JP5403916B2 - 駆動機構および駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、形状記憶合金アクチュエータを用いて小型の機械要素を駆動する駆動機構および駆動装置に関し、特に、撮像光学系を構成するレンズユニットを光軸方向に移動するのに好適な駆動機構および駆動装置に関する。

近年、カメラ付き携帯電話機等に搭載される撮像素子の画素数が増大する等、高画質化が飛躍的に進んでおり、これに伴い、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等を付加することが求められている。

これらの機能を付加するには、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り、最近では、形状記憶合金（Shape Memory Alloy：ＳＭＡと称する）アクチュエータを用いたレンズ駆動装置の適用が種々検討されている。この装置は、ＳＭＡを通電加熱する等して収縮力を発生させ、該収縮力をレンズ駆動力として利用するもので、小型化、軽量化が容易で、且つ、比較的大きな駆動力を得ることができるという利点がある。

また、ワイヤ状のＳＭＡ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。さらに、このワイヤ状のＳＭＡと変倍機構（例えばレバー機構）を組み合わせて変位量を拡大したリニア駆動装置を構成することができる。

ＳＭＡアクチュエータを適用したレンズ駆動機構としては、例えば、特許文献１〜３に開示された構造が知られている。これらはいずれもレバー機構によりＳＭＡの動作方向を変更したり、動作量を拡大したりする機構である。

カメラ付き携帯電話機等に高性能なフォーカス機能やズーム機能等を付加する場合には、レンズの位置を制御し、所定の位置で停止させる必要がある。これらを実現するために、レンズの位置を検知する位置センサや、通電時のＳＭＡの抵抗値から換算してレンズの位置を検知する方法を用いて、サーボ制御することが知られている。

しかしながら、このサーボ制御を高速で行うと、ＳＭＡを含む駆動機構が振動を発生して、目的の位置に安定した状態で停止するために長い時間を有する問題が生じる。また、駆動機構全体が発振してしまい、位置制御不能に陥るだけでなく、駆動機構自体が破損する問題が生じる。

さらに、ワイヤ状のＳＭＡを用いた駆動機構においては、機器に外力として衝撃が作用した際に、ＳＭＡが劣化するという問題が生じる。これは、ＳＭＡ駆動機構特有の現象であるが、例えば、落下した場合などで衝撃力が機器に加わった場合、レンズなどに衝撃力が作用する。

これは、レンズを保持しているのは、バイアスばねとＳＭＡにより駆動されるレバー部材であるが、これらの付勢力や駆動力は、前記衝撃力に比べて小さいといえる。そのために、衝撃力が作用すると、レンズは本来の位置を大きく離れて駆動ストロークエンドの当り位置に衝突することになり、レンズだけでなくＳＭＡにも応力が発生する。

また、低摩擦で直進移動を可能とするガイド機構として、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が知られている。そのために、平行板ばね機構とＳＭＡ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４参照）。
特開２００７−５８０７５号公報 特開２００７−５８０７６号公報 特開２００７−６０５３０号公報 特開２００２−１３０１１４号公報

ＳＭＡに所定以上の応力が作用するとＳＭＡは伸びる。この際に、伸び量が少量であれば、ＳＭＡに通電することで復元するが、所定以上の伸び量であれば、永久歪みとして復元しない。このように永久歪みが発生したＳＭＡは、駆動するために所定以上の電流を流す必要が生じ、最大電流を流しても駆動機構を所望範囲駆動ができないという問題を生じる。

一対の平行板ばねからなる平行リンク機構を用いて、被駆動体を挟持する方法では、被駆動体の直進移動を低摩擦状態で行うことができる。しかし、低摩擦状態では、平行板ばねやバイアススプリングなどのばね力によって生じる共振現象を抑制することは困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを適用した駆動機構および駆動装置において、被駆動体を安定的にしかも高速に位置制御を可能とし、また、衝撃力が作用してもＳＭＡの劣化を生じず、さらに、小型軽量化が可能であり、組み立ても容易となる駆動機構および駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、固定部と、駆動力入力部を有する被駆動体と、前記被駆動体を、前記固定部に対して第一軸方向に移動可能に弾性支持する支持部材と、前記駆動力入力部を介して前記被駆動体に駆動力を付与して第一軸方向に駆動する形状記憶合金アクチュエータと、を備え、前記被駆動体と前記固定部との間の、前記駆動力入力部に付与される駆動力と同じ前記第一軸方向に作用する粘弾性力のバランスがとれる位置に粘弾性部材を介装した駆動機構としたことを特徴としている。

上記の構成であれば、被駆動体を粘弾性部材を介して固定部に接続しているので、被駆動体が変位する際には粘弾性部材を変形しながら変位することになり、被駆動体の第一軸方向の変位時にその変位方向に生じる振動エネルギを吸収することになる。そのために、外力が作用して被駆動体が変位しようとしても、その振動エネルギを粘弾性部材が吸収して機器の振動を抑制することができ、形状記憶合金アクチュエータの劣化を抑制し機器の破損を防止することができる。また、形状記憶合金アクチュエータを介して被駆動体を駆動する際に生じる共振の発生を効果的に抑制して、被駆動体の位置制御を高速に、また安定的に行うことができる。また、駆動力と粘弾性力とがバランスして、被駆動体のスムーズな直進移動が可能になる。

また本発明は上記構成の駆動機構において、前記固定部が貫通孔部を有し、前記被駆動体が前記貫通孔部と所定の間隙を有するとともに、前記第一軸方向に直交する面内で対向する位置に一対の駆動入力部を有し、前記粘弾性部材を、一対の前記駆動力入力部を含む前記第一軸方向上にある前記間隙に介装したことを特徴としている。この構成であれば、形状記憶合金アクチュエータの駆動力と同じ軸線方向上領域に粘弾性力が作用し、駆動力と粘弾性力とがバランスして、被駆動体のスムーズな直進移動が可能となる。さらに、元々設けられている間隙部分に粘弾性部材を充填するだけでよく、小型軽量化が可能となる。

