JP7023047B2

JP7023047B2 - 電磁アクチュエータ

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Publication number: JP7023047B2
Application number: JP2017010978A
Authority: JP
Inventors: 治可松久
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2017-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2022-02-21
Anticipated expiration: 2037-01-25
Also published as: CN110235344A; WO2018139197A1; JP2018121433A; CN110235344B; US11256108B2; US20200004041A1

Description

本発明は、撮像装置などに用いられる電磁アクチュエータに関するものである。

ＶＣＭ（Voice Coil Motor）と呼ばれる電磁アクチュエータは、可動子と固定子の一方にコイルを他方にマグネットを固定して、コイルへの通電でマグネットとコイル間に付与される推力（ローレンツ力）で、固定子に対して可動子を駆動するものであり、各種電子機器の動作部に用いられている。

下記特許文献１には、回路基板の面上のトラックによって形成されるフラットコイルと永久磁石を有し、永久磁石の磁界がフラットコイルの巻線を通過する電磁アクチュエータが記載されている。

特表２０１３－５４１２８２号公報

前述した従来技術は、フラットコイルが形成された回路基板が電磁アクチュエータの可動子となるため、回路基板内の配線から外部に配線を引き出す際に、フレキシブル回線を使用するなどして、回路基板の移動を吸収する必要があり、配線構成が煩雑になる問題がある。

また、前述した従来技術のように、平面的に巻き回されたコイルを用いた電磁アクチュエータは、コイルの設置面積を大きくできない状況では巻き数に限りがあるため、薄型化は可能であっても、巻き数を増やして所望の推力を得ることができない問題がある。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものであり、配線構成の簡略化が可能であり、また、薄型化が可能であり且つ所望の推力を得ることができる電磁アクチュエータを提供することを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
ベース部材と、前記ベース部材に対して移動自在に支持される駆動枠と、
前記ベース部材に固定されるコイルと、前記駆動枠に固定されるマグネットとを備え、前記コイルは射出成形回路部品として形成され、前記ベース部材には、前記コイルと接続する回路が形成され、前記コイルは、絶縁層を介して多段に積層されるフラットな配線層と、異なる層の前記配線層を相互に通電する通電部を有し、前記コイルは、前記ベース部材に形成された孔部の周りに巻かれるように配置され、前記通電部は、第一導電層（４４Ａ）と第二導電層（４３Ａ）を含み、前記配線層の一端側は前記ベース部材の側縁近くに形成される前記第一導電層で接続されて、前記配線層の他端側は前記孔部の内側面に形成される前記第二導電層にて接続されて、前記孔部の内側面に沿って延設されることを特徴とする電磁アクチュエータ。

本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータの分解斜視図である。本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータの平面図である。（ａ）が図２におけるＡ－Ａ断面図、（ｂ）が図２におけるＢ－Ｂ断面図、（ｃ）が図２におけるＣ－Ｃ断面図である。コイルを示した平面図である。（ａ）が図４のＡ－Ａ断面図、（ｂ）が図４のＢ－Ｂ断面図、（ｃ）が図４のＣ－Ｃ断面図である。多段の配線層を導電部材で導通した例を示す説明図である。本発明の他の実施形態に係る電磁アクチュエータの平面図である。本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータを備えるレンズ駆動装置を示した分解斜視図である。本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータを備えるレンズ駆動装置の説明図（（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）のＸ－Ｘ断面図）である。レンズ駆動装置のベース部材を示した説明図である。本発明の実施形態に係るレンズ駆動装置を備えた電子機器を示した説明図（（ａ）がカメラ、（ｂ）が携帯情報端末）である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１～３に示すように、電磁アクチュエータ１は、ベース部材２、駆動枠３、コイル４、マグネット５を備えている。図示の例では、ベース部材２にコイル４を設け、駆動枠３にマグネット５を設けて、駆動枠３は、ベース部材２に対して移動自在に支持されている。

図示の例では、ベース部材２と駆動枠３には、それぞれ移動方向に沿って凹断面形状を有する摺動溝１０が対向して設けられており、対向した摺動溝１０に嵌まるように、ベアリング１１が配置されている。これによって、ベース部材２と駆動枠３とは、ベアリング１１がスペーサとなって一定間隔を保持しながら、摺動溝１０の長手方向（図示Ｘ方向）に沿って、互いに移動自在に支持されている。なお、他の実施形態では、ベアリングに代えて、駆動枠３を宙吊りにするワイヤや、シャフトなどが用いられてもよい。

