JP4613481B2 - 切り換え機構および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、所定の軌道に沿って移動可能に取り付けられる移動部材の固定位置を切り換えるための切り換え機構およびこの切り換え機構を用いた電子機器に関する。

近年、撮像装置を備えた電子機器、例えばノート型コンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯電話が多く開発されてきており、その撮像装置の性能向上とともに小型化も必須の要件となってきている。特に、小型の撮像装置を電子機器に組み込む場合、光学部品を小型化するとレンズ収差等による性能劣化が起きやすいため、レンズ自体の小型化には限界がある。したがって、光学部品を保持する部材や駆動機構の簡素化が重要なポイントとなる。

従来、撮像装置における光学部品、例えばフィルタやレンズの位置を切り換える機構としては、移動対象となる部材にアームを取り付けてこのアームを手動によって移動させるものや（例えば、特許文献１参照。）、モータを動力として移動させるものが考えられている。

特開２００３−７５８９６号公報

しかしながら、このような切り換え機構として移動部材に取り付けられたアームを手動で駆動するためには電子機器の筐体に部材（アームや保持枠）を設ける必要があり、筐体に突起が現れてしまうことで小型化の妨げとなったり、外観を損なうという問題が生じる。また、モータを用いて筐体内部で駆動できる構成ではモータを収納するためのスペースが必要となるとともに重量の増加を招いてしまうことになる。

このようなモータを駆動源とした場合の問題点を解消するため、本願発明者らは特願２００３−１３５５１５において、通電型形状記憶合金を駆動源として用いた切り換え機構および電子機器を提案している。この技術によって切り換え機構全体の小型化、軽量化を図ることができるようになっている。しかし、駆動源となる通電型形状記憶合金における引き回しの最適化は成されておらず、更なる駆動信頼性の向上が求められている。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、所定の軌道に沿って移動可能な移動部材と、移動部材の回転移動の支点の他方端に取り付けられた第１のマグネットと、マグネットの移動軌跡の外側であって、第１および第２の固定位置にそれぞれ取り付けられたマグネットと逆の極性の第２および第３の位置固定用のマグネットと、移動部材の経由部を介して取り付けられ、各々への通電によって互いに逆方向へ収縮して移動部材の位置を切り換えるための２つの収縮手段とを備える切り換え機構において、２つの収縮手段の各々における引き回しとして、一端から移動部材の経由部を介して他端に至るまでの平面視形状が略多角形となっており、平面視形状を略多角形にするため、移動部材に複数の経由部が設けられ、これらの経由部を介して収縮手段が引き回されているものである。

このような収縮手段の引き回しにより、移動部材の経由部における収縮手段の出入りの角度（経由部を頂点とした収縮手段の成す角度）を大きくすることができ、経由部を境として往復する収縮手段の接触を回避できるようになる。

本発明によれば、次のような効果がる。すなわち、収縮手段に対する電気的な操作で回転駆動機構の切り換え動作を実現でき、モータを駆動源として用いなくてよいことから小型化を図ることが可能となる。また、収縮手段の引き回しにおける最適化により信頼性の高い切り換え動作を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、第１実施形態に係る切り換え機構を説明する模式平面図である。すなわち、この切り換え機構１は、所定の軌道に沿って移動可能な移動部材２と、移動部材２の経由部である貫通孔２１を介して取り付けられ、各々への通電によって互いに逆方向へ収縮して移動部材２の位置を切り換えるための２つの形状記憶合金（収縮手段）３ａ、３ｂとを備えるものである。

移動部材２はピンＰを支点として回転移動できるようになっており、ピンＰに対して一方端に形状記憶合金３ａ、３ｂを経由するための貫通孔２１が設けられ、他方端にマグネットＭ１が設けられている。このピンＰはベース部材Ｂに取り付けられており、ベース部材Ｂの枠内でアーム状の移動部材２が図中左右方向へ回転移動できるようになっている。

移動部材２の他端側に設けられたマグネットＭ１の移動軌跡の外側には、位置固定用のマグネットＭ２が設けられている。マグネットＭ２はマグネットＭ１と逆の極性になっており、図１に示す例では移動部材２の切り換え位置に対応して２つ設けられている。

なお、２つのマグネットＭ２の間には必要に応じてマグネットＭ３が設けられている。このマグネットＭ３は、移動部材２の移動軌跡における中間位置に対応して設けられ、マグネットＭ１と同じ極性となっている。これにより、移動部材２の中立位置での停止を回避できるようになっている。