また本発明は上記構成の駆動機構において、前記固定部が貫通孔部を有し、前記被駆動体が前記貫通孔部と所定の間隙を有し、前記粘弾性部材を、前記間隙の全周部に介装したことを特徴としている。この構成であれば、被駆動体と粘弾性部材との接触面積を大きくすることができ、大きな粘弾性効果を発揮することができる。

また本発明は上記構成の駆動機構において、前記固定部が貫通孔部と垂下部とを有し、前記被駆動体が前記貫通孔部と所定の間隙を有するとともに、前記第一軸方向に直交する面内で対向する位置に一対の駆動力入力部を有し、前記垂下部は、前記固定部の一対の前記駆動力入力部に対向する位置に設けられ、前記垂下部と前記被駆動体の前記駆動力入力部を含む領域とに前記粘弾性部材を介装したことを特徴としている。この構成であれば、垂下部と被駆動体とを接続するように粘弾性部材を介装して、被駆動体を移動させる駆動力が作用する軸線方向上領域と同じ領域に振動エネルギを吸収する粘弾性部材を配設することで、制振効果を発揮することができる。

また本発明は上記構成の駆動機構において、前記粘弾性部材は、粘弾性樹脂もしくは弾性接着剤であることを特徴としている。この構成であれば、機器組み立て後に、所定の部位に粘弾性樹脂もしくは弾性接着剤を付着することで所望の粘弾性効果を発揮するので組み立てが容易となる駆動機構を得ることができる。

また本発明は上記構成の駆動機構において、さらに、前記形状記憶合金アクチュエータの駆動力を前記駆動力入力部に伝達する変位部材を備え、前記変位部材は、前記形状記憶合金アクチュエータを懸架する変位入力部と、前記被駆動体の両側を包囲するアーム形状であって前記駆動力入力部と係合する変位出力部とを備えたレバー部材であることを特徴としている。この構成であれば、レバー部材を介して形状記憶合金アクチュエータの変位量を拡大して、被駆動体を変位させる際にも、振動を防止することができる。

また本発明は、貫通孔部を有するベース部材を備える固定部と、前記ベース部材に装着する支持部材を介して前記貫通孔部内をその軸線方向に往復移動自在に支持される被駆動体を備え、前記ベース部材に装着する形状記憶合金ワイヤを介して前記移動の駆動力を得る駆動装置において、前記形状記憶合金ワイヤの変位量を拡大するレバー部材を介して前記被駆動体を移動すると共に、前記レバー部材を、前記被駆動体の軸線を挟む両外側に設ける係合突部に係合して前記被駆動体をその軸線方向に移動させる駆動アームと、該駆動アームを揺動自在に支持する軸支部と、該軸支部から垂下して前記駆動アームと屈曲して設けられる延設アームを有する構成とし、前記軸支部を支持する支持脚を前記ベース部材に設け、前記延設アームの先端側に設ける懸架部に懸架する前記形状記憶合金ワイヤの収縮により前記延設アームを介して前記駆動アームを揺動する構成とし、前記被駆動体と前記固定部との間の、少なくとも両外側に設けられた前記係合突部に付与れる駆動力と同じ軸線方向に作用する粘弾性力のバランスがとれる位置に粘弾性部材を介装したことを特徴としている。

上記の構成であれば、外力が作用して被駆動体が移動しようとしても、その振動エネルギを粘弾性部材が吸収して機器の振動を抑制することができ、機器の破損を防止することができる。また、形状記憶合金ワイヤを介して被駆動体を移動する際に生じる共振の発生を効果的に抑制可能な駆動装置を得ることができる。また、駆動力と粘弾性力とがバランスして、被駆動体のスムーズな直進移動が可能になる。

また本発明は上記の構成の駆動装置において、前記粘弾性部材は、粘弾性樹脂もしくは弾性接着剤であることを特徴としている。この構成であれば、装置組み立て後に、被駆動体周囲の空隙部に粘弾性樹脂もしくは弾性接着剤を付着することで所望の粘弾性効果を発揮するので組み立てが容易となる駆動装置を得ることができる。

また本発明は上記の構成の駆動装置において、前記ベース部材の貫通孔部と前記被駆動体との間隙の、少なくとも前記係合突部が位置する軸線方向上領域に、前記粘弾性部材を介装したことを特徴としている。この構成であれば、被駆動体を移動させる駆動力が作用する軸線方向上領域と同じ領域に振動エネルギを吸収する粘弾性部材を配設することで、前記駆動力と同じ軸線方向上領域に粘弾性力が作用し、これらの力がバランスされて、被駆動体のスムーズな直進移動が可能となる。

また本発明は上記の構成の駆動装置において、前記間隙の全周部に、前記粘弾性部材を介装したことを特徴としている。この構成であれば、被駆動体のさらに良好な直進移動を可能とすると共に、被駆動体と粘弾性部材との接触面積を大きくして、大きな粘弾性効果を発揮することができる。

また本発明は上記の構成の駆動装置において、前記形状記憶合金ワイヤを、前記懸架部を巻回部として前記被駆動体の外側を挟むようにＬ字状もしくはＵ字状に掛け渡して装着することを特徴としている。この構成であれば、駆動源として使用する形状記憶合金ワイヤの長さを長くすることができる。また、Ｌ字状もしくはＵ字状に配設する形状記憶合金ワイヤによって、レバー部材を確実に、またバランスよく駆動することができる。

