JP4935641B2 - Drive device using shape memory alloy - Google Patents
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Description
本発明は、小型の機械要素を駆動する駆動装置に関し、特に、光学装置のレンズを光軸方向に移動するのに好適な形状記憶合金を用いた駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device for driving a small mechanical element, and more particularly to a drive device using a shape memory alloy suitable for moving a lens of an optical device in an optical axis direction.
従来、光ピックアップ用光学系における球面収差補正やカメラの撮影光学系におけるピント調整を目的として、光学系の一部を可動とし、アクチュエータにより駆動することが行われている。また、この駆動手段としては、従来、回転モータと減速機構と方向変換機構等を組み合わせた例や、リニアモータで直動する例などが知られている。 Conventionally, for the purpose of correcting spherical aberration in an optical system for optical pickup and adjusting focus in a photographing optical system of a camera, a part of the optical system is made movable and driven by an actuator. Conventionally, examples of the driving means include a combination of a rotary motor, a speed reduction mechanism, a direction changing mechanism, and the like, and an example of linear movement by a linear motor.
また、昨今の携帯カメラなどに代表される超小型レンズユニットにおいては、前述した回転モータと減速機構などを用いた機構では、要素が多くまたサイズも大きなものとなる。さらに、超音波モータなどを用いたリアモータによる駆動機構においては、光軸の投影面積方向の大きさは小さくできるが、光軸方向には所定大きさが必要となり小さくできない構成となっている。 Further, in a micro lens unit represented by a recent portable camera or the like, the mechanism using the rotary motor and the speed reduction mechanism described above has many elements and a large size. Further, in a drive mechanism using a rear motor using an ultrasonic motor or the like, the size of the optical axis in the projected area direction can be reduced, but a predetermined size is required in the optical axis direction and cannot be reduced.
また、これらの駆動装置は、出力エネルギ密度が小さく、装置の大きさが小さくなればそれだけ出力が小さくなってしまうので、レンズ駆動装置の小型化については明らかな限界が生じていた。 Further, since these drive devices have a low output energy density, and the size of the device decreases, the output decreases accordingly. Therefore, there has been a clear limit to downsizing the lens drive device.
そのために、小型でもエネルギ密度が大きいことが知られている形状記憶合金を用いるアクチュエータの開発が進められている。また、紐状の形状記憶合金(形状記憶合金ワイヤ)を用いて全長の数%(例えば3〜5%)の長さ変動を利用したリニア駆動装置を構成することができる。 For this reason, development of an actuator using a shape memory alloy, which is known to be small but have a high energy density, has been underway. Moreover, the linear drive device using the length variation of several% (for example, 3-5%) of the full length using a string-like shape memory alloy (shape memory alloy wire) can be configured.
形状記憶合金ワイヤの両端部間に通電すると、発熱するジュール熱により加熱され、所定温度に達すると記憶長さまで収縮する(加熱収縮過程)。一方、この高温状態から通電を遮断すると、放熱により所定温度以下に冷却されて形状記憶状態から開放され、別に設けるバイアススプリング等の弾性力により伸長する(冷却伸長過程)。 When energized between both ends of the shape memory alloy wire, it is heated by Joule heat that generates heat, and contracts to the memory length when it reaches a predetermined temperature (heating shrinkage process). On the other hand, when the energization is cut off from this high temperature state, it is cooled to a predetermined temperature or less by heat radiation, released from the shape memory state, and extended by an elastic force such as a separately provided bias spring (cooling extension process).
上記した形状記憶合金ワイヤの加熱収縮過程と冷却伸長過程を利用することで、レンズユニットを光軸方向に移動することができる。また、光軸方向に直進移動するために、移動方向に延在するスライドガイド軸に沿って移動する構成が一般に用いられている。 The lens unit can be moved in the optical axis direction by utilizing the above-described heat shrinkage process and cooling extension process of the shape memory alloy wire. In addition, in order to move straight in the optical axis direction, a configuration that moves along a slide guide shaft extending in the movement direction is generally used.
しかし、スライドガイド軸に沿ってレンズユニットを駆動する方式においては、スライドガイド軸と該ガイド軸が挿通するスリーブとの嵌め込み隙間(クリアランス)に起因する傾き(チルト)が生じる。 However, in the system in which the lens unit is driven along the slide guide shaft, an inclination (tilt) is generated due to a fitting clearance (clearance) between the slide guide shaft and a sleeve through which the guide shaft is inserted.
