JP5035192B2 - 駆動機構、駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動機構、駆動装置に関する。

近年、カメラ付き携帯電話機等に小型の携帯端末に搭載される撮像素子の画素数が飛躍的に増大し、消費者からデジタルカメラ並の画像と機能が期待されている。そのため、携帯端末に用いるレンズユニットにも画像撮影という基本機能に加えて、フォーカス機能やズーム機能を付加することが求められている。

このような機能を付加するためには、レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動装置が必要であるが、一般的なモータやアクチュエータを用いるとレンズ駆動装置が大型化するという問題がある。

これに対し、形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ、以下ＳＭＡと記す。）アクチュエータを用いて小型、軽量化を図ったレンズ駆動装置が開示されている（例えば特許文献１〜３参照）。

ＳＭＡは、温度変化により記憶された形状に戻る合金をいい、特許文献１〜３ではＳＭＡに通電することにより自己発熱を生じさせ、記憶された形状に戻ろうとするときに発生する力を利用してレンズを駆動している。このときにＳＭＡの発生する力は比較的大きく、レンズ駆動装置を小型、軽量化することができる。特許文献１〜３に開示されているレンズ駆動装置では、ＳＭＡの発生する力をレバーを用いてレンズの駆動方向に伝達している。
特開２００７−５８０７５号公報 特開２００７−５８０７６号公報 特開２００７−６０５３０号公報

しかしながら、特許文献１〜３に開示されているレンズ駆動装置は、レバーの先端がレンズ後端の片側に当接し駆動力を与えるものであり、レンズが傾くおそれがあった。

本発明者らは、このような問題を解決するため、レンズを両側から光軸方向に移動させるレバーをレンズユニットを囲むように配置した薄型のレンズ駆動装置を開発している。レバー機構には、支点とレバーとを直接連結しない簡単な機構のシーソーレバーを用いて小型軽量化を図った。ところが、このようなレバー機構は、支点とレバーとを直接連結しないため組立時の作業性が悪い、という問題がある。

以下、図１０を用いてこのようなレバー機構を用いて開発した駆動機構の説明と問題点について説明する。図１０は、従来の駆動機構の一例を説明するための側面図である。図１０（ａ）は駆動機構を組み立てた状態、図１０（ｂ）は駆動機構を組み立てる前の状態を示している。

ベース部材４は、駆動装置を組み付ける台板である。ベース部材４にはレバー部材２を支持する支点脚８と、第１電極３０ａ（図示せず）、第２電極３０ｂなどが立設されている。レバー支点部８ａの形状は、本例では図１０の紙面と直交する方向に延びる略円柱形状である。

図１０に示すように、レバー部材２は、側面視では逆Ｌ字型の形状であり、第１延設部２２と第２延設部２３とを有している。第１延設部２２には、ＳＭＡワイヤ３を架け渡す部分である変位入力部２ａが設けられている。第２延設部２３の軸受部２ｃは、レバー支点部８ａに当接し、レバー支点部８ａを支点の軸として揺動可能な形状になっている。

図１０（ａ）に示すように組み立てた状態では、レバー部材２の先端の変位出力部２ｂは、被駆動物により矢印Ｆｘで示す力量でバネ付勢されている。ＳＭＡワイヤ３は、レバー部材２の変位入力部２ａに対して折り返すように架け渡され、ＳＭＡワイヤ３の両端は第１電極３０ａ（図示せず）と第２電極３０ｂとにそれぞれ固定されている。

レバー部材２の他端に設けられた変位入力部２ａには、架け渡されているＳＭＡワイヤ３の張力が矢印Ｆ１のように加わる。軸受部２ｃは、ＦｘとＦ１とを合成した力量でレバー支点部８ａに圧接しているので、レバー部材２は脱落することなく支点脚８のレバー支点部８ａを支点として揺動可能に支持されている。

組み立てた状態で第１電極３０ａと第２電極３０ｂとの間に通電すると、ＳＭＡワイヤ３が通電加熱されて収縮し、レバー部材２に加わる力Ｆ１が増す。レバー部材２はレバー支点部８ａを支点に、バネ付勢された力量Ｆｘと釣り合う角度まで反時計方向に回転する。このように、支点とレバーとを直接連結しないので、少ない部品点数でレバー機構を構成できる。

一方、図１０（ｂ）に示すように組み立てる前の状態では、軸受部２ｃとレバー支点部８ａとは連結されていないので、軸受部２ｃをレバー支点部８ａと接する位置に置いても、レバー部材２の自重により軸受部２ｃはレバー支点部８ａから脱落してしまう。そのため、組立時には何らかの手段でレバー部材２を所定の位置に保持してからＳＭＡワイヤ３を変位入力部２ａに架け渡す必要があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、組立時にレバー部材を組立可能な状態に容易に保持することができる組立作業性の良い小型軽量な駆動機構、駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