２つの形状記憶合金３ａ、３ｂの引き回しとしては、一端から移動部材２の貫通孔２１を介して他端に至るまでの平面視形状が略多角形となるように設定されている。この引き回しを実現するため、プーリー４ａ、４ｂがベース部材Ｂに設けられ、このプーリー４ａ、４ｂを介して形状記憶合金３ａ、３ｂが引き回されている。

例えば、図中左側の形状記憶合金３ａは、一端から移動部材２の貫通孔２１に通り、プーリー４ａを介して他端まで引き回される。同様に、図中右側の形状記憶合金３ｂも、一端から移動部材２の貫通孔２１に通り、プーリー４ｂを介して他端まで引き回される。なお、このプーリー４ａ、４ｂはテンションピンとして形状記憶合金３ａ、３ｂの張り具合を調整できるよう移動可能に取り付けられていてもよい。

このようなプーリー４ａ、４ｂを介しての引き回しによって、形状記憶合金３ａ、３ｂの引き回しにおける平面視形状が略三角形となり、略三角形の各頂点に対応する部分での形状記憶合金３ａ、３ｂの折り返しで、往復する形状記憶合金３ａ、３ｂの接触を確実に回避できるようになる。

２つの形状記憶合金３ａ、３ｂの一端、他端はそれぞれ電極Ａ、Ｂに接続されており、この電極Ａ、Ｂに通電することで形状記憶合金３ａ、３ｂの収縮を行う。例えば、形状記憶合金３ａの電極Ａ、Ｂに通電すると形状記憶合金３ａが所定量縮み、移動部材２の一端側が図中左方向へ引き寄せられる。これによりピンＰを介して移動部材２の他端側が図中右方向へ回転する状態となる。そして、この回転によりマグネットＭ１が図中右側のマグネットＭ２に引き寄せられ、この磁力で位置固定される。

また、形状記憶合金３ａの電極Ａ、Ｂへの通電を止めると縮んでいた形状記憶合金３ａが元に戻る。そしてこの状態で形状記憶合金３ｂの電極Ａ、Ｂへ通電すると形状記憶合金３ｂが所定量縮み、移動部材２の一端側が図中右方向へ引き寄せられる。これによりピンＰを介して移動部材２の他端側が図中左方向へ回転する状態となる。そして、この回転によりマグネットＭ１が図中左側のマグネットＭ２に引き寄せられ、この磁力で位置固定される。

このように、形状記憶合金３ａ、３ｂへ交互に通電することにより互いに逆方向へ移動部材２を回転させることができ、固定位置を切り換えることが可能となる。また、この切り換え動作において、形状記憶合金３ａ、３ｂの引き回しが、先に説明したように平面視略三角形になっていることで、折り返し部分での形状記憶合金３ａ、３ｂの接触を回避することができ、信頼性の高い切り換え動作を実現できるようになる。

図２は、第２実施形態を説明する模式平面図である。第２実施形態に係る切り換え機構１は、所定の軌道に沿って移動可能な移動部材２、移動部材２の経由部である貫通孔２１を介して取り付けられる２つの形状記憶合金（収縮手段）３ａ、３ｂ、移動部材２の他端側に設けられるマグネットＭ１、移動部材２の回転中心となるピンＰ、ピンＰを固定するベース部材Ｂを備える点で第１実施形態と同様であるが、２つの形状記憶合金３ａ、３ｂの引き回しとして、一端から移動部材２の貫通孔２１を介して他端に至るまでの平面視形状が略四角形となるように設定されている点で相違する。

例えば、形状記憶合金３ａは、一端から移動部材２の貫通孔２１に通り、プーリー４１ａおよび４２ａを介して他端まで引き回される。同様に、形状記憶合金３ｂも、一端から移動部材２の貫通孔２１に通り、プーリー４１ｂ、４２ｂを介して他端まで引き回される。なお、このプーリー４１ａ、４２ａ、４１ｂ、４２ｂはテンションピンとして形状記憶合金３ａ、３ｂの張り具合を調整できるよう移動可能に取り付けられていてもよい。

このようなプーリー４ａ、４ｂを介しての引き回しによって、形状記憶合金３ａ、３ｂの引き回しにおける平面視形状が略四角形となり、第１実施形態における略三角形の場合より各頂点に対応する形状記憶合金３ａ、３ｂの成す角度を大きくでき、形状記憶合金３ａ、３ｂの折り返しで往復する形状記憶合金３ａ、３ｂの接触を更に確実に回避できるようになる。また、第１実施形態に比べて形状記憶合金３ａ、３ｂの引き回し長さを長くでき、より多くの収縮を得ることが可能となる。

