においては、上記固定部に対して移動可能な可動部と、上記変位部に設けられ、上記可動部との連結状態および非連結状態の選択が可能なクランプ部とをさらに備え、上記変位部は、第１の位置と第２の位置との間を往復運動するように、上記制御部により制御され、上記第１の位置において、上記クランプ部が上記可動部と連結状態となり、上記クランプ部が上記可動部に連結した状態において、上記変位部は、上記第２の位置まで移動するように、上記制御部により制御され、その後、上記クランプ部が上記可動部と非連結状態になり、上記変位部のみが上記第２の位置から上記第１の位置まで戻り、その後、上記変位部と上記可動部との連結状態および非連結状態とが繰り返し実行されることで、上記可動部が上記所定方向に沿って移動させられる。

他の形態においては、上記固定部は、上記変位部、上記駆動部材、および上記バイアス部を内部に収容する箱状筺体である。

他の形態においては、上記変位部は、上記所定方向に沿って延び、一端が上記箱状筺体の内部から外部に突出するプレート部材を含み、上記駆動部材の変位量に応じて、上記プレート部材の上記箱状筺体の外表面からの上記プレート部材の突出量が変化する。

本発明によれば、機構の大型化を招くことなく、形状記憶合金線の劣化を抑制することを可能とする駆動機構を提供する。

実施の形態１におけるレンズ駆動装置の構成を示す図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置の駆動動作を示す第１図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置の駆動動作を示す第２図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置の駆動動作を示す第３図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置の駆動動作を示す第４図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置に用いられる形状記憶合金線の温度と変位との関係を示す特性図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置に用いられる形状記憶合金線の温度と変位との関係を示す特性図である、使用変位領域を説明する図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置に用いられる形状記憶合金線の応答速度変化を説明する第１図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置に用いられる形状記憶合金線の応答速度変化を説明する第２図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置に用いられる形状記憶合金線の応答速度変化を説明する第３図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置に用いられる形状記憶合金線の応答速度変化を説明する第４図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置の制御回路のブロック図である。 実施の形態１におけるレンズ駆動装置に用いられる形状記憶合金線の変位と抵抗値特性との関係を示す特性図である。 実施の形態２における駆動機構の構成を示す図である。 実施の形態３における駆動機構の構成を示す図である。

本発明に基づいた各実施の形態における駆動機構について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。

（実施の形態１）
図１を参照して、実施の形態１におけるマイクロカメラのレンズ駆動装置について説明する。このレンズ駆動装置は、本発明に基づいた駆動機構が採用されている。図１は、実施の形態１におけるレンズ駆動装置の構成を示す図である。

レンズ駆動装置１００は、固定部１１０を有する。この固定部１１０は、第１側壁部１０１と、この第１側壁部１０１の両端部において、第１側壁部１０１から略垂直方向に延びる第２側壁部１０２および第３側壁部１０３を有する。第２側壁部１０２の壁面と、第３側壁部１０３の壁面とは相互に対向することとなる。

レンズ駆動装置１００は、所定方向Ｓ（図１中においては上下方向）に沿って往復移動するように固定部１１０に支持される変位部１２０を有する。具体的には、一端が第２側壁部１０２の壁面に連結され、他端が変位部１２０に連結される形状記憶合金線を用いた駆動部材１３０と、この駆動部材１３０の収縮方向（Ｓ方向）に対抗するように設けられ、一端が第３側壁部１０３の壁面に連結され、他端が変位部１２０に連結されるバイアス部１４０とにより、変位部１２０は、固定部１１０に支持される。

駆動部材１３０に用いる形状記憶合金線は、Ｎｉ−ＴｉまたはＮｉ−Ｔｉ−ＣｕなどのＮｉ−Ｔｉ系合金である。Ｎｉ−Ｔｉ系合金を用いた形状記憶合金線は、低温で弾性係数が低い状態（マルテンサイト相）となり、所定の張力を与えることで伸張する性質を有している。