１．ベース部材に設けられた支点部材と、該支点部材に当接する軸受部を中心に、架設された形状記憶合金によって該支点部材に対して相対的に揺動して、変位出力部で係合する被駆動物を所定の方向に移動させるレバー部材と、を備え、前記ベース部材の前記被駆動物が配置される領域の側に設けられ、前記レバー部材の当接部と当接する支持部材を有する駆動機構であって、
前記レバー部材は、
前記形状記憶合金を前記レバー部材に架設する前に前記軸受部を前記支点部材に当接させると前記当接部が前記支持部材に当接し、前記支点部材と前記支持部材とによって支持されるように構成されていることを特徴とすることを特徴とする駆動機構。

２．前記レバー部材は、
前記軸受部に対し前記変位出力部の側に重心があることを特徴とする前記１に記載の駆動機構。

３．前記当接部と前記支持部材とは、
前記当接部が前記支持部材に当接することにより、前記軸受部を前記支点部材に当接させる分力を発生するように構成されていることを特徴とする前記１または２に記載の駆動機構。

４．被駆動物と、該被駆動物を所定の方向に移動させる前記１乃至３の何れか１項に記載の駆動機構とを備えていることを特徴とする駆動装置。

５．前記被駆動物は、
前記形状記憶合金を前記レバー部材に架設する前に、前記被駆動物を前記変位出力部に当接させると、前記変位出力部を押圧し前記支持部材に前記当接部を圧接するように構成されていることを特徴とする前記４に記載の駆動装置。

６．前記レバー部材は、
前記形状記憶合金を前記レバー部材に架設していないときに前記当接部が前記支持部材から離れる方向に移動するのを規制する突起部を備えることを特徴とする前記５に記載の駆動装置。

７．前記被駆動物は、レンズユニットであり、該レンズユニットをその光軸方向に移動させることを特徴とする前記４乃至６の何れか１項に記載の駆動装置。

本発明によれば、レバー部材は、形状記憶合金をレバー部材に架設していない状態でも、軸受部を支点部材に当接させると当接部がベース部材の上に配置された支持部材に当接し、支点部材と支持部材とに支持されるように構成されている。したがって、組立時にレバー部材を組立可能な状態に容易に保持することができるので、組立作業性の良い小型軽量な駆動機構、駆動装置を提供することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るレンズ駆動装置１００の組立途中の状態を示した平面図、図２は、本発明の第１の実施形態に係るレンズ駆動装置１００の組立途中の状態を概略的に示した側面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るレバー部材２の説明図である。

レンズ駆動装置１００は、ベース部材４に対して各部品を組み付ける構成となっている。ベース部材４は、レンズ駆動装置１００の取り付け対象となる部材（例えば携帯電話機のフレームやマウント基板等）に固定されるものであり、レンズ駆動装置１００の底辺を構成する不動の部材である。このベース部材４は、平面視では四辺形の板状に形成され、全体が樹脂材料等により構成されている。

ベース部材４には、支点脚８と、後の工程で組み付けられるレンズユニット１（図１には図示せず）の両側に位置する支持脚４０と電極３０ａ、３０ｂとが設けられている。支点脚８は本発明の支点部材、支持脚４０は本発明の支持部材である。

レバー部材２について、先に図３を用いて説明する。図３（ａ）はレバー部材２の平面図、図３（ｂ）はレバー部材２の側面図、図３（ｃ）は第１延設部２２側から見たレバー部材２の正面図である。

図３に示すように、金属材料で形成されたレバー部材２の表面には樹脂材料で形成された第１延設部２２と第２延設部２３とが接着等により取り付けられている。図中、２ａは変位入力部、２ｂは変位出力部、２ｃは軸受部、２ｄは当接部である。

第１延設部２２は、レバー部材２に後に説明するＳＭＡワイヤ３を架け渡すための部品であり、ＳＭＡワイヤ３と接触する部分の摩擦が少なくなるようＳＭＡワイヤ３と接触する変位入力部２ａは例えばＶ溝状になっている。

第２延設部２３は、支点脚８と接触し、レバー部材２の揺動の支点となる部品であり、支点脚８の先端（以下、レバー支点部８ａという）と接触する軸受部２ｃはレバー支点部８ａとの摩擦が少なくなるよう斜面を持つ溝形状になっている。本実施形態では軸受部２ｃはＶ溝状の例を図示しているが、半円溝など他の形状でも良い。

