JP3782088B2 - 板バネ及びそれを備えたレンズアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、小型機器に内蔵するレンズアクチュエータ、及びそれに用いる板バネに関するものである。

近年、携帯電話や携帯型の小型カメラ等の携帯型小型機器に搭載するために、ボイスコイルモータを使用した例えば特許文献１に開示されたレンズアクチュエータが提案されている。

上記レンズアクチュエータとしてのレンズ駆動装置１０１は、図５に示すように、前方レンズ１０２と、前方支持枠１０３と、前方コイル１０４と、前方バネ１０５と、後方レンズ１０６と、後方支持枠１０７と、後方コイル１０８と、後方バネ１０９と、マグネット１１０と、ヨーク１１１とを備えている。

上記レンズ駆動装置１０１は、前方コイル１０４に直流電流を印加することにより前方レンズ１０２を前方に移動させる一方、後方コイル１０８に直流電流を印加することにより後方レンズ１０６を前方に移動させるようになっている。

具体的には、上記前方コイル１０４に電流が印加されると、前方レンズ１０２に前方（図５において上方）への電磁力が働くが、前方バネ１０５の弾性力は変位に比例して後方（図５において下方）へ働く。したがって、前方レンズ１０２は、該電磁力と弾性力とが釣り合った位置に移動する。つまり前方コイル１０４に印加する電流量によって、前方レンズ１０２の移動量を決定することができる。

同様に、後方コイル１０８に印加する電流量によって、後方レンズ１０６の移動量を決定することができる。

すなわち、前方コイル１０４及び後方コイル１０８に印加するそれぞれの電流量によって、前方レンズ１０２及び後方レンズ１０６それぞれの移動量を決定することができる。このため、後方レンズ１０６のさらに後方（図５において下方）のカメラ内部に位置する固定レンズ１１４を介してＣＣＤ等による像平面１１５上に、被写体像をズームしてフォーカスさせることができる。なお、前方コイル１０４を固着する前方支持枠１０３の形状、及び後方コイル１０８を固着する後方支持枠１０７の形状は、それぞれの印加電流によって前方支持枠１０３及び後方支持枠１０７が前方にそれぞれ移動しても鎖交磁束量が変化しないようなショートコイル構造を造り出すための形状となっている。

このように、レンズ駆動装置１０１に供給する２つの電流量を制御するだけで、前方レンズ１０２及び後方レンズ１０６それぞれの移動量を制御して、被写像をズームすることができる。

ここで、上記前方バネ１０５及び後方バネ１０９は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、それぞれ半分ずつに分割されており、外力が加わらない時は、図６（ａ）に示すように、折畳まれた形状を維持し、外力が加わると、図６（ｂ）に示すように、押出された形状に変形する。なお、図５に示す前方バネ１０５及び後方バネ１０９は、外力が加わった状態の断面を示している。
特開２００２−３６５５１４号（平成１４年１２月１８日公開）

ところで、携帯型の小型機器はその使用中に誤って落下させてしまうことがある。例えば、小型機器が１．２ｍの高さから落下した場合、小型機器には２０００Ｇを超える加速度がかかる。

その場合、上記ボイスコイルを使用したレンズアクチュエータでは、板バネが小型機器の落下により塑性変形を起こし、レンズの傾き・光軸ずれが起こる恐れがあった。この理由は、落下の衝撃によりレンズ１０２・１０６及びレンズホルダである支持枠１０３・１０７が加速度を受けて瞬間的に変位する際に、例えば前方バネ１０５の４本のアーム部１０５ａ・１０５ａ・１０５ａ・１０５ａに応力が集中し、該集中応力が板バネの降伏応力を越えることによって、板バネが塑性変形を起こすためである。

ここで、板バネが落下の衝撃に耐えるには、レンズホルダが落下による加速度を受けて変位する範囲内において、板バネのアーム部が弾性変形領域内にあれば良い。

しかしながら、従来の板バネは、内周リング部と外周リング部とを互いに離間させる方向（以下、「フォーカス方向Ｆ」という）に外力が作用することによってのみ、アーム部が弾性変形する。つまり、フォーカス方向Ｆのみ柔らかく作られている。

したがって、従来の板バネ及びそれを用いたレンズアクチュエータでは、小型機器の落下状態によっては、フォーカス方向Ｆと直交する面内方向（以下、「面内ｒ・θ方向」という）においても外力が生じるが、それら方向に関しては硬く作られているため弾性変形できず、２０００Ｇを越す落下の衝撃に耐えられないという問題点を有している。

本発明の目的は、落下による特性変化がなく線形のたわみ特性を発揮し得る板バネ及びそれを備えたレンズアクチュエータを提供することにある。

本発明の板バネは、上記課題を解決するために、内周板と、上記内周板と離間して設けられた外周板と、上記内周板から外周板まで延びる少なくとも一個のアーム部とが形成され、かつ上記内周板と外周板とは上記アーム部によって弾性的に板面の法線方向に伸縮する板バネにおいて、上記アーム部は、円弧状に上記内周板から外周板まで延びると共に、
上記内周板又は外周板の少なくとも一方に、上記アーム部を支持し、かつ上記板面の法線方向と直交する方向の外力に対して弾性変形して該アーム部を該外力の方向に撓ませるアーム支持部が外周板又は内周板に向けて突出して設けられ、かつ該アーム支持部は、アーム部を支持する屈曲部を有しており、前記アーム支持部には、前記アーム部の前記外力の方向への不要振動を除去する不要振動除去部が設けられていると共に、上記不要振動除去部は、上記アーム支持部の屈曲部から上記内周板又は外周板に近接するように延びるアーム拡張部からなっていることを特徴としている。