また、Ｎｉ−Ｔｉ系合金を用いた形状記憶合金線は、通電により発熱し変態温度を超えることにより相変態し、弾性係数が高い状態（オーステナイト相：母相）に移行して、伸張状態から元の長さ（記憶長さ）に戻る性質を有している。形状記憶合金線の直径は、約３０μｍから約１００μｍである。

バイアス部１４０には、コイルばねが用いられている。なお、駆動部材１３０に対して張力を与える部材であればコイルばねに限定されない。駆動部材１３０と同様に、バイアス部１４０に形状記憶合金線を用いてもよい。

駆動部材１３０は記憶形状からバイアス部１４０によって引き伸ばされており、駆動部材１３０に通電することでジュール熱が発生し、駆動部材１３０自体の温度が上がり、駆動部材１３０の記憶形状に戻ることで、駆動部材１３０はその長さが収縮する動作をする。また、通電を遮断すると周囲環境への放熱により、駆動部材１３０の温度が下がることで、再び駆動部材１３０は、記憶形状からバイアス部１４０によって引き伸ばされた形状に変化する。

固定部１１０に対して変位部１２０の往復移動方向（図中Ｓ）と同じ方向に移動可能な可動部１６０と、変位部１２０に設けられ、可動部１６０との連結状態および非連結状態の選択が可能なクランプ部１５０を有する。

可動部１６０は、往復移動方向（図中Ｓ）に沿って延びる第１可動壁１６１と、この第１可動壁１６１から垂直方向に延びる第２可動壁１６２とを有する。第２可動壁１６２には、レンズ１７０が組み込まれている。可動部１６０は、第１可動壁１６１に設けられた支持ローラ１６３により往復移動方向（図中Ｓ）に沿って移動可能なように保持されている。

クランプ部１５０には、電磁力、静電力、摩擦力等の様々な公知の着脱機構を採用することができる。本実施の形態では一例として、電磁力を用いた着脱機構を採用している。

第１側壁部１０１の内部には、駆動部材１３０の周囲の温度を検出する手段として、温度検出部５００が設けられている。温度検出部５００から得られる駆動部材１３０の周囲の温度情報は、演算部３０に入力される。

また、駆動部材１３０の通電状態および非通電状態の制御、クランプ部１５０による可動部１６０との連結状態および非連結状態の制御は、制御部１０において実行される。

本実施の形態において、レンズ１７０の直径は、約５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、レンズ駆動装置１００（固定部１１０）の高さは、約１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。

（駆動制御）
次に、上記構成を有するレンズ駆動装置１００の駆動制御について、図２から図５を参照して説明する。図２から図５は、本実施の形態におけるレンズ駆動装置１００の駆動動作を示す第１図から第４図である。なお、クランプ部１５０の可動部１６０との連結状態および非連結状態の制御、および、可動部１６０への通電状態および非通電状態の制御は、後述する制御部において実行される。

図２は、クランプ部１５０は可動部１６０に対して連結状態である。駆動部材１３０は非通電状態である。したがって、駆動部材１３０は、バイアス部１４０によって引き伸ばされた状態である。この変位部１２０の位置を第１の位置（基準位置）とする。

図３は、クランプ部１５０は可動部１６０に対して連結状態であるとともに、駆動部材１３０は通電状態である。駆動部材１３０に通電されることで、形状記憶合金線が収縮し、変位部１２０はバイアス部１４０の張力に対向して、第２側壁部１０２の壁面側に所定距離移動する。この変位部１２０の位置を第２の位置とする。

図４および図５は、クランプ部１５０は可動部１６０に対して非連結状態である。駆動部材１３０は非通電状態である。可動部１６０は、第１可動壁１６１が支持ローラ１６３により保持されおり、移動後の位置は変化しない。駆動部材１３０への通電を遮断することで、周囲環境への放熱により、駆動部材１３０の温度が下がる。