また、本実施形態ではレバー支点部８ａを凸形状、軸受部２ｃを凹形状としているが、レバー支点部８ａを凹形状、軸受部２ｃを凸形状にしても良い。

第１延設部２２、第２延設部２３を形成する材料は特に限定されるものではないが、モールド等樹脂材料を成形して作製することが好ましい。また、本実施形態では、第１延設部２２と第２延設部２３とを別部品で構成しているが、第１延設部２２と第２延設部２３をモールド等樹脂材料により一体に成形して作製しても良い。

当接部２ｄは、レバー部材２の支持脚４０に当接する部分であり、本実施形態では図３（ｂ）のように斜面になっている。

変位出力部２ｂは、レバー部材２の被駆動物に当接する部分である。レバー部材２の重心は、軸受部２ｃに対し変位出力部２ｂの側にある。

図２（ａ）は図１の矢印方向から見た側面図である。レバー部材２の軸受部２ｃをレバー支点部８ａに当接させると、レバー部材２は、重心が変位出力部２ｂの側にあるのでレバー支点部８ａを支点に図２（ａ）の矢印Ｓ１方向に回転する力が働き、当接部２ｄが支持脚４０の端部４１に当接して支持される。

本実施形態では、当接部２ｄが斜面になっているので、当接部２ｄが端部４１に当接すると、レバー部材２を紙面右側方向に移動させる分力が発生する。この分力により軸受部２ｃはレバー支点部８ａに押しつけられ、軸受部２ｃがレバー支点部８ａから脱落しないようにしている。したがって、レバー部材２をベース部材４に載置して安定して支持することができる。

図１、図２（ａ）のようにレバー部材２をベース部材４に載置した後、図２（ｂ）のようにレンズユニット１（被駆動物）、天板５、平行板バネ６ａ、６ｂ及びバイアスバネ７、不動部Ｎ等を組み付ける。

レンズユニット１は円筒形を有し、撮像レンズ１０と、この撮像レンズ１０を保持するレンズ駆動枠１２とから構成されている。撮像レンズ１０は、対物レンズ、フォーカスレンズ、ズームレンズ等を有し、図外の撮像素子に対する被写体像の結像光学系を構成している。レンズ駆動枠１２は、所謂玉枠であって、鏡筒１４と共に光軸ＡＸ方向に移動する。レンズ駆動枠１２の対物側先端の外周縁部には、周方向に１８０°の角度差を有して一対の支持部１６が突設されている。

レンズユニット１は、天板５に形成される開口部分に挿入された状態でベース部材４上に配置されている。ベース部材４及び天板５には、それぞれ平行板バネ６ａ、６ｂが固定されており、これら平行板バネ６ａ、６ｂにレンズユニット１が固定されている。これによってレンズユニット１がベース部材４等に対して変位可能に支持されると共に、その変位自由度が、光軸ＡＸに沿った方向に規制されている。なお、天板５は、ベース部材４に対して図外の支柱等を介して固定してもよいし、ベース部材４と一体となる構造でもよく、ベース４と同様不動の部材である。

バイアスバネ７は、レンズユニット１を矢印Ｓ１方向に付勢するものである。このバイアスバネ７は、レンズ駆動枠１２の周縁サイズと略合致した径の圧縮コイルバネからなり、レンズ駆動枠１２の頂面に一端側（下端側）が当接している。なお、バイアスバネ７の他端側（上端側）は、不動部Ｎに当接される。バイアスバネ７は、レンズユニット１をホームポジションに復帰させるバイアス荷重をレンズユニット１に与えるものである。

図２（ｂ）のように、レンズユニット１やバイアスバネ７などを組み立ててから、レンズユニット１を押し上げてレバー部材２の変位出力部２ｂに支持部１６が当接するように組み立てる。このようにすると、バイアスバネ７によって当接部２ｄを端部４１にさらに押しつける力が加わる。そのため、レバー部材２を紙面右側方向に移動させる分力もさらに加わり、この分力により軸受部２ｃはレバー支点部８ａに押しつけられ、レバー部材２を支点脚８からより外れにくくすることができる。

なお、本実施形態では当接部２ｄを斜面にした例を説明したが、レバー部材２を支持脚４０に当接させることにより軸受部２ｃをレバー支点部８ａに押しつける分力を生じるのであれば他の構成でも良い。例えば図４に示すように、支持脚４０に斜面４２を設け当接部２ｄが当接することにより軸受部２ｃをレバー支点部８ａに押しつける分力を生じさせても良い。