上記の発明によれば、板バネは、内周板と外周板とは上記アーム部によって弾性的に板面の法線方向に伸縮するので、例えば、板バネを落下したときに、板面の法線方向に対しては、塑性変形することはない。しかし、板面の法線方向と直交する方向の外力に対しては、塑性変形する可能性がある。

そこで、本発明では、内周板又は外周板の少なくとも一方に、上記アーム部を支持し、かつ上記板面の法線方向と直交する方向の外力に対して弾性変形して該アーム部を該外力の方向に撓ませるアーム支持部が設けられている。

このため、板面の法線方向と直交する方向の外力に対して、アーム支持部が弾性変形してアーム部を外力の方向に撓ませるので、この外力を吸収できる一方、外力が解除された後には、アーム支持部及びアーム部が塑性変形することなく元の状態に戻る。

したがって、落下による特性変化がなく線形のたわみ特性を発揮し得る板バネを提供することができる。

また、本発明の板バネは、前記記載の板バネにおいて、前記アーム支持部には、前記アーム部の前記外力の方向への不要振動を除去する不要振動除去部が設けられていることが好ましい。

すなわち、板面の法線方向と直交する方向の外力に対して容易に弾性変形して該アーム部を該外力の方向に撓ませることができると、新たな問題として、板面の法線方向と直交する方向に振動し易くなるという問題が発生する。

そこで、本発明では、前記アーム支持部には、前記アーム部の前記外力の方向への不要振動を除去する不要振動除去部が設けられている。

したがって、不要振動除去部によって、アーム部の前記外力の方向への不要振動を除去することができる。

また、本発明の板バネは、前記記載の板バネにおいて、前記不要振動除去部は、前記アーム支持部とアーム部との屈曲部分から前記内周板又は外周板に近接するように延びるアーム拡張部からなっていることが好ましい。

上記の発明によれば、不要振動除去部は、アーム支持部とアーム部との屈曲部分から内周板又は外周板に近接するように延びるアーム拡張部からなっているので、屈曲部分に先端が自由端の片持ち梁状のアーム拡張部を形成することによって、不要振動を減衰することができる。

また、本発明の板バネは、前記記載の板バネにおいて、前記アーム拡張部及びアーム支持部は、該アーム拡張部からアーム支持部に連なる粘弾性物質を有していることを特徴としている。

上記の発明によれば、アーム拡張部及びアーム支持部は、該アーム拡張部からアーム支持部に連なる粘弾性物質を有している。したがって、この粘弾性物質によって、さらに、不要振動を減衰することができる。

また、本発明のレンズアクチュエータは、上記課題を解決するために、前記請求項１〜６のいずれか１項に記載の少なくとも２枚の板バネと、レンズと、レンズを支持するレンズホルダと、レンズホルダに取り付けられたコイルと、マグネットと、ヨークとを備えていることを特徴としている。

上記の発明によれば、レンズアクチュエータは、少なくとも２枚の前記記載の板バネと、レンズと、レンズを支持するレンズホルダと、レンズホルダに取り付けられたコイルと、マグネットと、ヨークとを備えている。

したがって、落下による特性変化がなく線形のたわみ特性を発揮し得る板バネを備えたレンズアクチュエータを提供することができる。

また、本発明のレンズアクチュエータは、前記記載のレンズアクチュエータにおいて、前記レンズホルダにおけるレンズ光軸と直交する方向の移動量の最大値は５０μｍであり、かつレンズ光軸方向の移動量の最大値は４００μｍに設定されていることを特徴としている。

上記の発明によれば、レンズホルダにおけるレンズ光軸と直交する方向の移動量の最大値は５０μｍであり、かつレンズ光軸方向の移動量の最大値は４００μｍに設定されている。

すなわち、レンズホルダにおけるレンズ光軸と直交する方向の移動量は、耐落下特性を向上させるためにできるだけ少なくする必要がある一方で、レンズホルダを構成する各部品の組立ずれがあってもレンズホルダが可動出来るだけの隙間が必要となる。現状量産できる最小隙間量は５０μｍであり、組立公差が零であれば、該移動量は最大５０μｍとなるため、該移動量は最大５０μｍに設定するのが好ましい。また、レンズ光軸方向の移動量は、フォーカシングに最低必要な量と、上記同様にフォーカス方向Ｆの組立公差とを考慮して最大値４００μｍに設定するのが好ましい。

また、本発明のレンズアクチュエータは、前記記載のレンズアクチュエータにおいて、前記板バネは、材質が燐青銅からなると共に、少なくとも１個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００μｍ、厚み５０〜１００μｍに設定されていることを特徴としている。