また本発明は上記の構成の駆動装置において、前記被駆動体がレンズ鏡胴であり、前記軸線が光軸であって、前記ベース部材が前記光軸と直交する方向の断面が矩形であり、前記ベース部材の中央部に前記レンズ鏡胴が挿通自在な円形の貫通孔部が形成されており、前記矩形の一隅に前記支持脚を設け、前記一隅に隣接した１隅または２隅に前記形状記憶合金ワイヤの電極固定部を設けたことを特徴としている。この構成であれば、小型のレンズユニットにも搭載可能な駆動装置となって、レンズの光軸方向の直進移動を保障して振動を抑制して機器の破損も防止することができるので、携帯電話等にも搭載可能なレンズの駆動装置となる。

本発明によれば、ＳＭＡアクチュエータを適用した駆動機構および駆動装置において、被駆動体を粘弾性部材を介して固定部と接続する構成とすることで、被駆動体の振動を防止しＳＭＡの劣化を防止することができる。また、被駆動体を安定的にしかも高速に位置制御可能とすると共に、小型軽量化が可能であり、組み立ても容易となる駆動機構および駆動装置を得ることができる。また、駆動力と粘弾性力とがバランスして、被駆動体のスムーズな直進移動が可能になる駆動機構および駆動装置を得ることができる。

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、本発明に係る駆動装置の平面図を示し、（ａ）は第一実施形態の平面図であり、（ｂ）は第二実施形態の平面図である。図２は、本発明に係る駆動装置の側面図を示し、（ａ）は第一実施形態の側面図であり、（ｂ）はその変形例の第三実施形態の側面図である。図３は、衝撃が加わった際の現象を説明する側面図であり、（ａ）は粘弾性部材を備えていない駆動装置の場合を示し、（ｂ）は粘弾性部材を備える第一実施形態の場合を示す。図４に、粘弾性部材を備えていない駆動装置を示し、（ａ）に平面図を、（ｂ）に駆動力が作用していない時の側面図を、（ｃ）に駆動力が作用した時の側面図を示す。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。

先ず、粘弾性部材が介装されていない駆動装置Ｂ１について図４より説明する。この駆動装置Ｂ１は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、主に、被駆動体１（例えばレンズ１０を備えるレンズユニット）、該被駆動体１をその移動する軸線方向（第一軸方向：例えば光軸ＡＸ方向）に移動する変位部材２、該変位部材２が備える変位入力部に変位力を付与する形状記憶合金アクチュエータ（ＳＭＡアクチュエータ）３を備えており、これらをベース部材４に一体的に組み付けた構成とされている。

また、被駆動体１をベース部材４に対して弾性支持する支持部材として一対の平行板ばね６（６Ａ、６Ｂ）と、所定方向に付勢するバイアスばね７を用いる構成としている。例えば、被駆動体１の一端部をベース部材４に装着する第一板ばね６Ａで支持し、他端部を天板５に装着する第二板ばね６Ｂで支持し、変位部材２が移動させる方向とは逆方向に付勢するバイアスばね７を、前記他端部とカバー部材Ｎ間に配設する。図４（ａ）の平面図では、便宜上天板５と平行板ばね６およびバイアスばね７は省略している。

ベース部材４は、当該駆動装置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、例えばレンズ駆動装置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、例えば、平面視正方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。

被駆動体１がレンズユニットであれば、撮影レンズと該レンズを保持するレンズ駆動枠と該レンズ駆動枠を収納する鏡筒を備えており、撮影レンズをその光軸ＡＸ方向の最適な合焦位置に移動させる結像光学系を構成している。また、被駆動体１の移動側（対物側）先端の外周縁部の相対向する二箇所に、周方向に１８０°の角度差を有して、変位部材２の駆動アームと係合する一対の係合突部１６が突設されている。

被駆動体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。詳しくは、一対の前記係合突部１６が、丁度ベース部材４の一対の対角の近傍に位置するように配置されている。ベース部材４および天板５には、それぞれ平行板ばね６（第一板ばね６Ａと第二板ばね６Ｂ）が固定されており、これら平行板ばねにレンズユニットである被駆動体１が固定されている。

これによって、被駆動体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る。つまり、被駆動体１は支持部材を介して、固定部と所定の間隙をもって第一軸方向に移動可能に支持されている。なお、天板５は、前記ベース部材４に対して図外の支柱等を介して固定してもよく、ベース部材４と一体構造としてもよく、ベース部材と同様に固定された部材である。

変位部材２は、ＳＭＡアクチュエータの駆動力を被駆動体１に伝達する部材であり、前記ＳＭＡアクチュエータを懸架する変位入力部と、前記駆動力を伝達する変位出力部とを備えており、揺動中心となる軸支部と、前記被駆動体１の両側を包囲するアーム形状であって前記係合突部１６に係合して被駆動体１の光軸ＡＸ方向の駆動力を付与する駆動アームを備えるレバー部材とされている。そのために、これ以降、変位部材２をレバー部材２として説明する。

レバー部材２は、被駆動体１の側方、具体的には、ベース部材４の角部であって、被駆動体１の前記係合部１６が位置する角部以外の一つの角部に設置されている。このレバー部材２は、図４（ｂ）に示すように、被駆動体１に駆動力を付与するアーム部として、光軸ＡＸと直交する方向に位置する駆動アーム２１を備えている。また、この駆動アーム２１の基端部分から光軸ＡＸ方向に延びる延設アーム２２を備えて、側面視逆Ｌ字型の形状をしており、この基端部に設けられる屈曲部に軸支部２０が形成され、ベース部材４に立設された支持脚８に揺動自在に装着されている。さらに、軸支部２０から離れた延設アーム２２の先端部にＳＭＡアクチュエータとして形状記憶合金ワイヤ３が懸架される懸架部２３が形成されている。