その結果、図５に示すように、駆動部材１３０は冷却によって、記憶形状からバイアス部１４０によって引き伸ばされる。これにより、変位部１２０は、第３側壁部１０３の壁面側に移動し、第１の位置にまで戻る。

再び、図２から図５に示すサイクルを繰り返すことで、変位部１２０は第１の位置と第２の位置と間の往復運動を行なう。その結果、レンズ１７０が組み込まれた可動部１６０は、変位部１２０の変位を蓄積する形で、第２側壁部１０２の壁面側に所定距離移動する。なお、図２から図５のサイクルを逆サイクルとすることで、可動部１６０を、第２側壁部１０２とは反対の第３側壁部１０３の壁面側に移動させることができる。

このように、レンズ駆動装置１００においては、クランプ部１５０の可動部１６０への連結状態と非連結状態との切換え、および、駆動部材１３０への通電状態と非通電状態との切換えを制御することで、いわゆるインチワーム機構により、レンズ１７０の位置制御を行なうことを可能としている。

（形状記憶合金線の変態領域およびその使用変位領域）
ここで、図６および図７を参照して、駆動部材１３０として用いた形状記憶合金線の変態領域およびその使用変位領域について説明する。図６は、形状記憶合金線の変態領域として、形状記憶合金線の温度と変位との関係を示す特性図、図７は、形状記憶合金線の温度と変位との関係を示す特性図であり、使用変位領域を説明する図である。

図６を参照して、形状記憶合金線の変態領域について説明する。上記したように、本実施の形態において駆動部材１３０として用いる形状記憶合金線は、Ｎｉ−ＴｉまたはＮｉ−Ｔｉ−ＣｕなどのＮｉ−Ｔｉ系合金である。Ｎｉ−Ｔｉ系合金を用いた形状記憶合金線は、低温で弾性係数が低い状態（マルテンサイト相）となり、所定の張力を与えることで伸張する性質を有している。

また、Ｎｉ−Ｔｉ系合金を用いた形状記憶合金線は、通電により発熱し変態温度を超えることにより相変態し、弾性係数が高い状態（オーステナイト相：母相）に移行して、伸張状態から元の長さ（記憶長さ）に戻る性質を有している。

具体的には、図６に示すように、低温相（マルテンサイト相）から高温相（オーステナイト相）に変態を開始するＡｓ点を超えると、形状記憶合金線が記憶形状になるように収縮（歪が拡大）する。高温相への変態を終了するのがＡｆ点である。

逆の過程では、高温相から低温相への変態を開始するＭｓ点を超えると、形状記憶合金線がバイアス部１４０の張力により伸長する。低温相への変態を終了するのがＭｆ点である。

変態温度は形状記憶合金線の組成や加工条件、トレーニング条件等により変化するが、図６に示すように、温度上昇過程と温度低下過程での特性曲線はヒステリシスをもっており、たとえば、Ａｓ：８０℃、Ａｆ：９０℃、Ｍｓ：７０℃、Ｍｆ：６０℃のような温度となっている。

一方、図７は本実施の形態における形状記憶合金線の温度と歪みの使用領域を示す説明図である。本実施の形態におけるレンズ駆動装置１００においては、図６に示した形状記憶合金線の変態領域（温度および歪）をすべて使用して形状記憶合金線を伸縮させずに、形状記憶合金線の変態領域の一部を用いるように使用範囲を決定して、伸縮の変位量の制御を行なう。

たとえば、図７に示すように、形状記憶合金線の変態領域を、低温時変態領域Ｉと、低温時変態領域Ｉよりも高温側に位置する高温時変態領域ＩＩとに分ける。低温時変態領域Ｉは、使用温度幅（ｉ）および使用歪幅（ｉ）で規定される領域であり、高温時変態領域ＩＩは、使用温度幅（ｉｉ）および使用歪幅（ｉｉ）で規定される領域である。使用温度幅（ｉ）は約２５℃、使用温度幅（ｉｉ）は約２５℃である。使用歪幅（ｉ）および使用歪幅（ｉｉ）はいずれも約２％である。