上記の発明によれば、板バネは、材質が燐青銅からなると共に、少なくとも１個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００μｍ、厚み５０〜１００μｍに設定されている。

したがって、バネの機械的特性がよく、安価な燐青銅の板バネを用いた場合に、少なくとも１個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００μｍ、厚み５０〜１００μｍに設定することにより、前記レンズホルダの移動範囲においては、燐青銅の降伏応力を超えることはなく、アーム部及びアーム支持部が内周板及び外周板に対して相対的に弾性変位が可能となる。

また、本発明のレンズアクチュエータは、前記記載のレンズアクチュエータにおいて、前記板バネは、材質がチタン銅からなると共に、少なくとも一個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００〜１８０μｍ、厚み５０〜１７０μｍに設定されていることを特徴としている。

上記の発明によれば、板バネは、材質がチタン銅からなると共に、少なくとも一個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００〜１８０μｍ、厚み５０〜１７０μｍに設定されている。

したがって、バネの機械的特性がよく、安価なチタン銅の板バネを用いた場合に、少なくとも１個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００〜１８０μｍ、厚み５０〜１７０μｍに設定することにより、前記レンズホルダの移動範囲においては、チタン銅の降伏応力を超えることはなく、アーム部及びアーム支持部が内周板及び外周板に対して相対的に弾性変位が可能となる。

また、本発明のレンズアクチュエータは、前記記載のレンズアクチュエータにおいて、前記板バネは、材質がベリリウム銅からなると共に、少なくとも一個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００〜２００μｍ、厚み５０〜１８０μｍに設定されていることを特徴としている。

上記の発明によれば、板バネは、材質がベリリウム銅からなると共に、少なくとも一個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００〜２００μｍ、厚み５０〜１８０μｍに設定されている。

したがって、バネの機械的特性がよく、安価なベリリウム銅の板バネを用いた場合に、少なくとも１個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００〜２００μｍ、厚み５０〜１８０μｍに設定することにより、前記レンズホルダの移動範囲においては、ベリリウム銅の降伏応力を超えることはなく、アーム部及びアーム支持部が内周板及び外周板に対して相対的に弾性変位が可能となる。

本発明の板バネ及びそれを備えたレンズアクチュエータは、アーム部は、円弧状に上記内周板から外周板まで延びると共に、上記内周板又は外周板の少なくとも一方に、上記アーム部を支持し、かつ上記板面の法線方向と直交する方向の外力に対して弾性変形して該アーム部を該外力の方向に撓ませるアーム支持部が外周板又は内周板に向けて突出して設けられ、かつ該アーム支持部は、アーム部を支持する屈曲部を有しており、前記アーム支持部には、前記アーム部の前記外力の方向への不要振動を除去する不要振動除去部が設けられていると共に、上記不要振動除去部は、上記アーム支持部の屈曲部から上記内周板又は外周板に近接するように延びるアーム拡張部からなっているものである。

それゆえ、板面の法線方向と直交する方向の外力に対して、アーム支持部が弾性変形してアーム部を外力の方向に撓ませるので、この外力を吸収できる一方、外力が解除された後には、アーム支持部及びアーム部が塑性変形することなく元の状態に戻る。

したがって、落下による特性変化がなく線形のたわみ特性を発揮し得る板バネ及びそれを備えたレンズアクチュエータを提供することがきるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態のレンズアクチュエータは、例えば、携帯小型機器に装備されるものとなっている。

本実施の形態のレンズアクチュエータ１０は、図２（ａ）（ｂ）及び図３に示すように、レンズ１と、レンズ１を支持する筒状のレンズホルダ２と、レンズホルダ２の下端のフランジ２ａに取り付けられた円筒状コイル３と、レンズホルダ２の外周部に取り付けられた上板バネ６及び下板バネ７と、円筒状コイル３を取り囲むように形成されたヨーク４と、ヨーク４の外側壁４ａに接して取り付けられたマグネット５とによって構成されている。

上記のレンズアクチュエータ１０では、円筒状コイル３に電流が印加されていないときは、レンズホルダ２は、図４（ａ）に示すように、その上端２ｂがほぼ上スペーサ８ａの上端と同じ水平位置に配されているが、円筒状コイル３に直流電流を印加することにより、上記ヨーク４の外側壁４ａとヨーク４の内側壁４ｂとの間には、レンズ１の光軸と直交する面内ｒ・θ方向に円周状に磁束が形成され、レンズホルダ２が、図４（ｂ）に示すように、上方に移動する。すなわち、円筒状コイル３に電流が印加されると、レンズホルダ２には上記光軸方向つまり板面の法線方向としてのフォーカス方向Ｆの＋方向への電磁力が働くが、上板バネ６及び下板バネ７の弾性力はレンズホルダ２の変位に比例してフォーカス方向Ｆの−方向へ働く。この結果、レンズホルダ２の移動位置は、上記電磁力と弾性力が釣合った位置となり、円筒状コイル３に印加する電流量によって、レンズホルダ２つまりはレンズ１の移動量を決定できる。すなわち、円筒状コイル３に印加する電流量を制御することによって、レンズ１の下方（フォーカス方向Ｆの−方向）に位置するＣＣＤユニット９の像面上に、被写体像をフォーカスさせることができる。