そのために、前記形状記憶合金ワイヤ３が通電され収縮すると、懸架部２３が光軸ＡＸに近づく方向に付勢され、レバー部材２が前記軸支部２０を中心として揺動し、駆動アーム２１が係合突部１６を光軸ＡＸ方向に押し上げることになる。つまり、この懸架部２３が変位入力部２Ａとなり、前記駆動アーム２１の前記係合突部１６との当接部が変位出力部２Ｂとなり、係合突部１６が駆動力入力部となる。

駆動アーム２１は、例えば図４（ａ）に示すように、環状の被駆動体１の外周に沿うように、平面視で円弧状に形成されている。また、相対向して設けられる係合突部１６まで延設され、全体として被駆動体１の片側半分を包囲するように形成されている。

形状記憶合金ワイヤ３は、レバー部材２に前記駆動力を付与するもので、例えば、Ｎｉ−Ｔｉ合金等の形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤからなる線状アクチュエータである。この形状記憶合金ワイヤ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、所定の張力を付加されることで伸長し、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、形状記憶合金ワイヤ３を通電加熱することで、上述の相変態を行わせている。これは、形状記憶合金ワイヤ３は所定の抵抗値を有する導体であることから、当該形状記憶合金ワイヤ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、形状記憶合金ワイヤ３の両端には、通電加熱用の第一電極３０Ａおよび第二電極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。

前記懸架部２３を巻回部として前記被駆動体の外側を挟むようにＬ字状もしくはＵ字状に掛け渡して、レバー部材２の延設アーム２２に対して「く」字状に折り返すように掛け渡されている形状記憶合金ワイヤ３に、前記電極３０Ａ、３０Ｂを介して通電すると、加熱されて収縮し、レバー部材２を揺動する。

尚、電極３０Ａ、３０Ｂは、ベース部材４上の、被駆動体１の係合突部１６の近傍にそれぞれ配置されている。また、それぞれの折り返し部から電極部までの形状記憶合金ワイヤ３の長さを略等しい長さとしておくことで、変位入力部２Ａとなる懸架部２３両側の形状記憶合金ワイヤ３の伸縮量が等しくなって、形状記憶合金ワイヤ３とレバー部材２との擦れが防止される。また、前記懸架部２３は、Ｖ溝状とされていて、このＶ溝状の懸架部２３に形状記憶合金ワイヤ３を掛け渡すことで、レバー部材２に対して形状記憶合金ワイヤ３を安定的に懸架することができる。

バイアスばね７は、形状記憶合金ワイヤ３の作動（収縮）により前記変位出力部２Ｂが移動する向きとは逆向きに、被駆動体１を光軸ＡＸ方向に付勢するものである。このバイアスばね７は、被駆動体１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、被駆動体１の頂面に一端側（例えば下端側）が当接している。なお、バイアスばね７の他端側（例えば上端側）は、例えば携帯電話機のハウジング内面等、不動部となるカバーＮに当接している。

バイアスばね７の力量は、形状記憶合金ワイヤ３によってレバー部材２に付与される駆動力よりも弱いものとされ、これにより、形状記憶合金ワイヤ３が作動していないときは、被駆動体１がベース部材４側に向けて押圧される。一方、形状記憶合金ワイヤ３が作動するとバイアスばね７の付勢力に抗して被駆動体１が反対方向（対物側）に移動する。つまり、バイアスばね７は、形状記憶合金ワイヤ３に通電加熱が行われていない時に、被駆動体１をホームポジションに復帰させるバイアス荷重を与えるものである。

尚、形状記憶合金ワイヤ３は、作動していない状態では、被駆動体１（係合突部１６）およびレバー部材２を介して作用するバイアスばね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、その作動状態に拘らず、常に前記レバー部材２（駆動アーム２１）を被駆動体１（係合突部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、形状記憶合金ワイヤ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。

通電加熱が行われていない形状記憶合金ワイヤ３の停止（伸長）時には、バイアスばね７の押圧力により被駆動体１がベース部材４側に押圧されホームポジションに保持される（図４（ｂ）参照）。一方、形状記憶合金ワイヤ３が作動（収縮）すると、この作動によりレバー部材２の変位入力部２Ａに駆動力Ｆが付与されてレバー部材２が揺動し、この揺動により変位出力部２Ｂが光軸ＡＸ方向に移動する（図４（ｃ）参照）。その結果、被駆動体１に対物側への駆動力が付与され、被駆動体１がバイアスばね７の押圧力に抗して移動する。また、この際に、形状記憶合金ワイヤ３への通電電流を制御して、前記駆動力Ｆの力量を調整し、レバー部材２を揺動する駆動力を加減して、被駆動体１の変位量を調整することができる。

形状記憶合金ワイヤ３への通電が停止（もしくは電圧が所定値まで低下）され、形状記憶合金ワイヤ３が冷却されてマルテンサイト相に復帰すると、前記駆動力Ｆが消失し、バイアスばね７の押圧力により、被駆動体１が光軸ＡＸ方向に沿ってホームポジションに復帰する。このように、形状記憶合金ワイヤ３への通電オン・オフによって、被駆動体１を光軸ＡＸ方向に沿って変位させることができ、通電電流を制御して、駆動力Ｆの力量を調整し被駆動体１の変位量を調整することができる。

上記のような構成の駆動機構および駆動装置であれば、形状記憶合金ワイヤ３の作動に応じて被駆動体１を、第一軸方向（光軸ＡＸ方向）に沿って良好に移動させることができる。

しかし、弾性を有する形状記憶合金ワイヤ３やバイアスばね７等を介装した駆動機構および駆動装置であるので、駆動時や衝撃などの外力が付加された際に振動を生じる。その振動の様子について図５より説明する。