本実施の形態においては、室温が２０度から２５度を想定している場合において、形状記憶合金線の周囲の環境温度が約５５度（Ｍｆ点温度−５度）よりも低い場合には、低温時変態領域Ｉを用いて、形状記憶合金線の加熱／冷却サイクルを実施するように、形状記憶合金線への通電制御を行なう。また、形状記憶合金線の周囲の環境温度が約５５度を超える場合には、高温時変態領域ＩＩを用いて、形状記憶合金線の加熱／冷却サイクルを実施するように、形状記憶合金線への通電制御を行なう。

図６で示した、形状記憶合金線の歪み率は、変態領域の全体を用いた場合には、約５％程度であり、変態領域の全てを使って繰り返し動作させることは、機械的ストレスが大きく形状記憶合金線材の劣化を早めることになる。

繰り返し動作による劣化を抑制するためには、形状記憶合金線の使用温度範囲を低くするとともに、歪みの使用幅を小さく（２％以下に）することが望ましい。したがって、可能な限り低温時変態領域Ｉで形状記憶合金線を使用することが望ましい。しかし、形状記憶合金線の環境温度が高い場合には、後述するように応答速度が遅くなる問題が発生するため、高温時変態領域ＩＩの領域を使用する。

このように本実施の形態におけるレンズ駆動装置１００においては、形状記憶合金線の変態領域の使用範囲を決定し（一部を用いる）、形状記憶合金線の周囲の温度に基づき、低温時変態領域Ｉおよび高温時変態領域ＩＩの使い分けを行なうことで、別途冷却機構の付加を必要としないために機構の大型化を招くことなく、形状記憶合金線の劣化を抑制することを可能としている。また、形状記憶合金線の応答速度の向上も図っている。

（形状記憶合金線の冷却時の応答速度）
図８から図１１を参照して、形状記憶合金線の冷却時の応答速度について説明する。図８から図１１は、形状記憶合金線の応答速度変化を説明する第１図から第４図である。

図８に示すように、環境温度が低い場合（本実施の形態では、約５５℃以下）には低温時変態領域Ｉを使用することで、短時間に形状記憶合金線を冷却することができる。その結果、形状記憶合金線の伸張に要する応答速度を高めることができる。

図９に示すように、環境温度が低い場合に、高温時変態領域ＩＩを用いた場合でも、加熱速度は遅くなるが、図８の場合と同様に、形状記憶合金線の伸張に要する応答速度を高めることができる。なお、加熱速度に関しては、形状記憶合金への通電量を増加させることで、容易に加熱速度を向上させることはできる。

図１０に示すように、環境温度が高い場合（本実施の形態では、約５５℃以上）には低温時変態領域Ｉを使用した場合でも、形状記憶合金線を冷却するための放熱時間が大きくなる。その結果、形状記憶合金線の伸張に要する応答速度は低くなる。

図１１に示すように、環境温度が高い場合、高温時変態領域ＩＩを用いた場合には、加熱速度は遅くなるが、図１０と比較した場合に、形状記憶合金線を冷却するための放熱時間を短くすることができる。その結果、形状記憶合金線の伸張に要する応答速度を改善することができる。

形状記憶合金線と周囲環境の間の熱抵抗をθとしたとき、単位時間に移動する熱量Ｗは、次の式（１）で表すことができる。Ｗ＝θ×［Ｔｓｍａ−Ｔａ]・・・（式１）Ｗ：単位時間に移動する熱量、Ｔｓｍａ：形状記憶合金線温度、Ｔａ：環境温度。