また、レンズホルダ２のフォーカス方向Ｆ及び面内ｒ・θ方向の移動量を規制することによって、落下時の加速度による上板バネ６及び下板バネ７のアーム部としての円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ自体の変位を抑え、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃに生じる集中応力を低下させることができる。

本実施の形態では、レンズホルダ２のフォーカス方向Ｆの＋方向の移動量は、図４（ａ）に示すように、寸法線ｔ２で示された、ヨーク４と円筒状コイル３との隙間にて規定される一方、フォーカス方向Ｆ−方向への移動はＣＣＤユニット９により規制されている。そして、図４（ａ）に示すようなレンズ１とＣＣＤユニット９との距離において、無限遠にある被写体に対してジャストフォーカスするように設定することによって、風景のような使用頻度の高い無限遠被写体の撮影時に円筒状コイル３に通電せずとも撮影が可能になるため、低消費電力化ができ、携帯機器への搭載に有利となる。また、レンズホルダ２の面内ｒ・θ方向の移動量は、同図４（ａ）に示すように、寸法線ｔ１にて示された、レンズホルダ２の側壁２ｃとヨーク４の内側壁４ｂとによって規定されている。

また、寸法線ｔ２で示された隙間は、フォーカシングに最低必要な量とフォーカス方向Ｆの組立公差及び耐落下特性を考慮して最大値を４００μｍに設定している。また、寸法線ｔ１にて示される面内ｒ・θ方向の隙間は、耐落下特性を向上させるためには、できるだけ少なくする必要がある一方で、レンズホルダを構成する各部品の組立ずれがあってもレンズホルダが可動できるだけの隙間が必要となる。現状量産できる最小隙間量は５０μｍであり、組立公差が零であれば、該移動量は最大５０μｍとなるため、該移動量は最大５０μｍに設定している。

上板バネ６とヨーク４、及び下板バネ７とヨーク４の間には、それぞれ絶縁体の上スペーサ８ａ及び下スペーサ８ｂが挟まれており、これら上スペーサ８ａ及び下スペーサ８ｂは、上板バネ６とヨーク４及び下板バネ７との電気的に絶縁している。また、円筒状コイル３から引き出された一対の図示しない銅線をそれぞれ上板バネ６及び下板バネ７に半田付けすることにより、円筒状コイル３に対して上板バネ６及び下板バネ７を通して通電できるようになっている。そのため、上板バネ６及び下板バネ７の材質には、高導電性及び良半田付け特性及び非磁性が要求され、一般的には、銅合金であり、かつバネ性等の機械的特性が良好かつ安価な燐青銅、チタン銅、及びベリリウム銅等が使用される。

本実施の形態のレンズアクチュエータ１０に用いた上板バネ６及び下板バネ７の構成について説明する。なお、上板バネ６及び下板バネ７は、いずれも同一形状を有しているので、上板バネ６の形状についてのみ説明する。

上記上板バネ６は、図１（ａ）に示すように、例えば、燐青銅にてなり、内径１０．３ｍｍ、外径１２．６ｍｍ、厚さ０．０８ｍｍの外周板としての外周リング部６ａと、内径６．９ｍｍ、外径７．７ｍｍ、厚さ０．０８ｍｍの内周板としての内周リング部６ｂと、上記内周リング部６ｂと外周リング部６ａとの間にあり１２０°の間隔で配置され、かつ該内周リング部６ｂ及び外周リング部６ａと同一中心を持つ内径８．８ｍｍ、外径８．９ｍｍの３つの円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃと、同じく１２０°の間隔で配置され、かつ３つの円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの一端と内周リング部６ｂとを半径方向でつなぎ、さらに該円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃと同一縦断面をもつアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄと、さらに同じく１２０度の間隔で配置され、かつ３つの円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの他端と外周リング部６ａとを半径方向でつなぐアーム外周支持部６ｅ・６ｅ・６ｅとで構成されている。なお、本実施の形態では、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃは、３個設けられているが、必ずしもこれに限らず、例えば、１個でもよく、又は他の複数個でもよい。

上記の各円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃは、光軸を中心とする半径約５ｍｍの円弧となっている。また、アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄから内周リング部６ｂに近接して延びる不要振動除去部及びアーム拡張部としてのランド部６ｆ・６ｆ・６ｆが形成されている。

上記アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄは、３つの円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの一端と内周リング部６ｂとを半径方向でつないでいるため、３つの円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの幅方向面内への屈曲部分Ａとなる。

レンズホルダ２が落下時の加速度を受けて任意の変位が生じる場合、屈曲部分Ａの作用をもつアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄ及び円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの両端付近及び中央部に応力集中が起こるが、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ、及び屈曲部分Ａの作用をするアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄの縦断面は幅１００μｍ、厚み８０μｍに設定されており、上述したレンズホルダ２の移動範囲内においては、応力集中部の値が燐青銅の降伏応力を超えることはなく、内周リング部６ｂは外周リング部６ａに対して相対的に弾性変位が可能となる。

なお、上記円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄの縦断面の幅及び厚みの値は、上述したようなそれぞれ幅１００μｍ、厚み８０μｍの一通りだけではない。ただし、縦断面がほぼ長方形であることが好ましい。

