JP6935395B2 - 光学画像安定化サスペンションにおけるニチノールワイヤの熱機械安定化 - Google Patents

Description

［関連出願の参照］
本願は、２０１５年９月３０日に出願した、「光学画像安定化サスペンションにおけるニチノールワイヤの熱機械安定化」という発明の名称である米国仮特許出願第６２／２３４，７９５号に基づく優先権を主張し、該出願の全体があらゆる目的のために言及によって本願明細書に組み込まれる。

［技術分野］
本発明は、概して、携帯電話、タブレット、他のパーソナル機器に組み込まれたものなどのカメラレンズサスペンションを製造する方法に関する。特に、本発明は、サスペンション作動に用いられるニチノールワイヤなどの形状記憶合金（ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙ、ＳＭＡ）ワイヤを有するそうしたカメラレンズサスペンションの電気性能を安定させる方法に関する。

特許文献１と特許文献２とは、底部または静止型支持組立体上に可撓性要素またはばねプレートによって支持された（カメラレンズ素子を実装することが可能な）上部または可動組立体を有する、カメラレンズ光学画像安定化（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｅ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ、ＯＩＳ）サスペンションシステムを開示している。リン青銅などの金属から形成される可撓性要素は、可動プレート及び可撓体を備える。可撓体は可動プレートと静止型支持組立体との間に延び、ばねとして機能して静止型支持組立体に対する可動組立体の移動を可能にする。可動組立体と支持組立体とは、該組立体同士間に延びるニチノールワイヤまたは他の形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤによって連結される。ＳＭＡワイヤのそれぞれは、一端で支持組立体に取り付けられ、対向端で可動組立体に取り付けられる。サスペンションシステムの運転時に、ＳＭＡワイヤは電気信号によって選択的に駆動され、支持組立体に対して可動組立体を移動させてサスペンションを作動させる。上記特許文献はあらゆる目的のために言及によって本明細書に組み込まれる。

少なくとも部分的にＳＭＡワイヤの位相変化関連特性により、ワイヤには、通常、これらのサスペンション製造の一部として、「バーンイン」としても知られる安定化処理を行う。安定化処理の目的は、較正のための安定状態を得るため、およびサスペンション動作の整合性および精度を向上させるために、ワイヤストローク長や抵抗非対称性などの特性を安定させることである。既知の安定化処理時に、組立サスペンションはコントローラに電気的に接続され、デバイスに電気駆動信号が繰り返し印加されて、ワイヤに位相変化を繰り返して行う。この電気バーンイン（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｂｕｒｎ ｉｎ、ＥＢ）安定化処理は、比較的複雑な設備を必要とし、実施に比較的時間がかかるものである。

国際出願公開第２０１４／０８３３１８号 国際出願公開第２０１３／１７５１９７号

これらのタイプのサスペンションを製造するための改善された方法が引き続き求められている。特に、実施するのに適切かつロバストで効率的である、そうしたサスペンション製造方法が求められている。これらの目的にかなうバーンイン安定化処理は特に望ましいものである。

本発明の実施形態は、形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤによって互いに連結された第１または支持組立体と第２または可動組立体とを有するタイプの光学画像安定化（ＯＩＳ）サスペンションにおけるＳＭＡワイヤの特性を安定させるための方法およびシステムを含む。実施形態において、該方法は、可動組立体と支持組立体とを互いに対して移動させて、ワイヤに周期的かつ機械的にひずみおよび脱ひずみ（ｓｔｒａｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｅ−ｓｔｒａｉｎｉｎｇ）を与えることを含む。ワイヤに機械的にひずみおよび脱ひずみを与えながら、ワイヤに熱を加えることができる。温度、ひずみ、および脱ひずみのレベルは、機械的なひずみおよび脱ひずみを与える時に、ワイヤをオーステナイト相とマルテンサイト相との間で周期的に転移させるように構成される。