（式１）より、形状記憶合金線と環境温度との温度差に比例して、熱量の移動つまり放熱されることがわかる。

したがって、たとえば、形状記憶合金線と環境温度との温度差が２倍になれば、熱量（Ｗ）の移動も２倍となり、温度下降をグラフで表すと曲線の傾きが２倍となる。このように形状記憶合金線と環境温度との温度差が大きければ放熱効率が高くなり、逆に形状記憶合金線が環境温度に近づくほど、放熱効率が低下する。

したがって、図１０に示したように、環境温度が高温の場合に低温時変態領域Ｉを使用すると、放熱に長い時間がかかり、形状記憶合金線の伸張に要する応答速度が遅くなる結果となっている。しかし、環境温度が高温の場合に高温時変態領域ＩＩを使用することで、駆動部材１３０の伸張に要する応答速度を改善することが可能である。

たとえば、形状記憶合金線の放熱過程の平均的な温度と環境温度との温度差が、低温時変態領域Ｉで５℃であり、高温時変態領域ＩＩで１０℃であれば、高温時変態領域ＩＩを用いることで、２倍の放熱効率を得ることができる。

したがって、形状記憶合金線の状態を検出する一例として、形状記憶合金線の周囲の温度を用いた場合には、形状記憶合金線の周囲の温度が所定温度よりも低い場合には、低温時変態領域Ｉを用いるように駆動部材１３０への通電制御を行ない、形状記憶合金線の周囲の温度が所定温度よりも高い場合には、高温時変態領域ＩＩを用いるように駆動部材１３０への通電制御を行なうことで、駆動部材１３０の冷却時における駆動部材１３０の伸張に要する応答速度の改善を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、形状記憶合金線の周囲の温度を検出する手段として、第１側壁部１０１の内部に設けた温度検出部５００から得られる温度情報を用いた場合について説明しているが、この手段に限定されない。

（形状記憶合金線の周囲の温度を検出する他の手段）
形状記憶合金線の周囲の温度を検出する他の手段について、図１２を参照して説明する。図１２は、レンズ駆動装置の制御回路のブロック図であり、形状記憶合金線の抵抗値を利用して温度検出を行なうものである。

駆動部材１３０の両端の電圧が抵抗値検出部４０に入力され抵抗値が検出される。比較部２０の入力の一つには、抵抗値検出部４０から検出抵抗値が入力される。比較部２０のもう一つの入力には、外部からのコマンドを受けて、制御部（マイコン）１０から指示値が入力される。具体的な指示値としては、予め測定された、駆動部材１３０の抵抗値と温度との関係が挙げられる。

また、制御部１０には抵抗値検出部４０から検出抵抗値も入力されている。比較部２０は、この２つの入力値を比較した結果を、演算部３０に出力する。制御部１０では、形状記憶合金線の抵抗値を利用して、形状記憶合金線の周囲の温度を検出し、この周囲温度の結果に基づいて指示値を決定し、比較部２０が検出抵抗値と指示値とを比較した結果に基づき、演算部３０からトランジスタ５０に対し通電制御値信号が出力される。

トランジスタ５０は形状記憶合金線の通電量制御を行なう。演算部３０の出力に応じて、検出抵抗値が一致するように演算部３０によりフィードバック制御（サーボ制御）される。トランジスタ５０から駆動部材１３０に通電され、駆動部材１３０は、ジュール熱により加熱される。

なお、抵抗値検出の方法は、たとえばトランジスタより定電流を通電して、そのときの形状記憶合金線の両端電圧からオームの法則により簡易に求めることができる。なお、図１２中には定電流回路や、検出タイミング回路は省略している。

この制御回路により、制御部１０は形状記憶合金線の抵抗値を検出し、環境温度を判断して形状記憶合金線の変態領域の使用範囲を決める。そして、使用範囲に応じた指示値を出力し、目標の抵抗値になるように通電が制御されることになる。

また、図１３に、駆動部材１３０の歪み（変位）と抵抗値特性との関係を示す。図６に示した図と比較して、ヒステリシスが小さく、駆動部材１３０の変態領域の判断指標として優れることがわかる。