すなわち、表１及び表２は、燐青銅を使用した上板バネ６及び下板バネ７の幅及び厚みを変えて網羅的にシミュレーションした時の上板バネ６及び下板バネ７に発生する最大応力値を示している。

詳細には、表１はレンズホルダ２がフォーカス方向Ｆの＋方向へ最大許容変位量４００μｍ変位した時の上板バネ６及び下板バネ７に発生する最大応力値を示しており、表２はレンズホルダ２が面内ｒ・θ方向へ最大許容変位量５０μｍ変位した時の上板バネ６及び下板バネ７に発生する最大応力値を示している。これらの値が燐青銅の降伏応力約５００Ｎ／ｍｍ²を超えなければ、弾性変位内とみなすことができる。なお、シミュレーション時の材料定数は、ヤング率Ｅ：１．０７８×１０５Ｎ／ｍｍ²、ポアソン比０．３、密度約８．８ｇ／ｃｍ³である。

上記表１及び表２におけるそれぞれ点線で囲まれた範囲内は弾性変位内であることを示しており、表１及び表２の点線で囲まれた範囲のオーバラップする範囲内で、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄの縦断面の幅及び厚みを決定すれば、耐落下特性を満たす上板バネ６及び下板バネ７が作製できる。燐青銅を使った上板バネ６及び下板バネ７では、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄの縦断面の幅は１００μｍ、厚みは５０〜１００μｍとなる。

なお、近年結晶粒を微細化することにより、降伏応力を約７００Ｎ／ｍｍ² 程度まで改善した燐青銅が開発されている。その材料を使用した場合、上記と同様に表１及び表２から円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄの縦断面の幅は１００〜１６０μｍ、厚みは５０〜１５０μｍとなる。

同様にして、チタン銅を使用した場合の最大応力値を示す表を、表３及び表４に示す。

上記チタン銅は、燐青銅とほぼ同じヤング率Ｅ：１．０７８×１０５Ｎ／ｍｍ²、ほぼ同じ密度約８．７／ｃｍ³を持つが、板バネ形状を作製後、約４００℃で２時間の熱処理を行うことによって、析出硬化を起こさせ、降伏応力を約８００Ｎ／ｍｍ²程度にまで高めることができる。したがって、燐青銅に比べて弾性変位の範囲を大きくでき、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄの縦断面の幅を１００〜１８０μｍ、厚みを５０μｍ〜１７０μｍの範囲内で上板バネ６及び下板バネ７を作製することにより、耐落下特性を満たすことができる。

さらに、同様にして、ベリリウム銅を使用した場合の最大応力値を示す表を表５及び表６に示す。ベリリウム銅は、燐青銅及びチタン銅に比べて高いヤング率Ｅ：１．２７×１０５Ｎ／ｍｍ²をもつため、最大応力値が１．２倍弱上昇するが、チタン銅と同様に板バネ形状を作製後、３１５℃で２時間の熱処理を行うことによって、析出硬化を起こさせ、降伏応力を約１０００Ｎ／ｍｍ²程度にまで高めることができる。したがって、チタン銅に比べて弾性変位の範囲がさらに大きくでき、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄの縦断面の幅を１００〜２００μｍ、厚みを５０μｍ〜１８０μｍの範囲内で上板バネ６及び下板バネ７を作製することにより、耐落下特性を満たすことができる。なお、ベリリウム銅の他の材料定数は、ポアソン比０．３であり、密度約８．２６／ｃｍ³である。

円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄの縦断面の幅及び厚みを決定する要因はこれだけではなく、例えば、円筒状コイル３に通電する直流電流量に応じて、レンズホルダ２をどれだけ変位させるかといった電流−変位特性や、小型携帯機器の消費電力を小さくするといった観点からも検討される。

しかし、いずれの材料を用いても上記範囲内であれば、耐落下特性を満たしつつその他所望の特性も考慮して設計することが可能になるため、設計のバリエーションが大きくなる。なお、板厚５０μｍ未満の板バネは、一般的に普及しておらず、安価にかつ確実に入手することが難しくなるので、厚みの下限は５０μｍとした。また、板バネは、金型を使用し精密打ち抜きで形状を形成することによって大量生産が可能となり、コストを引き下げることができる。ただし、精密打ち抜きでは、現状において、幅１００μｍ未満にすることは難しいため、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄの縦断面の幅の下限を１００μｍとした。

以上に述べたような上板バネ６及び下板バネ７を用いることによって、耐落下特性を向上させることができる。また、合わせてレンズアクチュエータ１０を上述のように構成することによって、さらに対落下特性を向上させることができる。

しかし、そのために、新たな問題が発生する。すなわち、上述したような上板バネ６及び下板バネ７は、フォーカス方向Ｆ及び面内ｒ・θ方向に自由度を持たせたために、通常、動作時において外乱を受けることにより、レンズホルダ２が面内ｒ・θ方向に振動し易くなってしまう。