図５（ａ）には本発明に係る粘弾性部材を介装して制振効果を発揮した振動波形を示し、図５（ｂ）に、粘弾性部材を介装していない従来のレンズユニット駆動装置を用いて駆動した際に生じる振動波形を示し、図５（ｃ）に、従来のレンズユニット駆動装置においてさらに大きな振動を付加した際の振動波形を示している。

この図から明らかなように、弾性を有する形状記憶合金ワイヤ３とバイアスばね７を用いた駆動機構および駆動装置においては、レンズユニットの停止目標位置に対して、行き過ぎと戻り過ぎを繰り返しながら目標位置まで収束していく振動波形（図５（ｂ）参照）となっている。またさらに振動が大きい場合には、図５（ｃ）に示す振動波形のようになかなか収束せず、長い間振動する状態となる。この静定しない状態を一般的に発振といい、このような状態では形状記憶合金ワイヤ３に過大な応力が発生し続けることから、形状記憶合金ワイヤ３の劣化や断線を引き起こし、形状記憶合金を用いた駆動機構として重大な欠陥となる。

そこで、本実施の形態においては、固定部と、被駆動体と、該被駆動体に駆動力を付与して第一軸方向に駆動するＳＭＡアクチュエータ（形状記憶合金ワイヤ）とを備えた構成の駆動機構において、前記被駆動体と前記固定部とを、粘弾性部材を介して接続する構成とし、図５（ａ）に示すような制振効果を発揮して、応答時間を短くしてレンズユニットを目標位置まで速やかに移動する構成としたものである。

次に、本発明に係る駆動機構を備え粘弾性部材を装着した第一実施形態の駆動装置Ａ１について、図１（ａ）および図２（ａ）より説明する。先ず、第一実施形態の駆動装置Ａ１が有する粘弾性部材の装着位置とその効果について説明する。この駆動装置Ａ１は、被駆動体１とベース部材４の貫通孔部との間隙ＣＬに粘弾性部材１１（１１Ａ）を介装して、前記被駆動体１と前記ベース部材４とを、粘弾性部材１１（１１Ａ）を介して接続する構成としたものである。

前記駆動装置Ａ１は、被駆動体１を軸方向に往復移動させるために、被駆動体３の外側を挟むようにＬ字状もしくはＵ字状に掛け渡して装着される形状記憶合金ワイヤ３と、該ワイヤの変位量を拡大して被駆動体１を光軸ＡＸ（第一軸方向）に変位させるレバー部材２とを備えている。

この際に、形状記憶合金ワイヤ３は、対角上の２隅に設ける電極３０Ａ、３０Ｂにその両端を固定し、懸架部２３を巻回するようにして装着されているので、駆動源として使用する形状記憶合金ワイヤの長さを長くすることができる。また、Ｌ字状もしくはＵ字状に配設する形状記憶合金ワイヤ３によって、レバー部材２を確実に、またバランスよく駆動することができるので好適である。

上記のような駆動機構を備える駆動装置において、ベース部材４と被駆動体１との間の間隙ＣＬに粘弾性部材１１（１１Ａ）を介装することで、被駆動体１が粘弾性部材１１（１１Ａ）を介して固定部と接続される構成となり、被駆動体１の往復移動時にその移動方向に生じる振動エネルギを吸収可能となる。また、粘弾性部材１１の装着位置は、ベース部材４と被駆動体１との間隙の、少なくとも、平面視で被駆動体１の係合突部１６を含む軸線方向上領域に介装することが好ましい。これは、被駆動体１を移動させる駆動力が作用する軸線方向上と同じ領域に振動エネルギを吸収する粘弾性部材１１を配設することで、前記駆動力と同じ軸線方向上領域に粘弾性力が作用し、バランスされて、被駆動体１のスムーズな直進移動が可能となるからである。

上記したように、被駆動体１が備える駆動力入力部（係合突部１６が相当）を含む軸線（第一軸）方向上にある間隙ＣＬに、粘弾性部材を介装することで、形状記憶合金ワイヤ（ＳＭＡアクチュエータ）３の駆動力と同じ軸線方向上領域に粘弾性力が作用し、駆動力と粘弾性力とがバランスして、被駆動体のスムーズな直進移動が可能となる。

また、粘弾性部材１１を間隙ＣＬの複数個所に介装することも、間隙ＣＬの全周に亘って介装することも可能であり、所望される制振効果の大きさによって加減することができる。所望の制振効果が発揮される場合の振動波形を図５（ａ）に示す。この図から明らかなように、粘弾性部材１１を介装することで振動エネルギを吸収して、目標位置に移動して停止するまでの応答時間を短くして、被駆動体１を安定的にしかも高速に位置制御を可能となる。また、衝撃力が作用してもその衝撃力を緩和すると共に速やかに制振するのでＳＭＡの劣化や断線を生じない。さらに、この粘弾性部材装着作業は、装置組み立て後の、被駆動体１とベース部材４との間隙ＣＬの所定領域に粘弾性部材１１を充填するように介装するだけでよいので、組み立て作業も容易となる駆動機構および駆動装置を得ることができる。

この粘弾性部材１１としては、接着性があり、弾性を有し、柔らかい物質で振動を吸収する材料を用いることができ、例えば、シリコーンゲル等の粘弾性樹脂や、塗布後にゴム状弾性体となる弾性接着剤などを用いることができる。

また、粘弾性部材１１（１１Ａ）の介装位置は、前記駆動装置Ａ１では、平面視で被駆動体１の係合突部１６を含む領域のベース部材４と被駆動体１との間隙の一部を利用することができる。制振する振動の大きさがそれほど大きくない場合には、この程度の領域に粘弾性部材１１Ａを介装するだけで所望される制振効果を発揮することができる。しかし、より大きな制振効果が要求される場合には、図１（ｂ）の第二実施形態の駆動装置Ａ２に示すように、ベース部材４の貫通孔部と前記被駆動体１との間隙ＣＬの全周部を充填するように粘弾性部材１１Ｂを介装することができる。この構成の駆動装置Ａ２であれば、被駆動体１と粘弾性部材１１Ｂとの接触面積を大きくすることができ、大きな粘弾性効果を発揮し、大きな制振効果を得ることができる。