したがって、たとえば、図１２において示した、駆動部材１３０の抵抗値を検出する抵抗値検出部４０を用い、予め駆動部材１３０の変態領域と抵抗値との関係を制御部１０に記憶しておくとよい。制御部１０は、抵抗値検出部４０により得られる抵抗値情報に基づき、駆動部材１３０の変態領域をより確実に判断して、駆動部材１３０の低温時変態領域Ｉおよび高温時変態領域ＩＩのいずれかの領域を用いるように、駆動部材１３０への通電制御を行なって、駆動部材１３０の伸縮の変位量の制御をより適正に行なうことができる。

以上、本実施の形態におけるレンズ駆動装置１００によれば、駆動部材１３０を駆動源とし、固定部１１０に対して往復移動可能な変位部１２０と、変位部１２０に接続され、収縮方向に対抗するバイアス力を与えられた駆動部材１３０と、周囲の環境温度を検出できる温度検出部５００と、駆動部材１３０に通電加熱できるように接続された制御部１０とを備え、環境温度が高い場合には低い場合よりも、駆動部材１３０の変態領域を高温側で使用するように、通電制御している。

これにより、高温環境下での速度低下を改善することができ、また低温環境下では駆動部材１３０に与える機械的ストレスを緩和して、長期間の使用による駆動部材１３０の耐久劣化を抑制する。

また、固定部１１０に対して相対移動可能な可動部１６０と、変位部１２０に設けられ、可動部１６０との連結を脱着できるクランプ部１５０を有し、クランプ部１５０の脱着と、変位部１２０の移動を繰り返す、いわゆるインチワーム機構を実現させることで、変位を蓄積して可動部１６０を大きく移動させることができる。

（実施の形態２）
次に、図１４を参照して、本発明に基づいた実施の形態における駆動機構２００について説明する。図１４は、本実施の形態における駆動機構２００の構成を示す図である。なお、形状記憶合金線に対する駆動制御は、上記実施の形態１と同じであるため、重複する説明は繰り返さないこととし、駆動機構２００の構成についてのみ説明する。

この駆動機構２００は、固定部２１０を有する。この固定部２１０は、箱状筺体であり、第１側壁部２１１と、この第１側壁部２１１の両端部において、第１側壁部２１１から略垂直方向に延びる第２側壁部２１２および第３側壁部２１３を有する。第２側壁部２１２の壁面と、第３側壁部２１３の壁面とは相互に対向することとなる。

駆動機構２００は、所定方向Ｓ（図１４中においては上下方向）に沿って往復移動するように固定部１１０に支持される変位部２２０を有する。具体的には、一端が第２側壁部２１２の壁面に連結され、他端が変位部２２０に連結される形状記憶合金線を用いた駆動部材２３０と、この駆動部材２３０の収縮方向（Ｓ方向）に対抗するように設けられ、一端が第２側壁部２１３の壁面に連結され、他端が変位部２２０に連結されるバイアス部２４０とにより、変位部２２０は、固定部２１０に支持される。

駆動部材２３０に用いる形状記憶合金線は、上記実施の形態１の場合と同様であるため、重複する説明は繰り返さない。

また、本実施の形態においては、変位部２２０に、駆動部材２３０の収縮方向（Ｓ方向）に沿って延び、一端が箱状筺体の固定部２１０の内部から外部に突出するプレート部材２６０が設けられている。

プレート部材２６０は、駆動部材２３０の収縮方向に沿って延びる一対の側壁部２６２と、一対の側壁部２６２を連結する連結部２６１とを有している。固定部２１０の第２側壁部２１２には、開口部２１２ｈが設けられ、プレート部材２６０の側壁部２６２が、開口部２１２ｈを貫通している。

本実施の形態において、駆動機構２００の外形寸法は、高さ約１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度、幅約５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、奥行き約５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

