JP4599079B2

JP4599079B2 - アクチュエータユニット

Info

Publication number: JP4599079B2
Application number: JP2004108397A
Authority: JP
Inventors: 宇明板橋; 信一平野; 達志鈴木; 隆之松井
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005292514A

Description

本発明は、移動可能に支持した可動体をモータ駆動により機械的に動かすアクチュエータユニットに関するもので、より具体的には、携帯電話機に搭載する超小型カメラなどに適用するようにしたものにおける可動体の組み付け構成の改良に関する。

移動可能に支持した可動体をモータ駆動により機械的に動かすアクチュエータユニットは、例えば特許文献１，２，３に見られるようなものが知られている。つまり基本的には、駆動源となるステッピングモータを支持体に固定し、当該ステッピングモータの出力軸に設けたリードスクリューにナット板を噛み合わせるとともに、そのナット板は可動体に連係して、モータの出力軸の回転動作に伴ってナット板を送り移動する構成になっている。

上記各特許文献に開示された機構は、可動体はレンズ枠体であって、レンズを装着したレンズ枠体を光軸方向に動かすような光学系のためのアクチュエータユニットになっている。近年は、超小型カメラを組み込んだ携帯電話機の普及が進んでいることもあり、係るレンズ駆動ユニットの開発要求が高まっている。

リードスクリューに噛み合わせるナット板は、可動体に一体に固着するのではなく、可動体の所定部位に当てがうとともに、バネ部材を配置して抑えることにより一体に組み付ける構成を採ることが多い。これは、組み立て誤差を吸収し、過大な外力が作用した際に各部が損傷することを防止する等のためであり、リードスクリューとナット板の噛み合い関係の動作抵抗を低減化でき、バネ部材の連係を工夫することでバックラッシュの補償が行えるメリットもある。
特許２７２１４７０号公報特開２００３−２９５０３０号公報特開２００２−２９６４８０号公報

携帯電話機等のポータブル機器は、持ち運んで使用するものであるため、ぶつけたり落とす等での衝撃耐性が高いことが求められる。具体的には衝撃耐性に関して落下衝撃試験を行っており、試験規定はＪＩＳＣ００４４等にあるが、高品質化のため試験条件を厳しく設定するメーカもある。例えば、試験製品を１．８ｍの高さから床面に落下させこととし、その試験製品の全面（６面）を、それぞれ５回落下させて合計３０回の衝撃を与えて損傷がないことをチェックしている。

ところが、上記した特許文献などに示されたような従来のアクチュエータユニットにあっては、衝撃を加えた際に可動体が瞬間的にズレ動くため、各部に衝突して損傷することがあり、衝撃に対する耐性が低いという問題がある。

また、構造面から見ては、可動体に対してナット板をバネ部材により抑えることで一体化する構造であることから、衝撃を加えた際に瞬間的にズレ動いた可動体は、衝撃の解除に伴いバネ部材の抑え力が働くので、可動体は元の位置に戻ることになる。しかし、落下衝撃試験を行ってみると、衝撃を繰り返して加えているうちに各部の取り合い関係が狂ってしまい、元の状態に戻らない等の動作異常を起こすことがあり、改善策が求められている。

この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、ぶつけたり落とす等での衝撃に対して耐性が高く、シンプルな構造，構成で小型化に有利であり、信頼性が高く超小型カメラなどの光学装置に適用するのに適したアクチュエータユニットを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係るアクチュエータユニットは、駆動源となるステッピングモータを支持体に固定し、当該ステッピングモータの出力軸に設けたリードスクリューにナット板を噛み合わせるとともに、前記ナット板は可動体に連係し、前記出力軸の回転動作に伴って前記ナット板を送り移動するアクチュエータユニットであって、前記可動体は略筒状の本体の下部を細径にした細径部分を有し、その細径部分と本体の外周との境の環状の段差面が接触面となり、当該本体から張り出す連係部の上に前記ナット板を載せるとともに、バネ部材を配置して抑えることにより前記連係部に対して前記ナット板を一体に組み付け、前記支持体から延びるガイドピンが前記連係部を貫いて前記ナット板と連係する配置とし、前記接触面に対応する受け面を前記支持体の底部に設けて、前記ガイドピンのガイドにおいて前記接触面が前記受け面に接触する位置が下限になるとともに、前記下限の位置では、前記細径部分は前記支持体の底部に設けた貫通孔と嵌め合う設定とした。