さらに、スライドガイド軸を介してレンズユニットを往復移動する際に、往きと戻りとで、そのチルト方向が反転してしまう場合がある。また、レンズを移動する際にはその停止位置の位置ずれも問題となるので、収差補正のためにレンズ間隔を可変する機構を有する光ピックアップ装置の球面収差補正方法において、往復移動の位置ずれとチルトとを補正するように駆動モータの回転数を制御するとした収差補正方法が既に公開されている(例えば、特許文献1参照)。 Furthermore, when the lens unit is reciprocated through the slide guide shaft, the tilt direction may be reversed between forward and backward. In addition, since the positional deviation of the stop position also becomes a problem when moving the lens, in the spherical aberration correction method of the optical pickup device having a mechanism for changing the lens interval for correcting the aberration, An aberration correction method in which the rotational speed of the drive motor is controlled so as to correct the tilt has already been disclosed (for example, see Patent Document 1).
また、形状記憶合金により応答性のよい駆動機構を形成するには、駆動系の摩擦を極力低減することが好ましく、低摩擦でレンズの直進移動を可能とするガイド機構を組み合わせることが肝要とされている。そのために、低摩擦で直進移動を可能とするガイド機構として知られている、一対の向かい合わせの平行板ばねからなる平行リンク機構と形状記憶合金を用いてレンズなどを移動するアクチュエータ装置(駆動装置)が既に公開されている(例えば、特許文献2参照)。
スライドガイド軸に沿ってスリーブを摺動して往復移動するレンズ駆動装置においては、スリーブ長さを長くすることで、そのチルト量を小さくすることができる。しかし、スリーブ長さが長いと、装置が大きくなってしまい、装置の小型化にとっては不利となる。また、スリーブ長さを短くすると、クリアランス量に対するチルト量が大きくなるので、クリアランス精度を上げないと所望のチルト量に抑えることができなくなってしまう。 In a lens driving device that reciprocates by sliding the sleeve along the slide guide shaft, the amount of tilt can be reduced by increasing the sleeve length. However, if the sleeve length is long, the apparatus becomes large, which is disadvantageous for downsizing the apparatus. Further, when the sleeve length is shortened, the tilt amount with respect to the clearance amount becomes large. Therefore, unless the clearance accuracy is increased, the desired tilt amount cannot be suppressed.
このように、小型化を求めると精度を向上させる必要が生じ、小型化と精度との両立を図ることは困難となる。また、駆動モータの回転数を制御することで、位置ずれとチルトを補正する方法では、制御が複雑となってしまい、制御時間の長くなるという問題が生じる。 As described above, when miniaturization is required, it is necessary to improve accuracy, and it is difficult to achieve both miniaturization and accuracy. Further, in the method of correcting the positional deviation and the tilt by controlling the rotation speed of the drive motor, the control becomes complicated and the control time becomes long.
一対の平行板ばねからなる平行リンク機構では、被駆動体(例えば、レンズユニット)が姿勢を保持したまま平行に移動するためには、板ばねはその長さ方向で二度変曲する必要がある(弦の2次モードと称する)。しかし、変位のため蓄積されるエネルギは変曲が一つ(弦の1次モードと称する)のほうが小さいため平行板ばねはなるべくこの形状になろうとする。そのために、特に片持ち状態の平行板ばねでは、チルトを抑制することは困難である。 In a parallel link mechanism composed of a pair of parallel leaf springs, the leaf spring needs to bend twice in the length direction in order for the driven body (for example, the lens unit) to move in parallel while maintaining the posture. Yes (referred to as the secondary mode of the string). However, since the energy stored due to the displacement is smaller when there is one inflection (referred to as the first mode of the string), the parallel leaf spring tends to have this shape as much as possible. Therefore, it is difficult to suppress the tilt particularly in the case of a cantilevered parallel leaf spring.
特許文献2に記載のアクチュエータ装置においても、片持ち状態の平行板ばねを用いており、形状記憶合金ワイヤを加熱して収縮させた際に、平行板ばねが弦の1次モードを生じて撓む場合があり、チルトが生じてレンズユニットの安定した直進移動を維持することは困難である。
The actuator device described in
また、一般に、全長に対する伸縮量が数%である形状記憶合金ワイヤを用いて所要の移動量を得るためには、形状記憶合金ワイヤを移動方向に対して傾けて配置する方法が考えられる。しかし、形状記憶合金ワイヤを所定角度斜めに配置して収縮させると、移動方向とは直交する方向にも分力が作用し、この分力により板ばねが撓んでしまい、チルト量が変化する問題を生じる。 In general, in order to obtain a required movement amount using a shape memory alloy wire whose expansion and contraction amount with respect to the entire length is several percent, a method of arranging the shape memory alloy wire so as to be inclined with respect to the movement direction can be considered. However, when the shape memory alloy wire is disposed obliquely at a predetermined angle and contracted, a component force acts in a direction perpendicular to the moving direction, and the leaf spring is bent by this component force, resulting in a change in tilt amount. Produce.
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、装置の小型化を可能とすると共に、チルトの発生も抑制して、レンズ等の小型の被駆動体を安定して直進移動可能とする形状記憶合金を用いた駆動装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a shape memory alloy that enables downsizing of the apparatus and also suppresses the occurrence of tilt and stably moves a small driven body such as a lens in a straight line. An object is to provide a drive device used.