上記構成からなる駆動機構２００によれば、実施の形態１に示した形状記憶合金と同様にして、形状記憶合金の収縮および伸張を繰り返し実施することで、固定部２１０に対して、固定部２１０から突出したプレート部材２６０の連結部２６１を図中の矢印Ｓ方向に沿って往復移動させることができる。

これにより、変位部２２０の変位または振動を、連結部２６１を用いて駆動機構２００の外部に伝えることが可能となる。これにより、本実施の形態における駆動機構２００を触覚インタフェースとして用いることができる。

（実施の形態３）
次に、図１５を参照して、本発明に基づいた実施の形態における駆動機構３００について説明する。図１５は、本実施の形態における駆動機構３００の構成を示す図である。なお、形状記憶合金線に対する駆動制御は、上記実施の形態１と同じであるため、重複する説明は繰り返さないこととし、駆動機構３００の構成についてのみ説明する。

この駆動機構３００は、固定部３１０を有する。この固定部３１０は、箱状筺体であり、第１側壁部３１１と、この第１側壁部３１１の両端部において、第１側壁部３１１から略垂直方向に延びる第２側壁部３１２および第３側壁部３１３を有する。第２側壁部３１２の壁面と、第３側壁部３１３の壁面とは相互に対向することとなる。

駆動機構３００は、所定方向Ｓ（図１５中においては上下方向）に沿って往復移動に固定部３１０に支持される変位部３２０を有する。具体的には、一端が第２側壁部３１２の壁面に連結され、他端が変位部３２０に連結される形状記憶合金線を用いた駆動部材３３０と、この駆動部材３３０の収縮方向（Ｓ方向）に対抗するように設けられ、一端が第２側壁部３１３の壁面に連結され、他端が変位部３２０に連結されるバイアス部３４０とにより、変位部３２０は、固定部３１０に支持される。

駆動部材３３０に用いる形状記憶合金線は、上記実施の形態１の場合と同様であるため、重複する説明は繰り返さない。

また、本実施の形態においては、変位部３２０には、おもり３６１，３６２が取り付けられている。

本実施の形態において、駆動機構３００の外形寸法は、高さ約１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度、幅約５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、奥行き約５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

上記構成からなる駆動機構３００によれば、実施の形態１に示した形状記憶合金と同様にして、駆動部材３３０の収縮および伸張を繰り返し実施することで、固定部３１０に対して、変位部３２０を図中の矢印Ｓ方向に沿って往復移動させることができる。

ここで、変位部３２０にはおもり３６１，３６２が取り付けられていることから、変位部の質量が大きくなっている。この駆動機構３００で変位部３２０が往復移動を行なうと、おもり３６１，３６２の慣性による反作用がバイアス部３４０と駆動部材３３０を介して固定部３１０に伝達され、駆動機構３００の全体が振動することになる。このような形態の駆動機構３００でも触覚フィードバックまたは振動モーターとして応用することが可能となる。

なお、上記各実施の形態において、駆動部材としての形状記憶合金線の変態領域の一部を利用する形態として、形状記憶合金線の変態領域を低温時変態領域Ｉと高温時変態領域ＩＩとの２箇所に分けて利用する場合について説明しているが、これに限定されるものではない。たとえば、形状記憶合金線の全変態領域を３箇所に以上に分けて利用することも考えられる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 制御部、２０ 比較部、３０ 演算部、４０ 抵抗値検出部、５０ トランジスタ、１００ レンズ駆動装置、１０１，２１１，３１１ 第１側壁部、１０２，２１２，２１３，３１２，３１３ 第２側壁部、１０３，２１３，３１３ 第３側壁部、１１０，２１０，３１０ 固定部、１２０，２２０，３２０ 変位部、１３０，２３０，３３０ 駆動部材（形状記憶合金線）、１４０，２４０，３４０ バイアス部、１５０ クランプ部、１６０ 可動部、１６１ 第１可動壁、１６２ 第２可動壁、１６３ 支持ローラ、１７０ レンズ、２００，３００ 駆動機構、２１２ｈ 開口部、２６０ プレート部材、２６１ 連結部、２６２ 側壁部、３６１，３６２ おもり、５００ 温度検出部。