図３は、第３実施形態を説明する模式平面図である。第３実施形態に係る切り換え機構１は、所定の軌道に沿って移動可能な移動部材２、移動部材２に取り付けられる２つの形状記憶合金（収縮手段）３ａ、３ｂ、移動部材２の他端側に設けられるマグネットＭ１、移動部材２の回転中心となるピンＰ、ピンＰを固定するベース部材Ｂを備える点で第１実施形態と同様であるが、２つの形状記憶合金３ａ、３ｂの移動部材２での経由部が各々２つの貫通孔２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂによって構成されている点で相違する。

つまり、形状記憶合金３ａは、一端から移動部材２の一つ目の貫通孔２１ａを通り、隣接する二つ目の貫通孔２２ａを通ってプーリー４ａから他端まで引き回される。また、形状記憶合金３ｂは、一端から移動部材２の一つ目の貫通孔２１ｂを通り、隣接する二つ目の貫通孔２２ｂを通ってプーリー４ａから他端まで引き回される。なお、プーリー４ａ、４ｂはテンションピンとして形状記憶合金３ａ、３ｂの張り具合を調整できるよう移動可能に取り付けられていてもよい。

このように、移動部材２に設けられた各々２つの貫通孔２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂを介して各形状記憶合金３ａ、３ｂが引き回されることで、その引き回しにおける平面視形状が略四角形となり、第１実施形態における略三角形の場合より各頂点に対応する形状記憶合金３ａ、３ｂの成す角度を大きくでき、形状記憶合金３ａ、３ｂの折り返しで往復する形状記憶合金３ａ、３ｂの接触を更に確実に回避できるようになる。

特に、第３実施形態では、プーリーを追加することなく、移動部材２に貫通孔を各々２つ設けるだけで形状記憶合金３ａ、３ｂの引き回しにおける平面視形状を略四角形にできるため、構造の簡素化およびコストダウンを図ることが可能となる。

図４は、第４実施形態を説明する模式平面図である。第４実施形態に係る切り換え機構１は、所定の軌道に沿って移動可能な移動部材２、移動部材２に取り付けられる２つの形状記憶合金（収縮手段）３ａ、３ｂ、移動部材２の他端側に設けられるマグネットＭ１、移動部材２の回転中心となるピンＰ、ピンＰを固定するベース部材Ｂを備える点で第１実施形態と同様であるが、２つの形状記憶合金３ａ、３ｂの移動部材２での経由部が各々２つのピン５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂによって構成されている点で相違する。

つまり、形状記憶合金３ａは、一端から移動部材２の一つ目のピン５１ａにかかり、隣接する二つ目のピン５２ａを介してプーリー４ａから他端まで引き回される。また、形状記憶合金３ｂは、一端から移動部材２の一つ目のピン５１ｂにかかり、隣接する二つ目のピン５２ｂを介してプーリー４ａから他端まで引き回される。なお、プーリー４ａ、４ｂはテンションピンとして形状記憶合金３ａ、３ｂの張り具合を調整できるよう移動可能に取り付けられていてもよい。

このように、移動部材２に設けられた各々２つのピン５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂを介して各形状記憶合金３ａ、３ｂが引き回されることで、その引き回しにおける平面視形状が略四角形となり、第１実施形態における略三角形の場合より各頂点に対応する形状記憶合金３ａ、３ｂの成す角度を大きくでき、形状記憶合金３ａ、３ｂの折り返しで往復する形状記憶合金３ａ、３ｂの接触を更に確実に回避できるようになる。

ここで、ピン５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂとしては、図５に示すような態様が考えられる。なお、ここではピン５１ａを例として説明するが、他のピン５２ａ、５１ｂ、５２ｂであっても同様である。

すなわち、図５（ａ）に示すピン５１ａの態様は、移動部材２に垂設される軸Ｊと、この軸Ｊの上端に取り付けられる傘部５５とから構成されるもので、軸Ｊに形状記憶合金３ａがかけられ、傘部５５によって形状記憶合金３ａの外れを防止している。

また、図５（ｂ）に示すピン５１ａの態様は、移動部材２に垂設される軸Ｊと、この軸Ｊを中心として回転自在に取り付けられるプーリー５６と、軸Ｊの上端に取り付けられる傘部５５とから構成されるものである。このピン５１ａでは、プーリー５６に形状記憶合金３ａをかけることで、形状記憶合金３ａの収縮／復元の動作時でも低摩擦化を図ることが可能となる。

また、図６はベース部材に取り付けられるプーリー（４ａ、４ｂ、４１ａ、４２ａ、４１ｂ、４２ｂ）の他の例を説明する模式図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図（透視図）である。このプーリーは、形状記憶合金３ａ、３ｂのかかる部分（接触部分）に凹凸が設けられたものである。接触部分にこのような凹凸が設けられていることで形状記憶合金３ａ、３ｂに対して点接触させることができ、摩擦のロスを低減できるようになる。