上記目的を達成するために本発明は、レンズと該レンズを保持するホルダからなるレンズ部と、該レンズ部の一側部に設けるスリーブと他側部に設ける回転規制ガイド部とを備えるレンズユニットと、前記スリーブを貫通し軸端が固定部に固着され前記レンズユニットを光軸方向にスライド移動自在に支持するスライドガイド軸と、前記回転規制ガイド部に係合して前記レンズユニットの光軸回りの回転を規制する振れ止め部とを備え、固定部と前記レンズユニット間に架設する形状記憶合金ワイヤを介して、スライドさせる駆動力を得る駆動装置であって、前記形状記憶合金ワイヤを、前記スリーブの外側に設ける懸架部と、固定部に設ける固定端子部間に架設すると共に、前記固定端子部を、前記スライド方向の前方で且つ、前記懸架部から他端側の回転規制ガイド部方向に変位した位置に設けて、前記形状記憶合金ワイヤが前記スライドガイド軸を斜めに横切るように設け、前記形状記憶合金ワイヤが収縮する際に発揮する駆動張力の付勢方向を、前記スリーブを前記スライドガイド軸に押し当てる押圧力を生じさせるように、光軸から所定角度傾斜した方向としたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a lens unit comprising a lens, a lens part comprising a holder for holding the lens, a sleeve provided on one side of the lens part, and a rotation restricting guide part provided on the other side. A slide guide shaft that passes through the sleeve and has a shaft end fixed to the fixed portion and slidably supports the lens unit in the optical axis direction, and engages with the rotation restriction guide portion to engage the optical axis of the lens unit. A driving device for obtaining a driving force to be slid through a shape memory alloy wire provided between the fixed portion and the lens unit. The suspension is provided between the suspension provided on the outside of the sleeve and the fixed terminal provided on the fixed portion, and the fixed terminal is disposed in front of the slide direction and the suspension. Provided at a position displaced in the direction of the rotation regulating guide on the other end side, provided so that the shape memory alloy wire obliquely crosses the slide guide shaft, and a driving tension exerted when the shape memory alloy wire contracts The urging direction is set to a direction inclined by a predetermined angle from the optical axis so as to generate a pressing force for pressing the sleeve against the slide guide shaft .
上記の構成であれば、レンズユニットを光軸方向に駆動する形状記憶合金ワイヤの収縮力を、スリーブをスライドガイド軸に押し当てる押圧力として利用することができ、チルトを抑制してレンズユニットの直進移動を可能とし、光学性能が安定する駆動装置を得ることができる。 With the above configuration, the contraction force of the shape memory alloy wire that drives the lens unit in the optical axis direction can be used as a pressing force that presses the sleeve against the slide guide shaft, and the tilt of the lens unit can be suppressed. It is possible to obtain a drive device that enables linear movement and stable optical performance.
また本発明は上記構成の駆動装置において、前記形状記憶合金ワイヤの中間部を前記懸架部に掛け渡して、折り返される前記形状記憶合金ワイヤの両端をそれぞれ別の二個の固定端子部に固定すると共に、前記二個の固定端子部を、それぞれ前記懸架部から略等しい距離に設けたことを特徴としている。 According to the present invention, in the drive device configured as described above, an intermediate portion of the shape memory alloy wire is stretched over the suspension portion, and both ends of the folded shape memory alloy wire are fixed to two separate fixed terminal portions, respectively. In addition, the two fixed terminal portions are provided at substantially equal distances from the suspension portion, respectively.
上記の構成であれば、懸架部に掛け渡されて収縮する形状記憶合金ワイヤの左右の張力がバランスして、レンズユニットの直進移動を安定して行うと共に、滑りの発生を防止することができる。 With the above configuration, the left and right tensions of the shape memory alloy wire that is stretched over and contracted by the suspension are balanced, and the lens unit can be moved in a straight line, and can be prevented from slipping. .
また本発明は、前記スライドガイド軸に、前記レンズユニットを前記駆動張力とは逆方向に付勢するばね部材を装着した構成とすることができる。 In the present invention, a spring member that urges the lens unit in a direction opposite to the driving tension may be attached to the slide guide shaft.
上記の構成であれば、形状記憶合金ワイヤを常に緊張した状態とするので、ワイヤの伸縮によりレンズユニットを駆動する際に、このワイヤ張力が略一定の状態で、且つ、スリーブをスライドガイド軸に押し当てた状態を維持してレンズユニットを駆動することができ、光学性能を安定さすことができる。 With the above configuration, since the shape memory alloy wire is always in a tensioned state, when the lens unit is driven by the expansion and contraction of the wire, the wire tension is substantially constant, and the sleeve is used as the slide guide shaft. The lens unit can be driven while maintaining the pressed state, and the optical performance can be stabilized.