図１は、本発明の実施形態における熱機械安定化システムの図であり、安定化システム上の光学画像安定化（ＯＩＳ）サスペンションを伴う。 図２は、ＯＩＳサスペンションを含む、図１に示されるシステムの一部の詳細図である。 図３は、図１に示されるシステムとともに用いられる他の離脱式取付構造の図である。 図４は、図１に示されるシステムとともに用いられる他の離脱式取付構造の図である。 図５は、本発明の実施形態において、１００回の繰り返しサイクル、または非応力状態のオーステナイトから応力状態のマルテンサイトへ相転移が行われたニチノールワイヤを表す、一定のワイヤ温度（１０５℃）におけるひずみに対する応力のグラフであり、応力プラトー特性とひずみオフセット特性との安定化を示す。 図６は、本発明の実施形態の熱機械バーンインと先行技術の電気バーンイン（ＥＢ）とを施したＯＩＳサスペンションについて、試験条件に対して測定された平均ワイヤ抵抗非対称性のグラフである。抵抗非対称性は、ひずみを与えた状態と脱ひずみを与えた状態との間の、測定されたワイヤ抵抗の比率特性である。 図７は、本発明の実施形態の熱機械バーンインと先行技術ＥＢとを施したＯＩＳサスペンションについて、試験条件に対して測定された平均アクチュエータストロークのグラフである。 図８は、ＳＭＡワイヤがＯＩＳアクチュエータ組立体内に取り付けられる前にワイヤの性能を熱的かつ機械的に安定させることが可能である本発明の実施形態における装置の実施形態の図である。

本発明の実施形態は、形状記憶合金（ＳＭＡ）光学画像安定化（ＯＩＳ）サスペンションのための熱機械安定化またはバーンインのシステムおよび処理を含む。熱機械安定化処理時に、ＳＭＡワイヤは加熱されるか、または所定の温度に維持されながら、サスペンションの上部または可動の部分または組立体が底部または静止型支持の部分または組立体に対して往復移動して、ワイヤに張力と、脱張力または回復（ｔｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｄｅ−ｔｅｎｓｉｏｎ ｏｒ ｒｅｃｏｖｅｒ）を交互に与える（すなわち、ひずみと、脱ひずみまたは回復（ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｄｅ−ｓｔｒａｉｎ ｏｒ ｒｅｃｏｖｅｒ）を与える）。実施形態において、サスペンションの可動組立体と支持組立体とは、その作用と熱とによってＳＭＡワイヤが周期的にオーステナイト相とマルテンサイト相との間で相転移を引き起こす量および温度で張力および脱張力を交互に与えられる。温度と張力および脱張力の量とは、安定化結果を最適化するとともにワイヤに起こり得る損傷を最小化するように選択されることができる（例えばワイヤの加工硬化）。安定化結果を最適化するために変更可能な他のパラメータには、ひずみサイクル数とひずみまたはサイクルの周波数とが含まれる。

実施形態において、複数のサスペンションの静止型支持組立体は、加熱器で加熱される静止プレートに載置され固定される。サスペンションの対応する複数の可動組立体は、上部可動プレートに載置される。安定化処理時に、上部可動プレートは、静止プレートに対して前後に往復駆動されて、サスペンションの可動組立体を静止型支持組立体に対して移動させる。

例として、図１および図２は、本発明の実施形態における熱機械安定化またはバーンインのシステム１０および処理と、該システムおよび方法によって処理可能な形状記憶合金（ＳＭＡ）光学画像安定化（ＯＩＳ）サスペンション１２とを示す。図２に示されるように、例示のＯＩＳサスペンション１２は、静止型支持または底部組立体１４、可動または上部組立体１６、およびＳＭＡワイヤ１８を含む。ワイヤ１８のそれぞれは、底部組立体１４と上部組立体１６との間に延びる。ＯＩＳサスペンション１２の例示の実施形態は、矩形パターンに配置された４つのＳＭＡワイヤ１８を有するが、他の実施形態（図示されず）はより多いかまたは少ない数のそうしたワイヤを有する。システム１０は、静止または底部のプレート２０、可動または上部のプレート２２、アクチュエータ２４および加熱器２６を含む。例示の実施形態において、加熱器２６は、底部プレート２０を介してサスペンション１２を加熱するホットプレートである。他の実施形態（図示されず）において、例えば、加熱器は、加熱エアガンまたはそのなかでシステム１０が運転されるオーブンであり得る。アクチュエータ２４は、例示の実施形態ではボイスコイルシェイカーであり、（例えば経路または軸２８に対して）上部プレート２２を往復移動させる。コントローラ（図示されず）は、アクチュエータおよび任意的に加熱器に連結される。