また、被駆動体１の全周に粘弾性部材１１Ｂを介装する構成であれば、駆動方向と直交する半径方向の変位を周囲の粘弾性部材１１Ｂが防止して、被駆動体の直進移動を補助する機能も発揮する。

さらに、ベース部材４に代えて、その他の固定部と被駆動体１とを粘弾性部材を介して接続することでも制振効果を発揮する。例えば図２（ｂ）に示す前記駆動装置Ａ１の変形例である第三実施形態の駆動装置Ａ３のように、カバー部材Ｎを利用して粘弾性部材１１Ｃを介装することもできる。この際には、変位出力部に位置する係合突部１６を含む領域に介装することが好ましい。これは、第一実施形態の駆動装置Ａ１と同様に、被駆動体１を移動させる駆動力が作用する軸線方向上領域と同じ領域に振動エネルギを吸収する粘弾性部材１１を配設するためである。また、粘弾性部材１１Ｃの介装を容易とするために、介装部に垂下部Ｎ１を設けて、該垂下部Ｎ１と被駆動体１とを接続するように粘弾性部材１１Ｃを介装することができる。

さらに、係合突部１６を含む領域に加えて周囲の複数個所に、図中の想像線に示す第二の垂下部Ｎ２を設けて、別の粘弾性部材１１Ｄを介装する構成としてもよい。いずれにしても、移動する被駆動体１と周囲の固定部との間隙を粘弾性部材１１で埋める構成とすることで、制振効果を発揮し、特別な部品を追加しない簡単な構成で被駆動体の移動方向に生じる共振を容易に抑制する駆動機構および駆動装置を得ることができる。被駆動体１と周囲の固定部とを粘弾性部材で接続する際にも、変位する前記被駆動体１の軸線方向上領域の、少なくとも前記係合突部を含む領域に粘弾性部材を介装して、前記被駆動体１を固定部に接続することが好ましい。

また、粘弾性部材を介装した駆動装置の制振効果を見るために行った周波数応答特性の計測実験の結果を図６に示す。この周波数応答特性とは、機器に入力される動作信号の周波数（速さ）に対して、機器がどのような振幅で動くかを示すものであり、機器の振動を評価する方法としてよく知られたものである。図６（ａ）は、粘弾性部材を介装していない駆動装置の周波数応答特性であり、図６（ｂ）は、粘弾性部材をベース部材と前記被駆動体との間隙の全周に介装した本実施形態例の周波数応答特性を示す。

図から明らかなように、粘弾性部材１１を介装していない駆動装置Ｂ１では、２００Ｈｚ付近に大きな振幅が見られる。このように局所的に大きな振幅を示す箇所を共振と呼び、共振時の入力信号の周波数および振幅値で機器の振動の程度が推察される。共振の振幅が大きいほど機器の振動は大きく、共振の周波数が低いほど、制御時に振動が発生しやすくなる。したがって、この共振時の振幅をより小さく、より高周波にすることが制御時の機器の振動を小さくすることであり、振動を小さくすることができれば高速で制御可能となる。

つまり、粘弾性部材を介装していない駆動装置Ｂ１では共振部Ｇ１が発生している。しかし、図６（ｂ）に示すように、粘弾性部材を効果的な所定部位に介装することで、共振応答が全くない応答Ｇ２を得ることができ、局所的に発生する大きな振幅を防止することができる。このように、ベース部材４と前記被駆動体１との間隙に粘弾性部材１１を介装することで、共振現象を防止することができる。また、この例であれば、図５（ａ）のような振動波形となり、短い応答時間で高速制御が可能なレンズ駆動装置を構成することができる。

粘弾性部材１１は、粘性の度合い、弾性力等によって様々な種類が存在し、効果的に振動を抑えるためには、最適な物性値を有する材料を選定する必要がある。しかしながら、これらの物性値を細かくコントロールすることは難しく、そのため、粘弾性部材の量、および接続する部分の面積をコントロールすることで効果の度合いを変更することが可能である。

例えば、ベース部材４と被駆動体１との間隙の一部に介装する方式では、量と面積が小さく、粘弾性効果も比較的小さい例である。しかし、この場合は、被駆動体１が粘弾性部材から受ける抵抗力も小さくなることから、被駆動体の往復駆動の損失を小さくできる利点がある。

また、ベース部材４と被駆動体１との間隙の全周に亘って粘弾性部材を介装する方式では、量と面積が大きく、粘弾性効果が比較的大きい例である。しかしながら、レバー部材２が受ける抵抗力が大きくなる。このように、粘弾性部材の量や接触面積により、振動を抑える効果や、レバー部材が受ける抵抗力が異なるから、粘弾性部材の特性と合わせて、それらを適宜変更することで、効果的に振動を抑えることができる。

次に、衝撃が加わった際の現象について図３から説明する。図３（ａ）は粘弾性部材を備えていない駆動装置Ｂ１の場合を示し、図３（ｂ）に粘弾性部材を備える第一実施形態の場合（駆動装置Ａ１の場合）を示す。

この駆動装置に図面の下向きに外力として衝撃力Ｆ１が作用すると、変位出力部２Ｂを介してレバー部材２が押し下げられ、形状記憶合金ワイヤ３を引っ張る方向の力Ｆ２が作用する。これは、レバー部材２を介して釣り合っているバイアスばね７のばね力と形状記憶合金ワイヤ３のばね力よりも、衝撃力Ｆ１が十分大きいからである。このような衝撃力Ｆ１が作用すると、被駆動体１が移動し可動端に衝突して停止するが、この衝突時に機器および形状記憶合金ワイヤ３にはさらに大きな力が加わることになる。