駆動枠３には、マグネット固定部３Ａが設けられ、このマグネット固定部３Ａにマグネット（駆動マグネット）５が固定されている。また、駆動枠３には、支持溝３Ｂが設けられており、この支持溝３Ｂに吸引マグネット１２が支持されている。

ベース部材２には、コイル４が固定され、ヨーク取付部２Ａが設けられ、このヨーク取付部２Ａに吸引ヨーク１３が取り付けられている。駆動枠３の支持溝３Ｂに支持される吸引マグネット１２と、ベース部材２のヨーク取付部２Ａに取り付けられる吸引ヨーク１３とは、互いに磁気吸引するように配置されており、この磁気吸引によって、ベース部材２と駆動枠３とがベアリング１１を介して保持されている。

ベース部材２の図示Ｘ方向両端部には、ストッパ部２Ｂが設けられており、ストッパ部２Ｂによって、ベース部材２に対して移動自在に支持される駆動枠３の移動範囲が規制されている。

なお、他の実施形態では、ストッパ部２Ｂが可動可能なように板バネなどの弾性部材で形成されていてもよい。たとえば、駆動枠３を錘として電磁アクチュエータ１を振動装置として利用する場合、ストッパ部２Ｂを板バネなどの弾性部材とすることで、より効率よく駆動枠３を振動（往復運動）させることが可能となる。

ベース部材２に形成されたコイル４は、ＭＩＤ（Molded Interconnect Device：成形回路部品）技術によって、射出成形回路部品として形成されている。また、ベース部材２には、回路７（７Ａ，７Ｂ）が形成されている。回路７Ａはベース部材２の裏面側に形成され、回路７Ｂはベース部材２の表面側に形成されて、それぞれの一方端がコイル４に接続され、他方端が接続端子になっている。この回路７もコイル４と同様に、射出成形回路部品として形成されており、コイル４とベース部材２上で接続されている。

このような電磁アクチュエータ１は、ベース部材２上にコイル４と回路７とを形成することで、配線構成の簡略化が可能になる。また、ベース部材２上のコイル４と回路７とを射出成形回路部品とすることで、薄型化が可能になる。

図４及び図５に、コイル４の構成例を示している。コイル４は、単層の射出成形回路部品によって形成することができるが、多層化することで、薄型化を可能にしながら高い推力を得ることができる。図示の例では、コイル４は、絶縁層４２を介して多段に積層される配線層４０，４１と、異なる層の配線層４０，４１を相互に通電する通電部４３，４４を備えている。

図４及び図５に示す例では、コイル４は、孔部（又は溝部）４５の周りに巻かれるように配置されており、コイル４の一端側が孔部４５に臨み、他端側がベース部材２の側縁に臨んでいる。そして、絶縁層４２を介して積層された配線層４０，４１は、孔部４５の内側面に形成される導電層４３Ａによって通電部４３が形成されると共に、ベース部材２の側縁近くに形成される導電層４４Ａによって通電部４４が形成されている。

配線層４０，４１の一端側は、導電層４４Ａで接続されて、ベース部材２の側縁に沿った導電層４１Ａによって延設されて図示省略した入力端子に接続されており、配線層４０，４１の他端側は、導電層４３Ａにて接続されて、孔部４５の内側面に沿って延設されて図示省略した入力端子に接続されている。

図５に示す例では、通電部４３，４４を導電層４３Ａ，４４Ａによって形成しているが、図６に示すように、通電部は、異なる層の配線層４０，４１を厚さ方向に貫通する導電部材（導電ピン）６によって形成してもよい。この際の導電部材６は、表面が導電性を有しており、この導電部材６を介して、配線層４０と配線層４１が導通する。

このような電磁アクチュエータ１によると、コイル４をフラットな配線層４０，４１によって形成することで薄厚化が可能であると共に、配線層４０，４１を多段に積層することで、コイルの設置面積が小さい場合でもコイル４の巻き数を実質的に増やして、所望の推力を得ることができる。

コイル４を形成する配線層４０，４１は、ＭＩＤ（Molded Interconnect Device：成形回路部品）技術によって、射出成形回路部品として形成される。ＭＩＤ技術によって配線層４０，４１を形成する方法の一例を以下に説明する。

先ず、射出成形によって形成したベース部材２の一次成形品を用いて、インサート成形によって、一次成形品の表面の、配線層４１を形成する領域以外の領域を覆う二次成形部分を形成して、所謂二色成形品を得る。次いで、この二色成形品の表面の全面に、化学メッキのための触媒を担持させる処理をした後、二次成形部分を除去して、一次成形品の表面の配線層４１を形成する領域にのみ、選択的に触媒を担持させた状態とする。次いで、化学メッキを行って、一次成形品の表面の選択的に触媒を担持させた領域に、配線層４１のパターン形状を有する導電化層を形成した後、この導電化層を陰極として電気メッキ処理を行い、この導電化層上に、金属層からなる配線層４１を形成する。その後は、絶縁層４２を形成して、上記の二次成形部分を形成した後の工程を繰り返すことで別の配線層４０を形成する。