安定化工程時に、各サスペンション１２の底部組立体１４は、システム１０の底部プレート２０に載置され、各サスペンションの上部組立体１６は、上部プレート２２に載置される。システム１０の実施形態には、各サスペンション１２の底部組立体１４が安定化工程時に底部プレート２０に連結され、工程後にプレートから解放されて除去されることを可能にする取付構造（図示されず）を含む。同様に、図２に示されるようなロッド３０などの取付構造は、各サスペンション１２の上部組立体１６を上部プレート２２に連結することができる。実施形態において、システム１０は、安定化工程時に上部組立体１６の開口部に係合するとともに上部組立体を上部プレート２２に連結して、バーンイン工程後にプレートから解放して除去するために、図３のピン４０または図４のキーストック４２などの構造を含むことができる。例示の実施形態において、サスペンション１２は、機械動作軸２８に対して角度をなして（例えば４５°）載置されて、可動クリンプを共有する対のＳＭＡワイヤ１８が、軸２８に対する上部プレート２２の移動によって、ともにひずみまたは脱ひずみを与えられることを可能にする。他の実施形態（図示されず）は、４つ未満または４つを超えるＳＭＡワイヤ、および／または他の幾何学的構成を有するそうしたワイヤを有するＯＩＳサスペンションのために構成される。これらの実施形態および他の実施形態において、安定化システムおよび方法は、すべてより少ないワイヤに対してともに運転を行うように構成可能である。

一例として、４つのニチノールワイヤを有するサスペンションに、１０５℃の温度と１５Ｈｚでの２０００サイクルとを含むパラメータで、実施形態による安定化工程を行った。安定化後の部品の測定パラメータは、（１）１６３．４μｍ〜２．４％のひずみの低温での平均部品移動と、（２）１４２．５μｍ〜２．１％のひずみの高温での測定された部品移動と、を含むものであった。他の安定化処理試験パラメータは、３０Ｈｚでの１２５サイクル（約４秒）および８５℃を含むものであった。これらの試験パラメータは、単独（８５℃）または反復（１０５℃）のデータポイントとして、図６および図７に示される平均値±１標準偏差を有する部品試験結果を示した。

本発明のさらに他の実施形態は、サスペンションの可動組立体と静止型支持組立体との間で相対的に移動を行わせる他の構造および方法を含む。例として、サスペンションの可動組立体はシステムによって係合されなくともよく、一方でサスペンションの静止型支持組立体は、可動組立体と静止型支持組立体との間で所望するように相対的に移動を行わせる周波数および距離で駆動される。言い換えると、可動組立体の慣性力は、サスペンション自体の構造以外の構造によって拘束されない場合、静止型支持組立体が駆動されると相対的な移動を生じさせる。

本発明の実施形態には大きな利点がある。この方法は、加熱と繰り返しの機械的ひずみとを用いてニチノールワイヤの電気性能を安定させるものである。ＯＩＳサスペンション内の加熱されたニチノールワイヤは、製造時に繰り返して機械的に駆動されて、ワイヤの抵抗特性に対して較正された安定位置を得る。熱機械安定化処理は、（１）電気ピンニングを省くことで先行技術の方法ほど複雑ではない処理設備を用い、（２）より良好な安定化のためにより長くバーンインを行うことができ、（３）試験時に製品の硬質性を向上させる。図５によって示されるように、本発明の実施形態は、ワイヤをＯＩＳアクチュエータ組立体内に取り付ける前に、ワイヤに一定の温度でオーステナイト相とマルテンサイト相との間でひずみを与えることができる。ワイヤ負荷時（応力増大）の応力プラトー安定化と、ワイヤ除荷時（応力低下）のひずみオフセット安定化とは、ＯＩＳアクチュエータ内におけるワイヤのストロークおよび抵抗特性の変化に相関している。３０秒、１００サイクルの電気バーンイン（ＥＢ）処理を用いる先行技術の方法に対して、本発明の実施形態では、２０００サイクルの電気バーンインと同等のストロークバーンイン、および１００サイクルの電気バーンインと同等の抵抗非対称性バーンインを１０５℃および±２．１％のひずみサイクルで行うことができた。図６は、本発明の実施形態を用いて安定させたサスペンションの非対称性測定のグラフである（８５℃および１０５℃で２０００サイクルの試験条件）。参考のために、基準値ならびに１００サイクルおよび２０００サイクルのＥＢを用いた対応する測定値も示される。図７は、本発明の実施形態を用いて安定させたサスペンションのストローク測定のグラフである（８５℃および１０５℃で２０００サイクルの試験条件）。参考のために、基準値および２０００サイクルのＥＢを用いた対応する測定値も示される。