そのために、図３（ａ）に示す粘弾性部材を備えていない駆動装置Ｂ１では、形状記憶合金ワイヤ３に所定以上の応力が加わって伸びる。この伸びが少量であれば、形状記憶合金ワイヤ３に通電することで元に戻るが、所定以上の伸びであれば、永久歪みとして残り元に戻らない。永久歪みを発生して緩んだ形状記憶合金ワイヤ３は、レバー部材２を駆動するために所定以上の電流を流す必要があったり、または、最大電流を流しても駆動装置を十分駆動できないなど、大きな問題となる。

同じ衝撃力Ｆ１が本実施形態の駆動装置Ａ１に作用すると、図３（ｂ）に示すように、粘弾性部１１を介して戻り力Ｆ３が発生する。そのために、形状記憶合金ワイヤ３を引っ張る力Ｆ２が小さくなる。さらに、被駆動体１が移動し可動端に衝突しても、その際の衝撃力も緩和され、形状記憶合金ワイヤ３に付加される力は小さくなる。

上記したように、粘弾性部材を介装した本実施形態では、衝撃力が付加された際に、形状記憶合金ワイヤ３に作用する力を小さくすることができ、衝撃力による形状記憶合金ワイヤ３が伸ばされる問題を解決することができる。

また、本発明は、粘弾性部材を用いることから、従来例の機器の大きさを変えることなく実施可能であり、機器の小型化に貢献する。さらに、被駆動体と、ベース部材等の固定部との間隙に粘弾性部材を介装する作業は容易であり、組み立て作業性が良好となる。

先に示した図１（ａ）に示す駆動装置Ａ１、図１（ｂ）に示す駆動装置Ａ２、図２（ｂ）に示す駆動装置Ａ３は、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用いることができる。その際には、被駆動体１がレンズ鏡胴であり、軸心が光軸となる。また断面が円形のレンズ鏡胴を支持するベース部材４を、前記光軸と直交する方向の断面を矩形とする直方体ユニットとすることで、レンズ鏡胴の周囲の四隅を構成部品装着スペースとして利用可能となる。そのために、前記矩形の一隅に、レバー部材２を軸支し形状記憶合金ワイヤ３を巻回するための支持脚８を設けることが容易となり、この一隅に隣接する１隅または２隅に形状記憶合金ワイヤの電極固定部を設けることができる。例えば、前記一隅に隣接した２隅に前記形状記憶合金ワイヤ３の電極３０Ａ、３０Ｂを設けることができる。この構成であれば、小型のレンズユニットにも搭載可能な駆動装置となって、レンズの光軸方向の直進移動を行うことが容易となり、携帯電話等にも搭載可能なレンズの駆動装置となる。

この際に、前述したように、移動するレンズ鏡胴とベース部材４との間隙を粘弾性部材で充填し、レンズ鏡胴とベース部材とを粘弾性部材を介して接続して、制振機能を発揮する構成としているので、レンズ鏡胴を光軸方向に共振することなく安定して直進移動させることが可能となる。

以上説明したように、本発明に係る駆動機構によれば、被駆動体と固定部とが粘弾性部材を介して接続される構成としているので、被駆動体の往復移動時にその移動方向に生じる振動エネルギを粘弾性部材が吸収する機構構成となる。そのために、外力が作用しても、その振動エネルギを粘弾性部材が吸収して機器の過大な振動を抑制し、ＳＭＡアクチュエータの劣化を抑制して機器の破損を防止することができる。また、ＳＭＡアクチュエータを介して被駆動体を駆動する際に生じる共振の発生を効果的に抑制して、被駆動体の位置制御を高速に、また安定的に行うことができる。

さらに、本発明に係る駆動装置によれば、落下したりして衝撃力が付加されても、機器の過大な振動を抑制し、機器の破損や形状記憶合金ワイヤの劣化を防止すると共に、被駆動体を安定的にしかも高速に位置制御を可能とし、小型軽量化が可能で組み立て作業性のよい駆動装置を得ることができる。

上記したように本発明によれば、ＳＭＡアクチュエータを適用した駆動機構および駆動装置において、被駆動体と固定部とを粘弾性部材を介して接続する簡単な構成で、被駆動体の振動を防止しＳＭＡの劣化を防止することができる。また、被駆動体を安定的にしかも高速に位置制御可能とすると共に、小型軽量化が可能であり、組み立ても容易となる。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適用可能な駆動機構および駆動装置となる。

は、本発明に係る駆動装置の平面図を示し、（ａ）は第一実施形態の平面図であり、（ｂ）は第二実施形態の平面図である。 は、本発明に係る駆動装置の側面図を示し、（ａ）は第一実施形態の側面図であり、（ｂ）はその変形例の第三実施形態の側面図である。 は、衝撃が加わった際の現象を説明する側面図であり、（ａ）は粘弾性部材を備えていない駆動装置の場合を示し、（ｂ）は粘弾性部材を備える第一実施形態の場合を示す。 は、粘弾性部材を備えていない駆動装置を示し、（ａ）に平面図を、（ｂ）に駆動力が作用していない時の側面図を、（ｃ）に駆動力が作用した時の側面図を示す。 は、振動波形を示し、（ａ）は本発明に係る粘弾性部材を介装して制振効果を発揮した振動波形であり、（ｂ）は、粘弾性部材を介装していない従来のレンズユニット駆動装置を用いて駆動した際に生じる振動波形であり、（ｃ）は、従来のレンズユニット駆動装置においてさらに大きな振動を付加した際の振動波形である。 は、周波数応答特性を示し、（ａ）は、粘弾性部材を介装していない駆動装置の周波数応答特性であり、（ｂ）は、粘弾性部材をベース部材と前記被駆動体との間隙に介装した本実施形態例の周波数応答特性である。