図７は、電磁アクチュエータ１の他の構成例を示している。この例では、ベース部材２に設けられるコイル４を２つ並べて配置している。２つのコイル４の一方の一端側がベース部材２の表面側に形成される回路７Ｃ（７）に接続され、他方のコイル４の一端側がベース部材２の表面側に形成された回路７Ｄ（７）に接続されており、回路７Ｃ，７Ｄの端子が入力端子になっている。また、２つのコイル４の他端側はそれぞれベース部材２の裏面側で回路７Ｅ（７）によって接続されている。このように２つのコイル４を並べることで所望の推力を得ることができる。この場合、コイル４は、単層又は多層のいずれであってもよい。

図８～図１０は、本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータを備えたレンズ駆動装置を示している。レンズ駆動装置１００は、レンズ枠１０２を備えている。レンズ枠１０２は、図示省略したレンズバレルを取り付ける取り付け口１０２Ｓを備え、取り付け口１０２Ｓの中心軸がレンズの光軸になる。以後、レンズの物体側を「前」として説明し、レンズの像側を「後」として説明する。図においては、光軸方向をＺ方向で示し、光軸に交差する方向をＸ，Ｙ方向で示す。

レンズ枠１０２は、光軸方向と光軸に交差する方向の一方又は両方に駆動される。レンズ枠１０２の胴部には、光軸周りに巻かれたフォーカスコイル１２０が設けられ、レンズ枠１０２の周囲には、４個のマグネット１２１が設けられている。

レンズ枠１０２は、具体的には、可動支持部材１１０、板バネ１１１，１１２，１１３、支持ワイヤー１１４、ベース部材１１５に支持されている。可動支持部材１１０は、レンズ枠１０２を光軸周りに囲んで、板バネ１１１，１１２，１１３によって、レンズ枠１０２を光軸方向に弾性支持し、自身が支持ワイヤー１１４によってベース部材１１５に支持されることで、光軸と交差する方向に弾性支持されている。図示の可動支持部材１１０は光軸周りに角部を有する矩形状になっており、角部が前述したマグネット１２１を保持するマグネット保持部１１０Ｐになっている。

ベース部材１１５は、レンズ枠１０２及び可動支持部材１１０の後側に配置され、底板１１５Ｂにレンズを通った光を通過させる中央開口１１５Ａを備えている。図示の例では、ベース支持部材１１５は、可動支持部材１１０と同様に、光軸周りに角部を有する矩形状になっており、角部にワイヤー保持部１１５Ｃを備えている。ベース部材１１５には、中央開口１１５Ａと同軸となる開口１０５Ａを有するカバー１０５が取り付けられ、カバー１０５内にレンズ枠１０２や可動支持部材１１０などが収容される。ベース部材１１５の後方には、フィルタ枠Ｆが装着され、その後方には図示省略した撮像素子が装着される。

図１０に示すように、ベース部材１１５には、４個のマグネット１２１のうち磁界の方向が直交する２個のマグネット１２１の後方にそれぞれ配置される手振れ方正用のコイル１２２が配置されており、２個のマグネット１２１とコイル１２２によって電磁アクチュエータが構成されている。コイル１２２は、図４及び図５に示すように、多段の配線層によって形成されており、孔部１２２Ａの周りに巻かれている。ただし、さらにその他の実施形態では、コイル１２２は単層であってもよい。

また、ベース部材１１５における底板１１５Ｂの前面側には、手振れ補正用のコイル１２２（１２２Ａ，１２２Ｂ）と共に、位置検出センサー１０６を支持するセンサー支持部１１５Ｅが設けられる。センサー支持部１１５Ｅは、位置検出センサー１０６を収容する凹部を備えている。また、ベース支持部材１１５は、位置検出センサー１０６に接続される図示省略した回路を一体に備えている。この回路は、樹脂製のベース部材１１５に一体成形されたリードフレーム（金属配線）であってもよいし、コイル１２２と同様に、ＭＩＤ技術によって樹脂製のベース部材１１５の表面に印刷やメッキなどで一体化された回路であってもよい。