さらに本発明は、前記スリーブのスライド方向の長さと前記懸架部の配設位置を、前記レンズユニットが前記形状記憶合金ワイヤが収縮してスライドする際に、前記スリーブのスライド方向の前後の端部がスライドガイド軸の同一側部に同時に当接する程度の長さと配設位置としたことを特徴としている。この構成であれば、スリーブ内面がスライドガイド軸に平行に当接するので、チルトの発生を完全に防止することができる。また、光軸方向の往復移動の際に、チルトが反転することもない。 Further, according to the present invention, the length of the sleeve in the sliding direction and the position where the suspension portion is disposed are arranged such that when the lens unit slides while the shape memory alloy wire contracts, the sleeve ends in the sliding direction of the sleeve. Is characterized in that it has a length and an arrangement position so as to be in contact with the same side portion of the slide guide shaft at the same time. With this configuration, since the inner surface of the sleeve abuts in parallel with the slide guide shaft, the occurrence of tilt can be completely prevented. Further, the tilt does not reverse during the reciprocating movement in the optical axis direction.
本発明によれば、形状記憶合金ワイヤを収縮して駆動力を得る際に、駆動張力の付勢方向を、光軸から所定角度傾斜させて、レンズユニットが備えるスリーブをスライドガイド軸に押し当てる押圧力を発揮しながら駆動することで、チルトの変化がなく、レンズユニットの安定した直進移動を可能として光学性能が安定する形状記憶合金を用いた駆動装置を得ることができる。 According to the present invention, when the driving force is obtained by contracting the shape memory alloy wire, the urging direction of the driving tension is inclined by a predetermined angle from the optical axis, and the sleeve included in the lens unit is pressed against the slide guide shaft. By driving while exerting the pressing force, it is possible to obtain a drive device using a shape memory alloy that has no change in tilt, enables stable linear movement of the lens unit, and has stable optical performance.
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は本発明に係る形状記憶合金を用いた駆動装置の実施形態の一例を示す平面図であり、図2の(a)にその正面図を示し、(b)にその側面図を示す。図3は、形状記憶合金ワイヤの変位を説明する模式図であり、図4は、スリーブとスライドガイド軸に作用する力を説明する模式図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an example of an embodiment of a drive device using a shape memory alloy according to the present invention, in which FIG. 2 (a) shows a front view thereof and FIG. 1 (b) shows a side view thereof. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the displacement of the shape memory alloy wire, and FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the force acting on the sleeve and the slide guide shaft.
まず、図1および図2より、本実施形態に係る形状記憶合金を用いた駆動装置1の全体構成について説明する。図1に示すように、形状記憶合金を用いた駆動装置1は、レンズ2と該レンズを保持するホルダ3からなるレンズ部と、該レンズ部の光軸とは直交する方向の一側部に設けるスリーブ6と、他側部に設ける回転規制ガイド部9とを有し、光軸OL方向に移動自在とされるレンズユニットを備えている。
First, the overall configuration of the
また、前記スリーブ6を貫通し軸端が固定部に固着され前記レンズユニットを光軸方向にスライド移動自在に支持するスライドガイド軸4と、前記回転規制ガイド部9に係合して前記レンズユニットの光軸回りの回転を規制する振れ止め部5とを備えている。さらに、固定部と前記レンズユニット間に架設する形状記憶合金ワイヤ8を介して、スライドさせる駆動力を得る駆動装置とされている。
Further, the lens unit engages with the