次に、本実施形態に係る切り換え機構の実施例を説明する。図７、図８は携帯電話機への適用例を説明する模式図で、図７は開いた状態、図８は閉じた状態を示している。

先に説明した本実施形態の切り換え機構１は、携帯電話機１０における撮像装置のレンズ駆動機構、特にレンズＬの位置を光軸上に配置するか否かを切り換えることで行われる通常撮影モードとマクロ撮影モードとの切り換えを行う機構に適用されている。

すなわち、本実施形態の切り換え機構１は、携帯電話機１０における筐体１１内部のレンズＬの周辺に組み込まれており、切り換え機構１の移動部材２にレンズＬが取り付けられている。したがって、移動部材２の回転移動によってレンズＬの挿入、非挿入を切り換えることができるようになっている。

携帯電話機１０の撮像装置を用いるには、所定のキー操作でカメラ撮影モードに設定した後、画面Ｇに映し出される映像を参照して所望のタイミングでシャッターボタンに対応したキーを押下する。これにより撮像装置で取り込んだ画像を取得することができる。

このような携帯電話機１０における画像取り込みにおいて、撮影モードで画面Ｇに映像が写し出されている際、例えば矢印キーＫの上を選択するとデジタルズーム機能等の望遠動作が働き、キー押下の回数に従って映像を順次大きくして取り込むことができるようになる。

一方、例えば矢印キーＫの下を選択するとデジタルズーム機能等の広角動作が働き、先とは反対に、キー押下の回数に従って映像を順次広角で取り込むことができるようになる。

また、本実施形態では、最も広角となるキー押下より更に１回多くキーを押下するとマクロ撮影モードに切り換わるようになっている（なお、他のキー押下でマクロ撮影モードへの切り換えを行ってもよい。）。このキー押下がなされると、先に説明した切り換え機構１の電極（例えば、形状記憶合金３ａに接続された電極Ａ、Ｂ）に電圧が印加され、移動部材２が回転して第１の回転位置もしくは第２の回転位置に固定される状態となる。この移動部材２の回転および位置固定によってレンズＬがマクロ撮影モードに対応した位置へ移動し、そこで固定される。

一方、反対のキー押下によってマクロ撮影モードから通常撮影モードに切り換わると、先に説明した切り換え機構１の電極（例えば、形状記憶合金３ｂに接続された電極Ａ、Ｂ）に電圧が印加され、移動部材２が先と反対に回転して第２の回転位置もしくは第１の回転位置に固定される。この移動部材２の回転および位置固定によってレンズＬが通常撮影モードに対応した位置に移動し、そこで固定される。

また、本実施形態の携帯電話機１０で、被写体との距離を測定する手段を備えている場合には、測定した距離によって自動的に通常撮影モードからマクロ撮影モードへの切り換え、もしくはマクロ撮影モードから通常撮影モードへの切り換えを行うようにしてもよい。

この場合、被写体との距離が一定値以下になると本実施形態の切り換え機構１の一方の電極Ａ、Ｂに電圧を印加して移動部材２を回転させ、第１の回転位置もしくは第２の回転位置に固定してレンズＬをマクロ撮影モードの位置に設定する。反対に、被写体との距離が一定値を越えると切り換え機構１の他方の電極Ａ、Ｂに電圧を印加して移動部材２を回転させ、第２の回転位置もしくは第１の回転位置に固定してレンズＬを通常撮影モードの位置に設定する。

いずれにおいても本実施形態の携帯電話機１０では、レンズＬのマクロ切り換え機構が筐体１１内部に収まるため、切り換え機構が筐体１１から突出することがなくなり、筐体１１の薄型化やデザイン上の美観を向上できるようになる。また、マクロ−通常の撮影モード切り換えを電気的な操作によって行うことができるため、ユーザは映像を参照しながらキー操作で切り換えることができたり、自動的な切り換えによって切り換え動作を行うことなくマクロおよび通常撮影を実行できるようにもなる。

なお、本実施形態では携帯電話機１０への適用を例としたが、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ノート型コンピュータ、ＰＤＡ等の携帯端末など、撮影機能を備える他の電子機器への適用も可能である。また、形状記憶合金３ａ、３ｂの引き回しにおける平面視形状は、先に説明した略三角形、略四角形以外であっても適用可能である。