レンズホルダ２のこのような振動は、レンズ１の光軸ずれにつながるため、ＣＣＤユニット９で取り込む像がぶれてしまうことになる。上述したレンズアクチュエータ１０は、ＣＣＤユニット９からの出力を基にフォーカス方向Ｆに対する振動に関してはフォーカスサーボにより補正が働くが、面内ｒ・θ方向にはサーボ機能は無く、このままでは耐震性低下による解像度の低下を起こす。

この問題に対しては、図１（ｂ）に示すように、アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄから内周リング部６ｂに近接して延びるランド部６ｆ・６ｆ・６ｆを形成し、該ランド部６ｆ・６ｆ・６ｆ及び内周リング部６ｂの領域６ｇ・６ｇ・６ｇを粘弾性物質にて形成する。なお、粘弾性とは、固体・液体の力学的性質の一つであり、外力を加えて生ずる変形が、時間に無関係な弾性的変形と時間に影響される粘性的流動の重なりとして現れる現象をいう。高分子物質などで特に著しい。

これにより、粘弾性物質からなる領域６ｇ・６ｇ・６ｇは、ダッシュポットを形成し、発生する不要振動のピークを減衰させることにより、上板バネ６及び下板バネ７の面内ｒ・θ方向に対する不要振動が除去できる。このため、上述する像ぶれを抑え、レンズアクチュエータ１０の解像度を本来のまま良好に保つことができる。

粘弾性物質としては、加熱硬化型や紫外線効果型のシリコン樹脂といったものをデスペンサのような塗布装置で数滴塗布し、加熱又は紫外線照射するだけで良い。

以上、本実施の形態の上板バネ６及び下板バネ７及びそれを用いたレンズアクチュエータ１０について説明をした。すなわち、本実施の形態の上板バネ６及び下板バネ７は、内周リング部６ｂと、外周リング部６ａと、内周リング部６ｂから外周リング部６ａに向かって延びる複数の円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃとを形成した板バネであって、各円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃと内周リング部６ｂ又は外周リング部６ａとの近接部分の少なくとも一方に、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの幅方向面内でのたわみを容易なものとする断面形状の屈曲部分Ａが形成されている。

したがって、屈曲部分Ａは円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの幅方向面内でのたわみを容易なものとする断面形状を有しているため、フォーカス方向Ｆ及び面内ｒ・θ方向に自由度を持つ。このため、上板バネ６及び下板バネ７は、通常動作時においてはフォーカス方向Ｆに外力が作用することによって円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃが弾性変形し、落下時においては面内ｒ・θ方向に作用する外力においても屈曲部分Ａが弾性変形するため、従来に比べ落下の衝撃を吸収できる。

また、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの少なくとも一部又は全部が、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの幅方向面内でのたわみを容易なものとする断面形状で形成されていることによって、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃでも面内ｒ・θ方向に作用する外力においても弾性変形できるため、屈曲部分Ａでの効果と相俟って、板バネ全体としての対落下特性を向上することができる。

さらに、屈曲部分Ａから内周リング部６ｂ又は外周リング部６ａに近接して伸びるランド部６ｆ・６ｆ・６ｆを形成し、このランド部６ｆ・６ｆ・６ｆと最も近接する内周リング部６ｂ又は外周リング部６ａとを粘弾性物質でつなぎ、ダッシュポットを形成することによって、上板バネ６及び下板バネ７の円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ部の幅方向面内における不要振動を除去し、レンズアクチュエータ１０の光学特性を良好に保つことができる。

また、レンズアクチュエータ１０のレンズホルダ２のレンズ光軸と直交する面内方向の移動を最大５０μｍ、レンズ光軸方向の移動量を最大４００μｍに規制することによって、レンズホルダ２が落下による加速度を受けて変位する範囲を小さくすることができ、上板バネ６及び下板バネ７に生じる集中応力を小さくすることができるため、さらに耐落下特性を向上できる。

なお、本実施の形態では、上板バネ６及び下板バネ７は円板状のものとしたが、本発明の内周板及び外周板の形状は円形のリング状に限らず、矩形状、多角形状等でもよい。また、上板バネ６及び下板バネ７の用途は、レンズアクチュエータ１０に限ることなく、携帯電話等に使用されるリンガー着信音響発生装置やページャー振動発生装置といった振動系の小型機器の落下特性の向上を目的とする等、線形性と強度に優れた弾性部材として広く利用することができる。

このように、本実施の形態の上板バネ６及び下板バネ７は、内周リング部６ｂと外周リング部６ａとは円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃによって弾性的にフォーカス方向Ｆに伸縮するので、例えば、上板バネ６及び下板バネ７を落下したときに、フォーカス方向Ｆに対しては、塑性変形することはない。しかし、フォーカス方向Ｆと直交する方向である面内ｒ・θ方向の外力に対しては、塑性変形する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、内周リング部６ｂ又は外周リング部６ａの少なくとも一方に、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃを支持し、かつフォーカス方向Ｆと直交する方向である面内ｒ・θ方向の外力に対して弾性変形して円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃを該外力の方向に撓ませるアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄが設けられている。

このため、面内ｒ・θ方向の外力に対して、アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄが弾性変形して円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃを外力の方向に撓ませるので、この外力を吸収できる一方、外力が解除された後には、アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄ及び円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃが塑性変形することなく元の状態に戻る。