形状記憶合金ワイヤ8として、固定部と前記レンズユニット間に架設する一本の形状記憶合金ワイヤを使用することも可能であるが、前記形状記憶合金ワイヤ8の中間部をレンズユニット部に巻回して掛け渡して、折り返される形状記憶合金ワイヤ8の両端をそれぞれ別の二個の固定端子部に固定することで、設置する空間を有効に使えると共に、懸架する形状記憶合金ワイヤ8の長さを長くすることができ、変位量を大きくできるので好適となる。そのために、前記スリーブ6の外側に設ける懸架部に、その中間部を懸架して掛け渡される形状記憶合金ワイヤ8を介して、レンズユニットを光軸方向にスライドする構成としている。また、前記懸架部として本実施の形態においては、前記スリーブ6の外側に突出して設ける突起部11を用いる構成とした。
As the shape
形状記憶合金ワイヤ8の両端は固定部に設けられる固定端子部10に固定されるが、本実施の形態においては、その固定端子部10の配設位置を、前記形状記憶合金ワイヤ8が収縮して移動するスライド方向の前方で且つ、前記突起部11から他端側の回転規制ガイド部9方向に変位した位置とした。
Both ends of the shape
そのために、形状記憶合金ワイヤ8は、スリーブ6やスライドガイド軸4を斜めに横切るように架設されることになって、前記形状記憶合金ワイヤ8が収縮する際に発現される駆動張力の付勢方向が、スライド方向である光軸OLから所定角度θ1傾斜した方向とされ、スリーブ6の内壁をスライドガイド軸4に押し付ける力が作用する。
For this purpose, the shape
また、図2(a)に示すように、回転規制ガイド部9は、軸状の振れ止め部5を挟む第一ガイド片9aと第二ガイド片9bを備える構成とされており、レンズユニットがスライドガイド軸4回りに回転しないように規制している。しかし、この回転規制ガイド部9はその他の形状、例えば、固定部にレール状のガイド部材を設け、このレール状のガイド部材に係合する係合部材を有する形状としてもよく、特にその形状を限定するものではない。
Further, as shown in FIG. 2A, the rotation restricting
スライドガイド軸4と振れ止め部5とは、共に光軸OLと平行に配設されていて、レンズユニットがスライドガイド軸4と振れ止め部5に沿ってスライド移動することで、光軸OL方向に直進移動するように設定されている。
The
前記振れ止め部5とそれぞれのガイド片9a、9bとの間にはクリアランスが設けられていて、レンズユニットの直進移動が振れ止め部によって阻害されない構成とされている。そのために、このクリアランスに起因する光軸の振れを低減するために、レンズユニットのそれぞれ両端に、スリーブ6と回転規制ガイド部9とを離間して設け、スライドガイド軸4と振れ止め部5との離間距離を長くしている。
A clearance is provided between the
この構成であれば、スライドガイド軸4とスリーブ6との間のクリアランスと、振れ止め部5と回転規制ガイド9との間のクリアランスに起因するガタツキや振れを最小限に抑制可能となり好適である。
With this configuration, it is possible to minimize the play and shake caused by the clearance between the
突起部11にその中間部が懸架される形状記憶合金ワイヤ8は、その両端を、固定部に装着される固定端子部10、10にそれぞれ固定されている。また、突起部11からスリーブ6の外周面に沿って所定角度傾斜して懸架されているので、懸架部となる前記突起部11両側の前記形状記憶合金ワイヤ8は、図に示すように角度θ3開いたV字状に配設される。
The shape
そのために、この状態で懸架されている前記形状記憶合金ワイヤ8が収縮すると、スリーブ6を光軸OLと平行に直進移動すると同時に、光軸OLに向かう方向に付勢する押圧力F1が作用する。つまり、スリーブ6の内面をスライドガイド軸4に押し付けながらレンズユニットを直進移動する構成となる。
Therefore, when the shape
また、図1および図2(b)に示すように、スライドガイド軸4にばね部材7(バイアススプリング)を装着して、スリーブ6を、前記形状記憶合金ワイヤ8の収縮時にレンズユニットを駆動する駆動張力とは逆方向に付勢する構成とした。この構成であれば、形状記憶合金ワイヤ8のばね力とばね部材7のばね力とが釣り合ってバランスした状態でレンズユニットを駆動することができる。
1 and 2B, a spring member 7 (bias spring) is attached to the
そのために、形状記憶合金ワイヤ8の伸縮によりレンズユニットを駆動する際に、このワイヤ張力が略一定の状態で、且つ、スリーブ6をスライドガイド軸4に押し当てた状態を維持してレンズユニットを駆動することができ、光学性能を安定さすことができる。
Therefore, when the lens unit is driven by expansion / contraction of the shape
また、二個の固定端子部10、10を、それぞれ突起部11から略等しい距離に設けた構成とすることで、前記突起部11に巻回して収縮する形状記憶合金ワイヤ8の左右の張力がバランスされて、滑りの発生を防止することができ、さらに光学性能が安定する。
Further, by providing the two fixed
形状記憶合金ワイヤ8が巻回するように懸架される突起部11は、耐熱性と耐摩耗性を有すると共に円弧状の懸架部を有する硬質部材製とすることが好ましい。この構成であれば、伸縮する形状記憶合金ワイヤ8によって懸架部が磨耗され難く、形状記憶合金ワイヤの切断も生じ難くなって、長寿命の駆動装置となるからである。
The
ばね部材7として、例えば、スライドガイド軸4と同軸上に装着されるコイルスプリングを用いることができる。ただし、前記ばね部材7は、コイルスプリングに限定されず、これ以外のばね部材でもよく、スライドガイド軸4と同軸上に設ける必要もない。ただし、このようにスライドガイド軸4と同軸上に配置するコイルスプリングを用いると、スプリング装着用の新たなスペースやガイド部材を設ける必要がないので好適である。
As the
本実施の形態では、形状記憶合金ワイヤ8として、ニッケル・チタンを主成分とする形状記憶合金を用いている。また、ニッケル・チタン製の形状記憶合金ワイヤであれば、高強力なものが開発されていて、例えば、線径が0.04mmで約13gfの張力を有するものがある。光ピックアップの光学系に用いられている樹脂製のレンズが通常0.5gにも満たないことを考えると、ワイヤ1本で十分な駆動力を発揮可能となり、磁石やコイルを要する電磁式のアクチュエータと比較して、部品が少なく、低コスト化、小型化に適した素材、方法となる。