他の実施形態において、形状記憶ワイヤには、ＯＩＳサスペンションに取り付けられる前に、熱機械バーンイン安定化工程が行われる。例として、所定の長さのワイヤを、供給用スプール巻きから巻き出し、ワイヤが加熱領域を通って移動した後、別のスプール巻きに巻き取ることができる。加熱領域滞留時のワイヤのひずみおよび脱ひずみは、可動制御リニアステージに取り付けられた単独または複数のアイドラローラ周りのワイヤ移動によってなされることができる。図８は、例として、ワイヤ加熱領域５２と、加熱領域５２に対して移動可能な表面５６上のアイドルローラ５４と、巻出しスプール駆動ローラ５８および巻取りスプール駆動ローラ６０とを有する装置５０を示す。ローラ５４は、加熱領域５２におけるワイヤのひずみを増大させ（矢印６２で示される）、またひずみを低下させる（矢印６４で示される）ように、表面５６によって移動されることが可能である。あるいは、一方または両方の駆動ローラが、加熱領域に滞留したワイヤにおけるひずみの変化を導くように調節された回転速度を有する実施形態では、アイドラローラは、静止型であるか、または存在しなくともよい。加熱領域は、対流、導電、または照射用設備を通るワイヤの移動を表し得る。ワイヤの長さおよび／または抵抗特性が安定された後、ワイヤは、サイクル時間に関して後続の電気バーンイン工程が省略または最小化されたＯＩＳアクチュエータ内に取り付けられることができる。

本発明は、好ましい実施形態に関して記載されているが、本発明の意図および範囲から外れることなく形態および詳細において変更がなされ得るということを当業者は認識するであろう。

Claims (14)

1. 形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤによって互いに対して連結された支持部と可動部とを有するタイプの光学画像安定化サスペンションにおいて、前記ＳＭＡワイヤの特性を安定させる方法であって、
   複数のＳＭＡワイヤをそれぞれが含む複数の光学画像安定化サスペンションの複数の可動部をシステムの可動プレートに載置することと、
   前記複数の光学画像安定化サスペンションの複数の支持部をシステムの静止プレートに載置することと、前記複数の支持部のそれぞれは、複数のＳＭＡワイヤによって前記複数の可動部のそれぞれの１つと連結され、
   前記複数の可動部と前記複数の支持部とを互いに対して移動させることによって、前記ＳＭＡワイヤに周期的かつ機械的にひずみおよび脱ひずみを与えることと、を含む方法。
2. 前記ＳＭＡワイヤにひずみおよび脱ひずみを与えて、前記ＳＭＡワイヤをオーステナイト相とマルテンサイト相との間で周期的に転移させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＳＭＡワイヤに機械的にひずみおよび脱ひずみを与えながら、前記ＳＭＡワイヤに熱を加えることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 温度、ひずみ、および脱ひずみのレベルは、前記機械的にひずみおよび脱ひずみを与える時、前記ＳＭＡワイヤをオーステナイト相とマルテンサイト相との間で周期的に転移させるように構成される、請求項３に記載の方法。
5. 前記複数の可動部と前記複数の支持部とを互いに対して移動させることは、前記複数の可動部および前記複数の支持部の少なくとも１つを互いに対して駆動することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記複数の可動部および前記複数の支持部の一方を駆動しながら、前記複数の可動部および前記複数の支持部の他方を静止状態に保つことを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記複数の可動部と前記複数の支持部とを互いに対して移動させることは、少なくとも一部の前記ＳＭＡワイヤに対して非平行である経路で前記複数の可動部と前記複数の支持部とを互いに対して移動させることを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記複数の可動部と前記複数の支持部とを互いに対して移動させることは、少なくとも一部の前記ＳＭＡワイヤに対して約４５度オフセットされた経路で前記複数の可動部と前記複数の支持部とを移動させることを含む、請求項７に記載の方法。
9. ＳＭＡワイヤによって支持組立体に連結された可動組立体を有する光学画像安定化（Ｏ
   ＩＳ）サスペンションの前記ＳＭＡワイヤの熱機械バーンインを行う安定化システムであ
   って、
   それぞれが可動組立体と支持組立体を含み、それぞれの可動組立体が複数のＳＭＡワイヤによってそれぞれの支持組立体に連結された、複数の前記ＯＩＳサスペンションを保持するための取付具と、
   各前記ＯＩＳサスペンションの前記可動組立体を、対応する各前記ＯＩＳサスペンションの前記支持組立体に対して移動させて、前記ＳＭＡワイヤに周期的かつ機械的にひずみおよび脱ひずみを与えるために前記取付具に連結されたアクチュエータと、を含むシステム。
10. 加熱器をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記アクチュエータと前記加熱器とに連結されたコントローラをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記アクチュエータに連結されたコントローラをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
13. 前記取付具と前記アクチュエータとは、少なくとも１つの前記ＳＭＡワイヤに非平行である経路で前記アクチュエータが前記可動組立体を前記支持組立体に対して移動させるように構成される、請求項９に記載のシステム。
14. 前記取付具と前記アクチュエータとは、少なくとも１つの前記ＳＭＡワイヤに４５度である経路で前記アクチュエータが前記可動組立体を前記支持組立体に対して移動させるように構成される、請求項１３に記載のシステム。
    
    

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