また、前記ナット板は、落下等の衝撃により前記可動体が瞬間的にズレ動くような際であっても、前記ガイドピンとの連係が外れない連係手段を備えるとよい。また、前記ナット板は前記リードスクリューと噛み合うネジ条孔と前記ガイドピンが通る長孔を有し、前記ガイドピンと前記出力軸とは平行に位置し、そして前記ガイドピンと前記出力軸とを含む仮想面に対して、前記可動体の重心が接近しているか、あるいは含まれる設定とし、前記長孔の長手を前記仮想面に沿う向きにすると良い。

係る構成にすることにより本発明では、ガイドピンのガイドにおいて可動体の接触面が支持体の受け面に接触し、この位置が下限になる設定であり、そして可動体の接触面は略筒状の本体の下部に同芯に設けるので、その中心は重心と概ね一致し、可動体の重心と略同芯になる領域と言える。

したがって、落下等による衝撃を加えた際に可動体が瞬間的にズレ動き、可動体の重心と略同芯の領域である接触面が支持体の受け面に打ち当たるが、これは当該受け面に対して傾きなく全域で接触することになる。そして、可動体の重心と略同芯の広い領域が打ち当たるので、衝撃をスムーズに広く分散させることができる。また、駆動機構は、回転する出力軸に設けたリードスクリューにナット板を噛み合わせる構成のなのでシンプルである。

また、ナット板にはガイドピンが通る長孔を設けるので、落下等の衝撃により可動体が瞬間的にズレ動くような際であっても、ナット板はガイドピンから外れることがない。そして、ガイドピンが通る長孔は、その長手をガイドピンと出力軸とを含む仮装面に沿う向きにするので、駆動源の組み付け誤差等により出力軸に回転のブレがあっても、ナット板のネジ条孔での回転ブレは長孔ではガイドピンを中心とする横ブレになり、ナット板を載せた可動体側には伝わらない。

本発明に係るアクチュエータユニットでは、落下等による衝撃を加えた際に、可動体の重心と略同芯の広い領域（接触面）が支持体の受け面に打ち当たるので、衝撃を素直に広く分散させることができる。このため、落下等の衝撃に対する耐性を高くすることができる。ここで、前述とは異なる方向の衝撃に関して、例えば反対方向の衝撃は、回転する出力軸に設けたリードスクリューにナット板が噛み合っており、同時にガイドピンが通る長孔を設けている。この場合、可動体とナット板が接触する面で衝撃を受け止めることになるが、可動体の支点となるガイドピンの部分もその面に含まれるので、衝撃による可動体のモーメント荷重を素直に受け止めることかできる。このため、この場合であっても落下等の衝撃に対する耐性を高くすることができる。

そして、駆動機構は、回転する出力軸に設けたリードスクリューにナット板を噛み合わせる構成のなのでシンプルであり、このため小型化に有利である。また、ナット板にはガイドピンが通る長孔を設けるので、落下等の衝撃により可動体が瞬間的にズレ動くような際であっても、ナット板はガイドピンから外れることがなく、信頼性が高い。その結果、超小型カメラなどの光学装置に好ましく適用することができる。

図１は本発明の好適な一実施の形態を示している。このアクチュエータユニットは、ステッピングモータを駆動源とし、その出力軸に設けたリードスクリューにナット板を噛み合わせて、当該出力軸の回転動作を直接的に直線動作に変換する構成を採る。そして、略矩形で箱状の支持体１の底側に、立ち上げを無くした辺を含む約１／３の領域で駆動源（ステッピングモータ）を組み付ける部分となる駆動部１１と、残りの領域で後述するレンズ枠体３０を移動可能に装着する部分となるレンズ部１２を形成している。レンズ部１２には、その中央に大径の貫通孔１３を形成するとともに、一方の隅にガイドレール１４を形成している。この貫通孔１３の中心が光軸Ｌになり、図示は省略するがこの貫通孔１３の背側の所定位置にＣＣＤ等の撮像素子を配置する。

ガイドレール１４はレンズ部１２の一方の隅から張り出し、光軸Ｌに沿う向きに形成している。そして、レンズ枠体３０の対応部位（溝部３１）に嵌め合い、光軸（Ｌ）方向にガイドする回り止めになっている。レンズ部１２と駆動部１１との間にはガイドピン５を光軸Ｌに沿って延ばして設けている。このガイドピン５は、後述する駆動源の回転中心（出力軸２０）と光軸Ｌとを含む仮想面に位置し、これらの三者はねじれがない平行な位置関係となる設定になっている。