In the present embodiment, a shape memory alloy mainly composed of nickel / titanium is used as the shape
次に、図3に示す模式図より、形状記憶合金ワイヤ8の収縮と被駆動体11Aの変位について説明する。角度θ4で屈曲した状態の形状記憶合金ワイヤ8Aが、両端の固定端子部10A、10Aから通電されて短縮し、破線に示す形状記憶合金ワイヤ8Bまで変位した場合を考える。このときに、形状記憶合金ワイヤの一辺の短縮長さL1のときに、屈曲部に位置する被駆動体11Aは、距離L2だけ移動した位置の被駆動体11Bとなる。
Next, the contraction of the shape
この形状記憶合金ワイヤの短縮長さL1と被駆動体の移動量L2との比が拡大率であって、この拡大率は上記の角度θ4により求めることができる。例えば、θ4が90°の場合は、三角法により前記拡大率は1.4倍となることが明らかである。また、θ4が120°の場合は2倍となる。 The ratio between the shortened length L1 of the shape memory alloy wire and the movement amount L2 of the driven body is the enlargement factor, and this enlargement factor can be obtained from the angle θ4. For example, when θ4 is 90 °, it is clear that the enlargement ratio is 1.4 times by the trigonometric method. Further, when θ4 is 120 °, it is doubled.
上記したように、形状記憶合金ワイヤ8を、その中間部を被駆動体11Aに懸架して、V字状に屈曲させて掛け渡すと、その屈曲角度に応じた所定の拡大率で、被駆動体11Aを変位させることができる。このときに、形状記憶合金ワイヤ8を被駆動体11Aを巻回するように掛けても、接着剤等により被駆動体11Aに固着するようにしてもよい。また、被駆動体11Aに切り込み部を設けて引っ掛けるようにしてもよい。ただし、いずれの場合であっても、前述したように滑らかに当接させるためには、円弧状の懸架部を介して当接させておくことが好ましい。
As described above, when the shape
形状記憶合金ワイヤ8の両端は、薄板状の素材を折り曲げて、その間に挿入して、加圧固定した固定端子部とされている。この端子部に電源回路を接続して、所定の駆動電流を供給する通電制御を行い、形状記憶合金ワイヤ8の収縮操作を行う。
The both ends of the shape
次に、図4によりスリーブとスライドガイド軸に作用する力を説明する。スリーブ6には前述したばね部材からの付勢力Gが図中の矢印方向に作用している。このとき、形状記憶合金ワイヤ8が収縮して、駆動張力Fが作用すると、前記付勢力Gに抗する方向で、スリーブ6およびホルダ3を引き上げる方向に分力F2が作用し、スリーブ6をスライドガイド軸4に押し付ける分力として押圧力F1が作用する。
Next, the force acting on the sleeve and the slide guide shaft will be described with reference to FIG. The urging force G from the aforementioned spring member acts on the
また、スリーブ6とスライドガイド軸4との間には摩擦力Fmが発生する。この摩擦力が、スリーブ6が移動する方向とは逆の方向、つまり、ばね部材による付勢力Gと同じ方向に作用するので、G+Fmの合計と駆動張力Fとが釣り合った状態で、スリーブ6およびホルダ3が移動する。
Further, a frictional force Fm is generated between the
摩擦力Fmは、前記押圧力F1と、スリーブ6とスライドガイド軸4との間の摩擦係数αを乗じた数値であり、摩擦係数αを小さくすることで、摩擦の影響を小さくすることができる。このためには、スリーブ6とスライドガイド軸4とが低摩擦となる素材、例えば、DLCコート部材(ダイヤモンドライクカーボン皮膜部材)などを用いればよい。
The frictional force Fm is a numerical value obtained by multiplying the pressing force F1 by the friction coefficient α between the
上記の摩擦力と付勢力Gに抗して、スリーブ6とホルダ3、つまり、レンズユニットが駆動されるには、スライド方向と直交する方向と前記駆動張力Fとのなす角度θ2は所定角度以上必要である。つまり、角度θ2の最小可能角度が存在する。そのために、スライド方向である光軸方向と形状記憶合金ワイヤ8の張架方向との角度θ1の最大可能角度が存在することになる。また、形状記憶合金ワイヤ8の張架方向(駆動張力Fの作用方向)により、駆動されるレンズユニットには回転モーメントが作用する。このモーメントは、レンズユニットの重心30に作用するので、駆動張力Fが作用してスリーブ6がスライドガイド軸4に押し付けられる点、つまりスリーブ6の先端61と前記重心30までのアーム長さR2と、前記先端61と駆動張力Fが作用する突起部11の懸架部までのアーム長さR1との比も関連してくる。
In order to drive the
つまり、駆動張力Fと角度θ1と、R1とR2との比とで、モーメント力を規定することができ、角度θ1を大きくすることで、モーメント力を小さくして、モーメント力の影響を低減することが可能となる。つまり、角度θ1の限界最小角度を規定することができる。 That is, the moment force can be defined by the drive tension F, the angle θ1, and the ratio of R1 and R2, and by increasing the angle θ1, the moment force is reduced and the influence of the moment force is reduced. It becomes possible. That is, the limit minimum angle of the angle θ1 can be defined.