また、ベース部材１１５は、外部接続端子１１５Ｆを備え、底板１１５Ｂに外部接続端子１１５Ｆと接続する回路を備えることで、フォーカスコイル１２０と手振れ補正用のコイル１２２への給電端部を構成している。独立した複数の端子を有する外部接続端子１１５Ｆの一部は、底板１１５Ｂが備える回路を経由してベース部材１１５に設けられた手振れ補正用のコイル１２２の両端に接続されており、コイル１２２の給電端子になっている。

また、外部接続端子１１５Ｆの一部は、底板１１５Ｂが備える回路からワイヤー保持部１１５Ｃに保持された支持ワイヤー１１４と板バネ１１１，１１２を経由してフォーカスコイル１２０の両端に接続されており、このフォーカスコイル１２０の給電端子になっている。

更に、外部接続端子１１５Ｆの一部は、底部１１５Ｂが備える回路を経由してベース部材１１５のセンサー支持部１１５Ｅに支持される位置検出センサー１０６に接続されており、位置検出センサー１０６の入出力端子になっている。

一対の位置検出センサー１０６は、レンズ枠１０２を支持する可動支持部材１１０に保持された一対のマグネット１２１の磁界を検出するホールセンサーによって構成することができる。この位置検出センサー１０６は、マグネット１２１の磁界を検出することで、レンズ枠１０２の光軸に交差する方向（Ｘ，Ｙ方向）の位置を検出している。この位置検出センサー１０６の出力に基づいて手振れ補正用のコイル１２２への給電を制御することで手振れ補正のフィードバック制御が可能になる。

このようなレンズ駆動装置１００は、コイル１２２を薄厚且つ所望の推力が得られるように多段化することができるので、小型化・薄型化が可能であると共に、十分な推力で精度の高い手振れ補正を行うことができる。また、高価なフレキシブル基板を用いないことでコストの低減も可能になる。

図１１は、前述したレンズ駆動装置１００を備えた電子機器を示している。前述したレンズ駆動装置１００は、図１１（ａ）に示したカメラ２００に搭載することで、小型化が可能になると共に、高い手振れ補正性能を得ることができる。また、図１１（ｂ）に示した携帯情報端末（携帯電話、スマートフォンなどを含む）３００に搭載することで、機器全体の薄型化、カメラ機能部分の高機能化及び省スペース化が可能になる。なお、レンズ駆動装置１００を搭載した携帯情報端末は撮像装置と言われることもある。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：電磁アクチュエータ，
２：ベース部材，２Ａ：ヨーク取付部，２Ｂ：ストッパ部，
３：駆動枠，３Ａ：マグネット固定部，３Ｂ：支持溝，
４：コイル，４０，４１：配線層，４２：絶縁層，４３，４４：通電部，
４５：孔部，５：マグネット，６：導電部材，７：回路（７Ａ～７Ｅ），
１０：摺動溝，１１：ベアリング，１２：吸引マグネット，１３：吸引ヨーク，
１００：レンズ駆動装置，１０２：レンズ枠，１０２Ｓ：取り付け口，
１１０：可動支持枠，１１１，１１２，１１３：板バネ，
１１４：支持ワイヤー，１１５：ベース部材，
１２０：フォーカスコイル，１２１：マグネット，
１２２（１２２Ａ，１２２Ｂ）：手振れ補正コイル

Claims

ベース部材と、
前記ベース部材に対して移動自在に支持される駆動枠と、
前記ベース部材に固定されるコイルと、
前記駆動枠に固定されるマグネットとを備え、
前記コイルは射出成形回路部品として形成され、
前記ベース部材には、前記コイルと接続する回路が形成され、
前記コイルは、絶縁層を介して多段に積層されるフラットな配線層と、異なる層の前記配線層を相互に通電する通電部を有し、
前記コイルは、前記ベース部材に形成された孔部の周りに巻かれるように配置され、
前記通電部は、第一導電層（４４Ａ）と第二導電層（４３Ａ）を含み、前記配線層の一端側は前記ベース部材の側縁近くに形成される前記第一導電層で接続されて、前記配線層の他端側は前記孔部の内側面に形成される前記第二導電層にて接続されて、前記孔部の内側面に沿って延設される
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
前記第二導電層（４３Ａ）は、多段の前記配線層に連なる形で、前記絶縁層をコの字形状に挟むように形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
前記通電部は、さらに、異なる層の前記配線層を厚さ方向に貫通する導電部材を含むことを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
請求項１～３のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータを備え、前記駆動枠にレンズが保持されるレンズ駆動装置。
請求項４に記載のレンズ駆動装置を備えた撮像装置。
請求項１～３のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータを有する振動装置を備えた携帯情報端末。