Claims (8)

1. 固定部と、
   所定方向に沿って往復移動可能に前記固定部に支持される変位部と、
   一端が前記固定部に連結され、他端が前記変位部に連結され、通電加熱により収縮する形状記憶合金線を用いた駆動部材と、
   前記駆動部材の収縮方向に対抗するように設けられ、一端が前記固定部に連結され、他端が前記変位部に連結されるバイアス部と、
   前記駆動部材の周囲温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部により得られた温度情報に基づき、前記駆動部材への通電制御を行なう制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記温度検出部により得られる温度情報に基づき、前記駆動部材の使用する変態領域の範囲を決定し、前記駆動部材への通電制御を行なって、前記駆動部材の変位量の制御を行なう、駆動機構。
2. 前記温度検出部は、前記周囲温度と、前記周囲温度における前記形状記憶合金線の物理特性との関係から、前記駆動部材の前記周囲温度を検出する、請求項１に記載の駆動機構。
3. 前記温度検出部は、
   前記駆動部材の前記物理特性として抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
   予め前記駆動部材の抵抗値と前記駆動部材の温度との関係を記憶する記憶部と、有し、
   前記温度検出部は、前記抵抗値検出部により得られた前記抵抗値と、前記記憶部から前記駆動部材の前記抵抗値に対応する温度を参照して、当該温度を前記周囲温度として検出する、請求項２に記載の駆動機構。
4. 前記駆動部材の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
   予め前記駆動部材の変態領域と抵抗値との関係を記憶する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記抵抗値検出部により得られる抵抗値情報に基づき、前記駆動部材の変態領域を判断して、前記駆動部材の変態領域の一部を用いるように、前記駆動部材への通電制御を行なって、前記駆動部材の伸縮の変位量の制御を行なう、請求項１から３のいずれかに記載の駆動機構。
5. 前記駆動部材の前記変態領域は、
   前記駆動部材の低温時変態領域と、
   前記低温時変態領域よりも高温側に位置する高温時変態領域と、に分けられ、
   前記制御部は、
   前記温度検出部から得られた前記温度情報が所定温度よりも低い場合には、前記低温時変態領域を用いるように前記駆動部材への通電制御を行ない、
   前記温度検出部から得られた前記温度情報が、前記所定温度を超える場合には、前記高温時変態領域を用いるように前記駆動部材への通電制御を行なう、
   請求項１から４のいずれかに記載の駆動機構。
6. 前記固定部に対して移動可能な可動部と、
   前記変位部に設けられ、前記可動部との連結状態および非連結状態の選択が可能なクランプ部と、をさらに備え、
   前記変位部は、第１の位置と第２の位置との間を往復運動するように、前記制御部により制御され、
   前記第１の位置において、前記クランプ部が前記可動部と連結状態となり、
   前記クランプ部が前記可動部に連結した状態において、前記変位部は、前記第２の位置まで移動するように、前記制御部により制御され、
   その後、前記クランプ部が前記可動部と非連結状態になり、前記変位部のみが前記第２の位置から前記第１の位置まで戻り、
   その後、前記変位部と前記可動部との連結状態および非連結状態とが繰り返し実行されることで、前記可動部が前記所定方向に沿って移動させられる、請求項１から５のいずれかに記載の駆動機構。
7. 前記固定部は、前記変位部、前記駆動部材、および前記バイアス部を内部に収容する箱状筺体である、請求項１から５のいずれかに記載の駆動機構。
   前記
8. 前記変位部は、前記所定方向に沿って延び、一端が前記箱状筺体の内部から外部に突出するプレート部材を含み、
   前記駆動部材の変位量に応じて、前記プレート部材の前記箱状筺体の外表面からの前記プレート部材の突出量が変化する、請求項７に記載の駆動機構。

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