上記のR1とR2との比を1:5とし、駆動張力Fを9.8mN(1gf)とし、レンズユニット重量を0.2gとして、計算および実験を行うことで、角度θ1の最小角度は30°程度となることが明らかとなった。また、R1とR2との比や駆動張力F等のパラメータを調整することで、角度θ1の最小角度をもう少し小さくすることも可能であるので、角度θ1の限界最小角度は20°程度と想定される。 When the ratio of R1 and R2 is 1: 5, the driving tension F is 9.8 mN (1 gf), the lens unit weight is 0.2 g, and the calculation and experiment are performed, the minimum angle of the angle θ1 is 30. It became clear that it was about °. Further, by adjusting parameters such as the ratio of R1 and R2 and the driving tension F, the minimum angle of the angle θ1 can be made slightly smaller, so the limit minimum angle of the angle θ1 is assumed to be about 20 °. The
また、前記角度θ1の最大可能角度は、計算および実験(摩擦係数が0.1の場合)により、約80°であることが判った。そのために、角度θ1の使用範囲は、20〜80°となり、好ましくは、30°〜70°となるものと想定される。 Further, the maximum possible angle of the angle θ1 was found to be about 80 ° by calculation and experiment (when the friction coefficient is 0.1). Therefore, the use range of the angle θ1 is assumed to be 20 to 80 °, and preferably 30 ° to 70 °.
光軸に対して所定角度傾けて形状記憶合金ワイヤを張架しているので、スリーブ6の内面をスライドガイド軸4に押し付ける構成となる。このとき、スリーブ6のスライド方向の前後の端部が同時に平行に押し付けられていることが望ましい。また、スライド方向が逆となっても、スリーブ6の同一面が同様に、スライドガイド軸4に当接していることが好適である。つまり、図4に示す、前端部61と後端部62が常時スライドガイド軸4に当接した状態を維持したまま往復駆動されることが望ましい。
Since the shape memory alloy wire is stretched at a predetermined angle with respect to the optical axis, the inner surface of the
そのためには、前記スリーブ6のスライド方向の長さと懸架部となる前記突起部11の配設位置を、レンズユニットが形状記憶合金ワイヤ8が収縮してスライドする際に、前記スリーブ6のスライド方向の前後の端部61、62がスライドガイド軸4の同一側部に同時に当接する程度の長さと配設位置としておくことが肝要となる。この構成であれば、スリーブ内面がスライドガイド軸4に常時平行に当接するので、チルトの発生や変化を完全に防止することができる。そのために、光軸方向の往復移動の際に、チルトが反転することもない。
For this purpose, the length of the
形状記憶合金ワイヤ8の張架方向を傾斜させる場合に、ただ、レンズユニットを直進移動させるためだけなら、光軸から離れる方向に傾斜させることも可能である。しかし、この場合には、レンズ部から遠ざかる方向の、レンズユニット配設空間側部の領域外に形状記憶合金ワイヤ8の設置スペースを設ける必要が生じてしまい、装置が大型化するので好ましくない。
When the direction of stretching the shape
また、形状記憶合金ワイヤ8の張架方向を、スライドガイド軸を斜めに横切るように光軸方向に向けて傾斜させる際に、形状記憶合金ワイヤ8が一本のワイヤでは、ホルダやレンズと干渉する虞が生じるが、本実施の形態のようにV字状に屈曲させることで、レンズ部外周に沿って配設することができる。ワイヤ状の形状記憶合金であれば、レンズ部を取り囲むように配置して、設置スペースを小さくすることが可能である。また、形状記憶合金ワイヤ8傾斜させるように配置することで、その長さを長くすることができ、所定割合しか収縮しない形状記憶合金であっても、収縮長さを長くすることができ、被駆動体の移動量を確保可能となる。
Further, when the shape
次に、形状記憶合金ワイヤ8の伸縮によりレンズユニットが駆動される動作について再度説明する。図1に示す非加熱状態から、両端の固定端子部10より通電し、形状記憶合金ワイヤ8を加熱収縮する。非加熱状態では、ばね部材7と形状記憶合金ワイヤ8の張力とが釣り合う位置で停止しており、この状態で、スリーブ6と側壁との間に間隙dが形成されるようにしている。
Next, the operation of driving the lens unit by the expansion and contraction of the shape
この状態から形状記憶合金ワイヤ8を加熱収縮すると、前述したように、形状記憶合金ワイヤ8の張力と、ばね部材7の付勢力と摩擦力とが釣り合った状態を維持しながらレンズユニット(ホルダ3とスリーブ6)が移動する。つまり、張力が一定で、スリーブ6をガイド軸4に押し付けながら作動する。通電を停止すると、ばね部材7の付勢力によってレンズユニットは復帰移動する。この際にも、ワイヤ張力と付勢力と摩擦力とが釣り合った状態で移動する。このように、レンズユニットを光軸方向に往復移動させても、常時スリーブ6はガイド軸4に押し当てられたまま作動する。そのために、スリーブ6とガイド軸4との間にクリアランスがあっても、傾きが生じ難く、チルトの発生や変化を抑制する構成となっている。
When the shape
前述した間隙dは、所望される任意の値に設定可能であり、ゼロでもよい。つまり、非加熱時にスリーブ6が側壁に当接した状態であってもよい。しかし、この際にも、形状記憶合金ワイヤ8が弛まない位置に固定端子部を配設しておくことが肝要となる。
The aforementioned gap d can be set to any desired value and may be zero. That is, the