次の工程でＳＭＡワイヤ３をレバー部材２に架設し、図５、図６に示すレンズ駆動装置１００を完成させる。架設工程は、例えば、図２（ｂ）のように組み立てた後、ＳＭＡワイヤ３の一端を第１電極３０ａに固着し、次に、ＳＭＡワイヤ３を変位入力部２ａと第２電極３０ｂとに所定の張力で掛け渡した後、ＳＭＡワイヤ３の他端を第２電極３０ｂを固着して行う。

本発明では、レバー部材２は支点脚８と支持脚４０とによって安定して支持されているので正規の位置にＳＭＡワイヤ３を容易に架設、固定することができる。

図５は、本発明の第１の実施形態に係るレンズ駆動装置１００を概略的に示した平面図、図６は、本発明の第１の実施形態に係るレンズ駆動装置１００を概略的に示した側面図である。

図５、図６を用いてレンズ駆動装置１００について説明する。なお、以降これまでに説明した構成要素には同番号を付し、説明を省略する。

ＳＭＡワイヤ３は、レバー部材２に対して移動力Ｆ１を付与するもので、例えばＮｉ−Ｔｉ合金等の形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤ（線状体）からなる線状アクチュエータである。このＳＭＡワイヤ３は、低温で弾性係数が低い状態（マルテンサイト相）において所定の張力を与えられることで伸長し、この伸長状態において熱が与えられると相変態して弾性係数が高い状態（オーステナイト相；母相）に移行し、伸長状態から元の長さに戻る（形状回復する）という性質を有している。本実施形態では、ＳＭＡワイヤ３を通電加熱することで、上述の相変態を行わせる構成が採用されている。

すなわち、ＳＭＡワイヤ３は所定の抵抗値を有する導体であることから、当該ＳＭＡワイヤ３自身に通電することでジュール熱を発生させ、該ジュール熱に基づく自己発熱によりマルテンサイト相からオーステナイト相へ変態させる構成とされている。このため、ＳＭＡワイヤ３の両端には、通電加熱用の第１電極３０ａ及び第２電極３０ｂが固着されている。これら電極３０ａ、３０ｂはベース部材４に設けられる所定の電極固定部に固定されている。

ＳＭＡワイヤ３は、図５に示すように、レバー部材２の変位入力部２ａに対してＶ字状に折り返すように架け渡されている。このような構成により、電極３０ａ、３０ｂを介してＳＭＡワイヤ３を通電加熱し、作動（収縮）させると、レバー部材２に対して移動力Ｆ１が付与され、この移動力Ｆ１によりレバー部材２が揺動する。

レバー部材２は、図５に示すように、第２延設部２３からレンズユニット１の両側に二股に分かれて当該レンズユニット１の外周面に近接してそれぞれ均等に延び、全体としてレンズユニット１の片側半分を包囲するように形成されている。レバー部材２の先端（両端）の変位出力部２ｂは、それぞれレンズユニット１の各支持部１６の位置に達している。

図６（ａ）は、ＳＭＡワイヤ３に通電加熱を行っていない状態、図６（ｂ）は、ＳＭＡワイヤ３に通電加熱を行った状態である。

図６（ｂ）のようにＳＭＡワイヤ３に通電し加熱すると、架け渡し位置である変位入力部２ａに図６（ｂ）に矢印で示す移動力Ｆ１が入力されることにより、レバー部材２が揺動する。この揺動に伴いレバー部材２の先端が光軸ＡＸ方向に移動し、変位出力部２ｂが各支持部１６を押し上げてレンズユニット１は矢印Ｓ方向に移動する。

なお、ＳＭＡワイヤ３は、作動していない状態では、レンズユニット１（支持部１６）及びレバー部材２を介して作用するバイアスバネ７の押圧力を受けて緊張するようにその線長が設定されている。つまり、その作動状態に拘わらず、常に前記レバー部材２の変位出力部２ｂをレンズユニット１（支持部１６）に当接（圧接）させるようにその線長が設定されている。

この構成により、本実施形態では、支点脚８とレバー部材２とを直接連結することなく支点脚８の先端にレバー部材２を揺動可能に支持しており、また、ＳＭＡワイヤ３の作動時には、その変位を速やかに伝えて当該レバー部材２を揺動させる構成となっている。

次に、図７、図８、図９を用いて第２の実施形態について説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係るレンズ駆動装置１００の組立途中の状態を示した平面図、図８は、本発明の第２の実施形態に係るレンズ駆動装置１００の組立途中の状態を概略的に示した側面図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係るレンズ駆動装置１００を概略的に示した側面図である。

本実施形態では、図８に示すようにレバー部材２の当接部２ｄは直線状でありその先端には突起部２ｅが設けられている。また、支持脚４２も当接部２ｄと当接する部分は直線状である。ベース部材４やレンズユニット１、バイアスバネ７などの構成は第１の実施例と同じであり説明を省略する。