第１実施形態に係る切り換え機構を説明する模式平面図である。 第２実施形態を説明する模式平面図である。 第３実施形態を説明する模式平面図である。 第４実施形態を説明する模式平面図である。 ピンの態様を説明する模式図である。 ベース部材に取り付けられるプーリーの他の例を説明する模式図である。 携帯電話機への適用例を説明する模式図（開いた状態）である。 携帯電話機への適用例を説明する模式図（閉じた状態）である。

符号の説明

１…切り換え機構、２…移動部材、３ａ…形状記憶合金、３ｂ…形状記憶合金、４ａ…プーリー、４ｂ…プーリー、２１…貫通孔、Ｍ１…マグネット、Ｍ２…マグネット

Claims (16)

1. 所定の軌道に沿って移動可能な移動部材と、
   前記移動部材の回転移動の支点の他方端に取り付けられた第１のマグネットと、
   前記マグネットの移動軌跡の外側であって、第１および第２の固定位置にそれぞれ取り付けられた前記マグネットと逆の極性の第２および第３の位置固定用のマグネットと、
   前記移動部材の経由部を介して取り付けられ、各々への通電によって互いに逆方向へ収縮して前記移動部材の位置を切り換えるための２つの収縮手段とを備える切り換え機構において、
   前記２つの収縮手段の各々における引き回しは、一端から前記移動部材の経由部を介して他端に至るまでの平面視形状が略多角形となっており、
   前記平面視形状を略多角形にするため、前記移動部材に複数の経由部が設けられ、これらの経由部を介して前記収縮手段が引き回されていることを特徴とする切り換え機構。
2. 前記第２および第３のマグネットの間のほぼ中央位置に前記第１のマグネットと同じ極性の第４のマグネットが取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の切り換え機構。
3. 前記２つの収縮手段の各々における引き回しの平面視形状を略多角形にするため、前記収縮手段の一端から前記移動部材の経由部を介して他端に至るまでの間に、前記経由部を頂点とする前記収縮手段の成す角度を設定するプーリーが設けられていることを特徴とする請求項１記載の切り換え機構。
4. プーリーは、前記収縮手段の張り具合を調整するため移動可能に設けられていることを特徴とする請求項２記載の切り換え機構。
5. 前記経由部は、前記収縮手段を通すことのできる貫通孔から成ることを特徴とする請求項１記載の切り換え機構。
6. 前記経由部は、前記収縮手段をかけることのできるピンから成ることを特徴とする請求項１記載の切り換え機構。
7. プーリーの前記収縮手段がかかる部分には凹凸が設けられていることを特徴とする請求項２記載の切り換え機構。
8. 前記経由部は、前記収縮手段をかけることのできるプーリーを備えていることを特徴とする請求項１記載の切り換え機構。
9. 移動部材の固定位置を切り換えるための切り換え機構を備える電子機器において、
   前記切り換え機構は、
   前記移動部材の回転移動の支点の他方端に取り付けられた第１のマグネットと、
   前記マグネットの移動軌跡の外側であって、第１および第２の固定位置にそれぞれ取り付けられた前記マグネットと逆の極性の第２および第３の位置固定用のマグネットと、
   所定の軌道に沿って移動可能な移動部材と、前記移動部材の経由部を介して取り付けられ、各々への通電によって互いに逆方向へ収縮して前記移動部材の位置を切り換えるための２つの収縮手段とを備えており、
   前記２つの収縮手段の各々における引き回しとして、一端から前記移動部材の経由部を介して他端に至るまでの平面視形状が略多角形となっており、前記平面視形状を略多角形にするため、前記移動部材に複数の経由部が設けられ、これらの経由部を介して前記収縮手段が引き回されていることを特徴とする電子機器。
10. 前記第２および第３のマグネットの間のほぼ中央位置に前記第１のマグネットと同じ極性の第４のマグネットが取り付けられていることを特徴とする請求項９記載の電子機器。
11. 前記２つの収縮手段の各々における引き回しの平面視形状を略多角形にするため、前記収縮手段の一端から前記移動部材の経由部を介して他端に至るまでの間に、前記経由部を頂点とする前記収縮手段の成す角度を設定するプーリーが設けられていることを特徴とする請求項９記載の電子機器。
12. プーリーは、前記収縮手段の張り具合を調整するため移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１０記載の電子機器。
13. 前記経由部は、前記収縮手段を通すことのできる貫通孔から成ることを特徴とする請求項９記載の電子機器。
14. 前記経由部は、前記収縮手段をかけることのできるピンから成ることを特徴とする請求項９記載の電子機器。
15. プーリーの前記収縮手段がかかる部分には凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１０記載の電子機器。
16. 前記経由部は、前記収縮手段をかけることのできるプーリーを備えていることを特徴とする請求項９記載の電子機器。

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