また、懸架部は、形状記憶合金ワイヤが通電加熱されることを考慮し、耐熱性があり、形状記憶合金の張力に対する耐性がある素材である必要がある。例えば、ステンレス等の金属ピンをスリーブに固定して用いることや、液晶ポリマーやPEEKといった耐熱性の高い樹脂を用いてスリーブと懸架部を一体成型により構成してもよい。 In addition, the suspension portion needs to be a material having heat resistance and resistance to tension of the shape memory alloy in consideration that the shape memory alloy wire is energized and heated. For example, a metal pin such as stainless steel may be fixed to the sleeve, or the sleeve and the suspension may be formed by integral molding using a resin having high heat resistance such as liquid crystal polymer or PEEK.
以上説明したように、本発明に係る駆動装置によれば、形状記憶合金ワイヤをスライドガイド軸に対して斜めに懸架することで、チルトを抑制して、レンズユニットの安定した直進移動を可能とし、光学性能を安定する形状記憶合金を用いた駆動装置を得ることができる。そのために、レンズの光軸方向の直進移動を行う小型のレンズユニットを有する撮影装置に好適な駆動装置として用いることができる。 As described above, according to the drive device according to the present invention, the shape memory alloy wire is suspended obliquely with respect to the slide guide shaft, thereby suppressing the tilt and allowing the lens unit to move in a straight line stably. A drive device using a shape memory alloy that stabilizes optical performance can be obtained. Therefore, it can be used as a driving device suitable for an imaging apparatus having a small lens unit that moves the lens in a straight line in the optical axis direction.
1 駆動装置
2 レンズ
3 ホルダ
4 スライドガイド軸
5 振れ止め部
6 スリーブ
7 ばね部材
8 形状記憶合金ワイヤ
9 回転規制ガイド部
10 固定端子部
11 突起部(懸架部)
F 駆動張力
DESCRIPTION OF
F Drive tension
Claims (4)
前記形状記憶合金ワイヤを、前記スリーブの外側に設ける懸架部と、固定部に設ける固定端子部間に架設すると共に、
前記固定端子部を、前記スライド方向の前方で且つ、前記懸架部から他端側の回転規制ガイド部方向に変位した位置に設けて、前記形状記憶合金ワイヤが前記スライドガイド軸を斜めに横切るように設け、
前記形状記憶合金ワイヤが収縮する際に発揮する駆動張力の付勢方向を、前記スリーブを前記スライドガイド軸に押し当てる押圧力を生じさせるように、光軸から所定角度傾斜した方向としたことを特徴とする形状記憶合金を用いた駆動装置。 A lens unit including a lens and a lens unit including a holder for holding the lens; a sleeve provided on one side of the lens unit; and a rotation regulation guide provided on the other side; and a shaft end fixed through the sleeve. A slide guide shaft that is fixed to a portion and supports the lens unit so as to be slidable in the optical axis direction, and an anti-sway portion that engages with the rotation restriction guide portion and restricts rotation of the lens unit about the optical axis. A driving device for obtaining a driving force to slide through a shape memory alloy wire laid between the fixed portion and the lens unit,
The shape memory alloy wire is installed between a suspension provided on the outside of the sleeve and a fixed terminal provided on the fixed part,
The fixed terminal portion is provided in front of the slide direction and at a position displaced in the direction of the rotation restricting guide portion on the other end side from the suspension portion, so that the shape memory alloy wire obliquely crosses the slide guide shaft. Provided in
The direction in which the driving tension exerted when the shape memory alloy wire contracts is a direction inclined by a predetermined angle from the optical axis so as to generate a pressing force that presses the sleeve against the slide guide shaft. A drive device using a featured shape memory alloy.
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