図８は、レンズユニット１やバイアスバネ７などを組み立ててから、レンズユニット１を押し上げてレバー部材２を支持部１６と支持脚４２が挟むように組み付けた状態である。このようにすると、バイアスバネ７によって当接部２ｄは支持脚４２に押しつけられ、レバー部材２は支点脚８から外れにくくなる。

しかしながら、レバー部材２が支持脚４２に沿って紙面左方向に移動し脱落する可能性があるので、当接部２ｄが支持脚４２から離れる方向に移動するのを規制する突起部２ｅをレバー部材２に設け、レバー部材２の移動量を規制している。

このようにすれば、仮に突起部２ｅが支持部１６に当接するまでレバー部材２が移動しても移動量が限られているので、ＳＭＡワイヤ３を架設、固定する工程でレバー部材２を紙面右方向に移動させて容易に軸受部２ｃをレバー支点部８ａに当接させることができる。

ＳＭＡワイヤ３を架設、固定すると、図９（ａ）のように軸受部２ｃはレバー支点部８ａに当接し、レバー部材２はレバー支点部８ａを支点として揺動可能に支持される。ＳＭＡワイヤ３に通電すると、レバー部材２の変位出力部２ｂは支持部１６を押し上げ、図９（ｂ）のようにレンズユニット１は矢印Ｓ方向に移動する。

以上このように本発明によれば、組立時にレバー部材を組立可能な状態に容易に保持することができる組立作業性の良い小型軽量な駆動機構、駆動装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレンズ駆動装置１００の組立途中の状態を示した平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るレンズ駆動装置１００の組立途中の状態を概略的に示した側面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係るレバー部材２の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る別例のレンズ駆動装置１００の組立途中の状態を概略的に示した側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るレンズ駆動装置１００を概略的に示した平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るレンズ駆動装置１００を概略的に示した側面図である。 本発明の第２の実施形態に係るレンズ駆動装置１００の組立途中の状態を示した平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るレンズ駆動装置１００の組立途中の状態を概略的に示した側面図である。 本発明の第２の実施形態に係るレンズ駆動装置１００を概略的に示した側面図である。 従来の駆動機構の一例を説明するための側面図である。

符号の説明

１ レンズユニット（被駆動物）
２ レバー部材
２ａ 変位入力部
２ｂ 変位出力部
２ｃ 軸受部
２ｄ 当接部
２ｅ 突起部
３ ＳＭＡアクチュエータ
４ ベース部材
５ 天板
６ 板バネ
７ バイアスバネ
８ 支点脚
１０ レンズ
１２ レンズ駆動枠
１６ 支持部
２１ アーム部
２２ 第１延設部
２３ 第２延設部
２４ 中間部
２４ａ 溝部
３０ 電極
４０、４２ 支持脚
４１ 端部
１００ レンズ駆動装置

Claims (7)

1. ベース部材に設けられた支点部材と、該支点部材に当接する軸受部を中心に、架設された形状記憶合金によって該支点部材に対して相対的に揺動して、変位出力部で係合する被駆動物を所定の方向に移動させるレバー部材と、を備え、前記ベース部材の前記被駆動物が配置される領域の側に設けられ、前記レバー部材の当接部と当接する支持部材を有する駆動機構であって、
   前記レバー部材は、
   前記形状記憶合金を前記レバー部材に架設する前に前記軸受部を前記支点部材に当接させると前記当接部が前記支持部材に当接し、前記支点部材と前記支持部材とによって支持されるように構成されていることを特徴とすることを特徴とする駆動機構。
2. 前記レバー部材は、
   前記軸受部に対し前記変位出力部の側に重心があることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。
3. 前記当接部と前記支持部材とは、
   前記当接部が前記支持部材に当接することにより、前記軸受部を前記支点部材に当接させる分力を発生するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動機構。
4. 被駆動物と、該被駆動物を所定の方向に移動させる請求項１乃至３の何れか１項に記載の駆動機構とを備えていることを特徴とする駆動装置。
5. 前記被駆動物は、
   前記形状記憶合金を前記レバー部材に架設する前に、前記被駆動物を前記変位出力部に当接させると、前記変位出力部を押圧し前記支持部材に前記当接部を圧接するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記レバー部材は、
   前記形状記憶合金を前記レバー部材に架設していないときに前記当接部が前記支持部材から離れる方向に移動するのを規制する突起部を備えることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
7. 前記被駆動物は、レンズユニットであり、該レンズユニットをその光軸方向に移動させることを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の駆動装置。

Images