符号の説明

１ 被駆動体
２ 変位部材（レバー部材）
２Ａ 変位入力部
２Ｂ 変位出力部
３ 形状記憶合金ワイヤ（ＳＭＡアクチュエータ）
４ ベース部材（固定部）
６ 平行板ばね（支持部材）
６Ａ 第一板ばね
６Ｂ 第二板ばね
７ バイアスばね
１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ） 粘弾性部材
２１ 駆動アーム
２２ 延設アーム
２３ 懸架部
Ａ１ 駆動装置（第一実施形態）
Ａ２ 駆動装置（第二実施形態）
Ａ３ 駆動装置（第三実施形態）
ＡＸ 光軸（第一軸）
ＣＬ 間隙

Claims (8)

1. 固定部と、
   駆動力入力部を有する被駆動体と、
   前記被駆動体を、前記固定部に対して第一軸方向に移動可能に弾性支持する支持部材と、
   前記駆動力入力部を介して前記被駆動体に駆動力を付与して前記第一軸方向に駆動する形状記憶合金アクチュエータと、を備え、
   前記被駆動体と前記固定部との間の、前記駆動力入力部に付与される駆動力と同じ軸線方向上領域に粘弾性力が作用し、駆動力と粘弾性力とがバランスする位置に粘弾性部材を介装した駆動機構において、
   前記固定部が貫通孔部を有し、
   前記被駆動体が前記貫通孔部と所定の間隙を有するとともに、前記第一軸方向に直交する面内で対向する位置に一対の前記駆動入力部を有し、
   前記粘弾性部材を、一対の前記駆動力入力部を含む前記第一軸方向上にある前記間隙に介装したことを特徴とする駆動機構。
2. 固定部と、
   駆動力入力部を有する被駆動体と、
   前記被駆動体を、前記固定部に対して第一軸方向に移動可能に弾性支持する支持部材と、
   前記駆動力入力部を介して前記被駆動体に駆動力を付与して前記第一軸方向に駆動する形状記憶合金アクチュエータと、を備え、
   前記被駆動体と前記固定部との間の、前記駆動力入力部に付与される駆動力と同じ軸線方向上領域に粘弾性力が作用し、駆動力と粘弾性力とがバランスする位置に粘弾性部材を介装した駆動機構において、
   前記固定部が貫通孔部と垂下部とを有し、
   前記被駆動体が前記貫通孔部と所定の間隙を有するとともに、前記第一軸方向に直交する面内で対向する位置に一対の駆動力入力部を有し、
   前記垂下部は、前記固定部の一対の前記駆動力入力部に対向する位置に設けられ、
   前記垂下部と前記被駆動体の前記駆動力入力部を含む領域とに前記粘弾性部材を介装したことを特徴とする駆動機構。
3. 前記粘弾性部材は、粘弾性樹脂もしくは弾性接着剤であ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. さらに、前記形状記憶合金アクチュエータの駆動力を前記駆動力入力部に伝達する変位部材を備え、
   前記変位部材は、前記形状記憶合金アクチュエータを懸架する変位入力部と、前記被駆動体の両側を包囲するアーム形状であって前記駆動力入力部と係合する変位出力部とを備えたレバー部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の駆動機構。
5. 貫通孔部を有するベース部材を備える固定部と、前記ベース部材に装着する支持部材を介して前記貫通孔部内をその軸線方向に往復移動自在に支持される被駆動体を備え、前記ベース部材に装着する形状記憶合金ワイヤを介して前記移動の駆動力を得る駆動装置において、
   前記形状記憶合金ワイヤの変位量を拡大するレバー部材を介して前記被駆動体を移動すると共に、
   前記レバー部材を、前記被駆動体の軸線を挟む両外側に設ける係合突部から成る駆動力入力部に係合して前記被駆動体をその軸線方向に移動させる駆動アームと、該駆動アームを揺動自在に支持する軸支部と、該軸支部から垂下して前記駆動アームと屈曲して設けられる延設アームを有する構成とし、
   前記軸支部を支持する支持脚を前記ベース部材に設け、前記延設アームの先端側に設ける懸架部に懸架する前記形状記憶合金ワイヤの収縮により前記延設アームを介して前記駆動アームを揺動する構成とし、
   前記被駆動体と前記固定部との間の、少なくとも両外側に設けられた前記駆動力入力部に付与される駆動力と同じ軸線方向上領域に粘弾性力が作用し、駆動力と粘弾性力とがバランスする位置に粘弾性部材を介装し、
   前記粘弾性部材が、前記ベース部材の前記貫通孔部と前記被駆動体との間隙の、少なくとも前記駆動力入力部が位置する軸線方向上領域に介装されることを特徴とする駆動装置。
6. 前記粘弾性部材は、粘弾性樹脂もしくは弾性接着剤であることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
7. 前記形状記憶合金ワイヤを、前記懸架部を巻回部として前記被駆動体の外側を挟むようにＬ字状もしくはＵ字状に掛け渡して装着することを特徴とする請求項５または６に記載の駆動装置。
8. 前記被駆動体がレンズ鏡胴であり、前記軸線が光軸であって、前記ベース部材が前記光軸と直交する方向の断面が矩形であり、前記ベース部材の中央部に前記レンズ鏡胴が挿通自在な円形の貫通孔部が形成されており、前記矩形の一隅に前記支持脚を設け、前記一隅に隣接した１隅または２隅に前記形状記憶合金ワイヤの電極固定部を設けたことを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。

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