駆動部１１には、２つのコイルをロータの両側に配置する構成のステッピングモータを組み付けてあり、立ち上げ縁を無くした辺側から見て中央にロータを配置し、それの出力軸２０が光軸Ｌと平行に突き出している。つまり、出力軸２０は多極に着磁した永久磁石からなるロータを有し、その両側にはコイルをそれぞれ配置して、帯形状の前後のブラケット２１，２２を上下両側から挟み合わせに組み付ける構成である。そして、前後のブラケット２１，２２は、ヨーク板を備えている。このヨーク板は中央の開口縁に櫛歯状の極歯の並び列を有し、前後のブラケット２１，２２を組み付けることでロータの外周でそれら極歯が噛み合って磁極（誘導子）をなすクローポール式になっており、２つのコイルがロータ軸の両側に対象に張り出る扁平形状のステッピングモータとなる。そして、出力軸２０には先端部分にねじ山を切ってリードスクリュー３を形成している。

レンズ枠体３０は、本体側を略筒状に形成している。そして、その本体の外周に、回り止めのための溝部３１と、駆動部１１に連係させる連係部３２とを張り出させて形成し、本体中央の貫通孔３３にレンズ２を装着している。また、略筒状の本体側の下部は光軸Ｌを中心に細径に形成し、外周との境を環状の段差面３４に形成している。

つまり、支持体１のガイドレール１４に対向する位置に、それと嵌め合う形状の溝部３１を形成し、連係部３２には凹部３５を形成してあり当該凹部３５内にナット板４を嵌め込む構成をとる。さらに、凹部３５には、ガイドピン５に対向する位置と出力軸２０に対向する位置とに、貫通孔部３６，３７をそれぞれ対応させて設ける。また、出力軸２０に貫通孔部３７を嵌め合わせ、ガイドピン５には貫通孔部３６を嵌め合わせるとともに、ガイドレール１４に対して溝部３１を嵌め合わせることにより当該レンズ枠体３０を光軸方向に移動可能に装着している。なお、貫通孔部３７の内径は、出力軸２０のリードスクリュー３の外径よりも大きく形成してあり、両者の嵌め合いは互いに干渉しない設定になっている。

凹部３５内に配置するナット板４は、凹部３５に対応した長板形状に形成してある。そして、そのナット板４には、ガイドピン５が嵌め合う長孔４５と、出力軸２０のリードスクリュー３が噛み合うネジ条孔４３とを、それぞれ対応する位置に設けている。凹部３５に装着した状態のナット板４には、その上面つまり図２に示す蓋板１０との間に上バネ部材６を配置して抑えるとともに、裏側についても、連係部３２と前ブラケット２１との間に下バネ部材７を配置して抑えている。これにより、ナット板４は、図２に示すように、レンズ枠体３０に一体に組み付いている。

したがって、このナット板４は、ステッピングモータの出力軸２０に設けたリードスクリュー３と噛み合い、出力軸２０の正逆回転に伴ってナット板４つまりレンズ枠体３０がガイド方向に移動する。そして、支持体１側の撮像素子に対しては光軸Ｌに整列したレンズ２の位置関係に応じて結像ポイント（焦点）が変化し、フォーカス動作が行える。

この場合、光軸Ｌに対して出力軸２０が平行であるため、リードスクリュー３と噛み合うナット板４の直線動作はそのまま直ちに光軸（Ｌ）方向での直線動作になり、回転動作から直線動作への変換が直接的な一段の変換動作になるので効率がよい。したがって、駆動源を低出力のもので構成でき、小型化の面で有利である。

長孔４５は、長手をガイドピン５と出力軸２０とを含む仮装面に沿う向きとする。そして、長孔４５の長手サイズは出力軸２０の回転ブレを見込んだ所定長さに設定し、長孔４５の短手サイズはガイドピン５の外径に所定の隙間値を加えた寸法に設定している。

このように、ナット板４の長孔４５は長手をガイドピン５と出力軸２０とを含む仮装面に沿う向きにするので、ステッピングモータの組み付け誤差等により出力軸２０に回転のブレがあっても、ナット板４のネジ条孔４３での回転ブレは長孔４５ではガイドピン５を中心とする横ブレになり、ナット板４を載せた連係部３２側には伝わらない。すなわち、ステッピングモータの組み付け誤差を許容でき、回転ブレがレンズ枠体３０側に伝達することを防止できる。また、長孔４５の短手サイズ側の隙間値は、例えば０．０５ｍｍ程度に設定するので、出力軸２０の回転動作に伴うナット板４の回転遊びを制限でき、その結果、レンズ枠体３０の移動を高い精度で行えることになる。