したがって、落下による特性変化がなく線形のたわみ特性を発揮し得る上板バネ６及び下板バネ７を提供することができる。

また、本実施の形態の上板バネ６及び下板バネ７では、アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄは、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃを屈曲状態に支持する。したがって、アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄは、面内ｒ・θ方向の外力に対して、この屈曲部分Ａを中心にして円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃを容易に撓ますことができる。

一方、この状態において、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃを容易に撓ますためには、アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄの縦弾性係数いわゆるヤング率Ｅを小さくするか、断面二次モーメントＩを小さくする方法がある。本実施の形態では、断面二次モーメントＩを小さくする方法を採用すべく、屈曲部分Ａの縦断面形状を、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの外力の方向への撓みが容易となる形状に形成している。

したがって、アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄと円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃとの屈曲部分Ａの断面形状を工夫することにより、容易に、落下による特性変化がなく線形のたわみ特性を発揮し得る上板バネ６及び下板バネ７を提供することができる。

また、本実施の形態の上板バネ６及び下板バネ７では、屈曲部分Ａだけでなく、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの少なくとも一部又は全部が、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの外力の方向への撓みを容易とする断面形状にて形成されている。

したがって、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ自体も撓み易くなり、線形のたわみ特性を発揮し得る上板バネ６及び下板バネ７を提供することができる。

ところで、面内ｒ・θ方向の外力に対して容易に弾性変形して円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃを該外力の方向に撓ませることができると、新たな問題として、面内ｒ・θ方向に振動し易くなるという問題が発生する。

そこで、本実施の形態の上板バネ６及び下板バネ７では、アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄには、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの外力の方向への不要振動を除去するランド部６ｆ・６ｆ・６ｆが設けられている。

したがって、ランド部６ｆ・６ｆ・６ｆによって、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃの外力の方向への不要振動を除去することができる。

また、本実施の形態の上板バネ６及び下板バネ７では、不要振動除去部は、アーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄと円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃとの屈曲部分Ａから内周リング部６ｂ又は外周リング部６ａに近接するように延びるアーム拡張部としてのランド部６ｆ・６ｆ・６ｆからなっているので、屈曲部分Ａに先端が自由端の片持ち梁状のランド部６ｆ・６ｆ・６ｆを形成することによって、不要振動を減衰することができる。

また、本実施の形態の上板バネ６及び下板バネ７では、ランド部６ｆ・６ｆ・６ｆ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄは、ランド部６ｆ・６ｆ・６ｆからアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄに連なる粘弾性物質を有している。したがって、この粘弾性物質によって、さらに、不要振動を減衰することができる。

また、本実施の形態のレンズアクチュエータ１０は、少なくとも２枚の上板バネ６及び下板バネ７と、レンズ１と、レンズ１を支持するレンズホルダ２と、レンズホルダ２に取り付けられた円筒状コイル３と、マグネット５と、ヨーク４とを備えている。

したがって、落下による特性変化がなく線形のたわみ特性を発揮し得る上板バネ６及び下板バネ７を備えたレンズアクチュエータ１０を提供することができる。

また、本実施の形態のレンズアクチュエータ１０では、レンズホルダ２におけるレンズ光軸と直交する方向の移動量の最大値は５０μｍであり、かつレンズ光軸方向の移動量の最大値は４００μｍに設定されている。

すなわち、レンズホルダ２におけるレンズ光軸と直交する方向の移動量は、耐落下特性を向上させるためにはできるだけ少なくする必要があるが、現状量産できる最小隙間量５０μｍを考慮して、最大値５０μｍに設定するのが好ましい。また、レンズ光軸方向の移動量は、フォーカシングに最低必要な量とフォーカス方向Ｆの組立公差及び耐落下特性を考慮して最大値４００μｍに設定するのが好ましい。

また、本実施の形態のレンズアクチュエータ１０では、上板バネ６及び下板バネ７は、材質が燐青銅からなると共に、少なくとも１個の円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄが、縦断面において幅１００μｍ、厚み５０〜１００μｍに設定されている。

したがって、バネの機械的特性がよく、安価な燐青銅の上板バネ６及び下板バネ７を用いた場合に、少なくとも１個の円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄが、縦断面において幅１００μｍ、厚み５０〜１００μｍに設定することにより、レンズホルダ２の移動範囲においては、燐青銅の降伏応力を超えることはなく、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄが内周リング部６ｂ及び外周リング部６ａに対して相対的に弾性変位が可能となる。また、耐落下特性を維持しつつ、通常動作時においても所望の特性に設定できる。

また、本実施の形態のレンズアクチュエータ１０では、上板バネ６及び下板バネ７は、材質がチタン銅からなると共に、少なくとも一個の円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及び円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃが、縦断面において幅１００〜１８０μｍ、厚み５０〜１７０μｍに設定されている。

したがって、バネの機械的特性がよく、安価なチタン銅の板バネを用いた場合に、少なくとも１個の円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄが、縦断面において幅１００〜１８０μｍ、厚み５０〜１７０μｍに設定することにより、レンズホルダ２の移動範囲においては、チタン銅の降伏応力を超えることはなく、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及び上板バネ６及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄが内周リング部６ｂ及び外周リング部６ａに対して相対的に弾性変位が可能となる。また、耐落下特性を維持しつつ、通常動作時においても所望の特性に設定できる。

また、本実施の形態のレンズアクチュエータ１０では、上板バネ６及び下板バネ７は、材質がベリリウム銅からなると共に、少なくとも一個の円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄが、縦断面において幅１００〜２００μｍ、厚み５０〜１８０μｍに設定されている。

したがって、バネの機械的特性がよく、安価なベリリウム銅の上板バネ６及び下板バネ７を用いた場合に、少なくとも１個の円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄが、縦断面において幅１００〜２００μｍ、厚み５０〜１８０μｍに設定することにより、レンズホルダ２の移動範囲においては、ベリリウム銅の降伏応力を超えることはなく、円弧状アーム部６ｃ・６ｃ・６ｃ及びアーム内周支持部６ｄ・６ｄ・６ｄが内周リング部６ｂ及び外周リング部６ａに対して相対的に弾性変位が可能となる。また、耐落下特性を維持しつつ、通常動作時においても所望の特性に設定できる。

本発明の板バネは、レンズアクチュエータに限ることなく、携帯電話等に使用されるリンガー着信音響発生装置やページャー振動発生装置といった振動系の小型機器の落下特性の向上を目的とする等、線形性と強度に優れた弾性部材として広く利用することができる。

（ａ）（ｂ）は、本発明における上板バネ及び下板バネの実施の一形態を示す斜視図である。 （ａ）は上板バネ及び下板バネを備えたレンズアクチュエータの構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、上記レンズアクチュエータの構成を、上記上板バネ及び下板バネを省略しかつ一部を破断して示す斜視図である。 上記レンズアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。 （ａ）は円筒状コイルに電流が印加されていないときのレンズアクチュエータを示す断面図であり、（ｂ）は円筒状コイルに電流が印加されているときのレンズアクチュエータを示す断面図である。 従来のレンズアクチュエータの構成を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）は、従来の板バネの構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ レンズ
２ レンズホルダ
３ 円筒状コイル（コイル）
４ ヨーク
５ マグネット
６ 上板バネ（板バネ）
６ａ 外周リング部（外周板）
６ｂ 内周リング部（内周板）
６ｃ 円弧状アーム部（アーム部）
６ｄ アーム内周支持部（アーム支持部）
６ｅ アーム外周支持部
６ｆ ランド部（不要振動除去部、アーム拡張部）
６ｇ 領域
７ 下板バネ（板バネ）
８ａ 上スペーサ
８ｂ 下スペーサ
９ ＣＣＤユニット
１０ レンズアクチュエータ
Ｆ フォーカス方向（板面の法線方向）

Claims (7)

1. 内周板と、上記内周板と離間して設けられた外周板と、上記内周板から外周板まで延びる少なくとも一個のアーム部とが形成され、かつ上記内周板と外周板とは上記アーム部によって弾性的に板面の法線方向に伸縮する板バネにおいて、
   上記アーム部は、円弧状に上記内周板から外周板まで延びると共に、
   上記内周板又は外周板の少なくとも一方に、上記アーム部を支持し、かつ上記板面の法線方向と直交する方向の外力に対して弾性変形して該アーム部を該外力の方向に撓ませるアーム支持部が外周板又は内周板に向けて突出して設けられ、かつ該アーム支持部は、アーム部を支持する屈曲部を有しており、
   前記アーム支持部には、前記アーム部の前記外力の方向への不要振動を除去する不要振動除去部が設けられていると共に、
   上記不要振動除去部は、上記アーム支持部の屈曲部から上記内周板又は外周板に近接するように延びるアーム拡張部からなっていることを特徴とする板バネ。
2. 前記アーム拡張部及びアーム支持部は、該アーム拡張部からアーム支持部に連なる粘弾性物質を有していることを特徴とする請求項１記載の板バネ。
3. 前記請求項１又は２記載の少なくとも２枚の板バネと、レンズと、レンズを支持するレンズホルダと、レンズホルダに取り付けられたコイルと、マグネットと、ヨークとを備えていることを特徴とするレンズアクチュエータ。
4. 前記レンズホルダにおけるレンズ光軸と直交する方向の移動量の最大値は５０μｍであり、かつレンズ光軸方向の移動量の最大値は４００μｍに設定されていることを特徴とする請求項３記載のレンズアクチュエータ。
5. 前記板バネは、材質が燐青銅からなると共に、少なくとも一個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００μｍ、厚み５０〜１００μｍに設定されていることを特徴とする請求項３又は４記載のレンズアクチュエータ。
6. 前記板バネは、材質がチタン銅からなると共に、少なくとも一個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００〜１８０μｍ、厚み５０〜１７０μｍに設定されていることを特徴とする請求項３又は４記載のレンズアクチュエータ。
7. 前記板バネは、材質がベリリウム銅からなると共に、少なくとも一個のアーム部及びアーム支持部が、縦断面において幅１００〜２００μｍ、厚み５０〜１８０μｍに設定されていることを特徴とする請求項３又は４記載のレンズアクチュエータ。

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