ところで、レンズ枠体３０の移動はガイドピン５，ガイドレール１４により光軸（Ｌ）方向にガイドしているが、撮像素子から離れる向きは筒状の本体側の天面が蓋板１０の裏面に接触するところが限界（上限）であり、撮像素子に近づく向きは前述した段差面３４が貫通孔１３の周縁面８に接触するところが限界（下限）になっている。つまり、レンズ枠体３０では段差面３４に連なる細径部分は支持体１の貫通孔１３よりも小径に形成してあり、撮像素子に近づく向きでは当該細径部分が貫通孔１３に嵌め合い、段差面３４が周縁面８に接触する設定になっている。

したがって、落下等による衝撃が作用することで、その衝撃を加えた際に、レンズ枠体３０は図３（ａ）に示す通常の可動範囲に位置する状態から瞬間的にズレ動き、図３（ｂ）に示すように、接触面３４が支持体１の受け面８に打ち当たり、接触面３４は重心と略同芯の領域であることから、これは当該受け面８に対して傾きなく全域で接触することになる。そして、レンズ枠体３０の重心と略同芯の広い領域が打ち当たるので、衝撃をスムーズに広く分散させることができる。このため、落下等の衝撃に対する耐性を高くすることができる。

この場合、駆動機構は、回転する出力軸２０に設けたリードスクリュー３にナット板４を噛み合わせた構成なのでシンプルであり、小型化に有利である。また、ナット板４は、ガイドピン５との連係が切り欠き等ではなく、長孔４５に嵌め合わせる連係なので、落下等の衝撃によりレンズ枠体３０が瞬間的にズレ動くような際であっても、ナット板４はガイドピン５から外れることがない。そして、衝撃の解除に伴いレンズ枠体３０が元の位置に戻り、このため、各部の取り合い関係をそのまま保持でき、信頼性が高い。その結果、超小型カメラなどの光学装置に好ましく適用することができる。

なお、試作品を製作して落下衝撃試験を行ったところ、衝撃耐性が充分に高く得られることを確認した。これは、本発明に係るアクチュエータユニットを適用した携帯機器を試作し、その試作品に対して落下衝撃試験を行ったもので、試作した携帯機器は重量が１５０ｇであり、これを１．８ｍから落下させた。その結果、試作品は各部に損傷がなく、正常に動作することを確認した。

本発明に係るアクチュエータユニットの好適な一実施の形態を分離して示す斜視図である。アクチュエータユニットの一部を切断して示す斜視図である。落下等による衝撃が加わった際の動きを説明する断面図である。

符号の説明

１支持体
２レンズ
３リードスクリュー
４ナット板
５ガイドピン
６上バネ部材
７下バネ部材
８周縁面
１０蓋板
１１駆動部
１２レンズ部
１３，３３貫通孔
１４ガイドレール
２０出力軸
２１前ブラケット
２２後ブラケット
３０レンズ枠体（可動体）
３１溝部
３２連係部
３４段差面
３５凹部
３６，３７貫通孔部
４３ネジ条孔
４５長孔
Ｌ光軸

Claims

駆動源となるステッピングモータを支持体に固定し、当該ステッピングモータの出力軸に設けたリードスクリューにナット板を噛み合わせるとともに、前記ナット板は可動体に連係し、前記出力軸の回転動作に伴って前記ナット板を送り移動するアクチュエータユニットであって、
前記可動体は、略筒状の本体の下部を細径にした細径部分を有し、その細径部分と本体の外周との境の環状の段差面が接触面となり、
当該本体から張り出す連係部の上に前記ナット板を載せるとともに、バネ部材を配置して抑えることにより前記連係部に対して前記ナット板を一体に組み付け、前記支持体から延びるガイドピンが前記連係部を貫いて前記ナット板と連係する配置とし、前記接触面に対応する受け面を前記支持体の底部に設けて、前記ガイドピンのガイドにおいて前記接触面が前記受け面に接触する位置が下限になるとともに、前記下限の位置では、前記細径部分は前記支持体の底部に設けた貫通孔と嵌め合う設定とすることを特徴とするアクチュエータユニット。
前記ナット板は、落下等の衝撃により前記可動体が瞬間的にズレ動くような際であっても、前記ガイドピンとの連係が外れない連係手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータユニット。
前記ナット板は、前記リードスクリューと噛み合うネジ条孔と前記ガイドピンが通る長孔を有し、
前記ガイドピンと前記出力軸とは平行に位置し、前記ガイドピンと前記出力軸とを含む仮想面に対して、前記長孔の長手を前記仮想面に沿う向きにすることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータユニット。