WO2011111686A1 - 駆動機構、駆動装置および駆動装置の製造方法 - Google Patents

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WO2011111686A1
WO2011111686A1 PCT/JP2011/055322 JP2011055322W WO2011111686A1 WO 2011111686 A1 WO2011111686 A1 WO 2011111686A1 JP 2011055322 W JP2011055322 W JP 2011055322W WO 2011111686 A1 WO2011111686 A1 WO 2011111686A1
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shape memory
memory alloy
driven body
tension
force
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篤広 野田
和田 滋
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コニカミノルタオプト株式会社
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/065Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like using a shape memory element
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826Assembling or joining

Definitions

  • the present invention relates to a driving mechanism and a driving device that drive a small mechanical element using a shape memory alloy, and in particular, a lens unit constituting an imaging optical system such as a mobile phone with a camera is used for zooming, focusing, and the like.
  • the present invention relates to a drive mechanism suitable for moving in the axial direction, a drive device, and a method of manufacturing the drive device.
  • a lens driving device that moves the lens in the direction of the optical axis is necessary.
  • various lens driving devices using shape memory alloys (SMA) are applied. It is being considered. This device generates contraction force by energizing and heating the SMA, and uses the contraction force as a lens driving force. It is easy to reduce the size and weight and obtain a relatively large driving force. There is an advantage that can be.
  • a linear drive device using a wire-like SMA and utilizing a length variation of several percent (for example, 3 to 5%) of the total length of the wire. Further, a linear drive device in which the amount of displacement can be expanded by combining the wire-like SMA and a zoom mechanism (for example, a lever mechanism) can be configured.
  • the driving device A1 includes a wire-like SMA and a lever mechanism that increases the amount of displacement, and is configured as shown in FIGS. 6A and 6B.
  • the driving device A1 is a lens driving device that displaces the lens unit 1 as a driven body using a wire-like SMA and a lever mechanism that expands the amount of displacement, and the lens unit 1 is moved in the optical axis AX direction (axis line).
  • the base member 4 is fixed to a member (for example, an image pickup device substrate of a mobile phone) to which the lens driving device is attached, and is a non-moving member constituting the bottom side of the lens driving device.
  • the base member 4 is formed in a square plate shape in plan view and is entirely made of a resin material or the like.
  • the lens unit 1 has a cylindrical shape, and includes a lens driving frame 1a that holds an imaging lens, and a lens barrel 1b that accommodates the lens driving frame 1a.
  • the imaging lens held inside the lens drive frame 1a includes an objective lens, a focus lens, a zoom lens, and the like, and constitutes an imaging optical system for a subject image with respect to an imaging element (not shown).
  • the lens driving frame 1a is a so-called ball frame, and moves in the optical axis AX direction together with the lens barrel 1b.
  • a pair of engaging protrusions 1c are provided on the outer peripheral edge of the lens drive frame 1a at the objective tip, with an angular difference of 180 ° in the circumferential direction.
  • the lens unit 1 is disposed on the base member 4 in a state of being inserted into an opening formed in the top plate 5. Further, the pair of engaging protrusions 1 c are arranged so as to be positioned in the vicinity of the pair of diagonals of the base member 4. Parallel plate springs 6a and 6b are fixed to the base member 4 and the top plate 5, respectively, and the lens unit 1 is fixed to the parallel plate springs 6a and 6b. Accordingly, the lens unit 1 is supported so as to be displaceable with respect to the base member 4 and the like, and the degree of freedom of displacement is restricted in a direction along the optical axis AX.
  • the top plate 5 may be fixed to the base member 4 through a post or the like not shown in the drawing, or may be a structure integrated with the base member 4, or a member fixed in the same manner as the base member 4. It is.
  • the lever member 2 is a member that engages with the engaging protrusion 1c to displace the lens unit 1 in the optical axis AX direction.
  • the drive arm 21 moves the lens unit 1 that is a driven body in the axial direction.
  • a driving fulcrum portion 8a for swingably supporting the driving arm 21, and an extending arm 22 that is bent from the driving fulcrum portion 8a and bent with the driving arm 21. It has an L shape. Further, the L-shaped bent portion is supported on the tip of the support leg 8 erected on the base member 4 via the drive fulcrum portion 8a.
  • the SMA actuator 3 is spanned so as to be fitted into a V groove 22a provided in the extending arm 22, and this bridging portion becomes the displacement input portion 2a. Further, a portion where the drive arm 21 abuts on the engaging protrusion 1c is a displacement output portion 2b.
  • the lever member 2 includes the displacement input portion 2a that receives the driving force F1 by the suspension of the SMA actuator 3, and the displacement output portion 2b that the driving arm 21 abuts on the engaging protrusion 1c.
  • the SMA actuator 3 applies a driving force F1 to the lever member 2, and is a linear actuator made of a shape memory alloy wire (SMA wire) such as a Ni—Ti alloy, for example.
  • SMA wire shape memory alloy wire
  • the SMA actuator 3 expands when given a predetermined tension in a state where the elastic modulus is low (martensite phase) at a low temperature, and when the heat is applied in this extended state, the SMA actuator 3 undergoes phase transformation and has a high elastic modulus (austenite). Phase: parent phase) and contract (return to the original length from the stretched state: shape recovery).
  • both ends of the SMA actuator 3 are fixed to a holding portion 30 (for example, the first holding portion 30A and the second holding portion 30B) that can be energized.
  • the holding portion 30 (30A, 30B) is fixed to a predetermined electrode fixing portion provided on the base member 4.
  • a bias force is biased via the bias spring 7 in a direction against the driving force by the SMA actuator 3 and the lever member 2. Since the biasing force of the bias spring 7 is weaker than the driving force applied to the lever member 2 by the SMA actuator 3, the lens unit 1 moves toward the base member 4 when the SMA actuator 3 is not operating. It is energized towards. On the other hand, when the SMA actuator 3 operates, the lens unit 1 moves in the opposite direction (object side) against the biasing force of the bias spring 7. That is, the bias spring 7 gives a bias load for returning the lens unit 1 to the home position when the SMA actuator 3 is not energized.
  • the line length is set so that the SMA actuator 3 is tensioned by the biasing force of the bias spring 7 acting via the lens unit 1 and the lever member 2. That is, the line length is set so that the lever member 2 is always brought into contact with the lens unit 1 regardless of the operating state.
  • the lens unit 1 When the SMA actuator 3 not energized and heated is stopped (elongated), the lens unit 1 is held at the home position (origin position) by the biasing force of the bias spring 7. On the other hand, when the SMA actuator 3 is actuated (contracted), a driving force F1 is applied to the displacement input portion 2a of the lever member 2 by this actuation, and the lever member 2 is swung. Move in the AX direction. As a result, a driving force toward the objective side is applied to the lens unit 1, and the lens unit 1 moves against the biasing force of the bias spring 7. At this time, the current flowing to the SMA actuator 3 is controlled to adjust the force in the driving direction, and the driving force for swinging the lever member 2 is adjusted to adjust the displacement amount of the lens unit 1. be able to.
  • the above-described bias spring 7 is formed of a compression coil spring having a diameter substantially matching the peripheral size of the lens drive frame 1a, and one end side (lower end side) is in contact with the top surface of the lens drive frame 1a. Note that the other end side (upper end side) of the bias spring 7 is brought into contact with a non-moving portion N such as an inner surface of a housing of a mobile phone.
  • the lens unit 1 is supported on the fixed portion so as to be displaceable in the optical axis AX direction using the parallel leaf springs 6a and 6b, and the lens unit 1 is biased in the optical axis AX direction.
  • the lens unit 1 is displaced in the optical axis AX direction via the lever member 2 and the SMA actuator 3 against the biasing force of the bias spring 7.
  • the devices such as camera-equipped mobile phones have been downsized year by year, and many parts, especially many electronic parts, are packaged in a small casing. Many of these electronic components generate heat when energized, and the temperature inside the downsized device increases.
  • An apparatus mounted on a miniaturized device for example, an imaging apparatus such as a lens driving apparatus, is required to accurately execute a desired predetermined operation in such a high temperature environment.
  • the SMA actuator included in the drive device described in Patent Document 1 is a thermal actuator that generates heat when energized and controls its operation using the phase change of SMA caused by this heat. For this reason, the SMA placed in a high temperature environment becomes an operating state when the ambient temperature rises regardless of the energized state, and there is a possibility that it may become uncontrollable.
  • the transformation temperature of the SMA becomes higher and normal operation can be performed even in a high temperature environment.
  • the durability of the SMA is significantly deteriorated. For example, it is known that when the internal stress of SMA exceeds 500 MPa, its durability deteriorates rapidly and breaks at about 1000 MPa.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and in a driving mechanism and a driving apparatus to which SMA is applied, the SMA has durability, and can be operated normally even in a high temperature environment.
  • An object of the present invention is to provide a device and a method for manufacturing a drive device.
  • the present invention generates a fixed support member, a driven body supported so as to be movable relative to the support member, and a force for moving the driven body.
  • a drive mechanism comprising: a shape memory alloy; and a biasing means for applying a biasing force in a direction opposite to a direction in which the driven body is moved by the shape memory alloy to the driven body. The tension is adjusted in advance so as to balance with the bias force when a predetermined amount of current is applied to the shape memory alloy.
  • the tension of the shape memory alloy is set to a tension that balances the bias force that the bias means actually exhibits at a predetermined energization amount. Since the adjustment is performed in advance, the shape memory alloy can exhibit durability in a predetermined temperature range, and can be regulated to a tension range in which it can operate normally even under an assumed high temperature environment. For this reason, a drive mechanism that can stably move the driven body using the shape memory alloy is provided.
  • the present invention also includes a fixed support member, a driven body supported so as to be movable relative to the support member, a shape memory alloy that generates a force for moving the driven body, A lever member that receives the force of the shape memory alloy and moves the driven body; and bias means that applies a bias force to the driven body in a direction opposite to the direction in which the driven body is moved by the shape memory alloy;
  • the construction tension of the shape memory alloy is preliminarily adjusted so as to be balanced with a predetermined bias force including a driving resistance of the lever member when a predetermined amount of current is applied to the shape memory alloy. It is characterized by being adjusted.
  • the erection tension of the shape memory alloy is set to the bias force including the driving resistance of the lever member at a predetermined energization amount. Since the tension is adjusted in advance to a balanced tension, the shape memory alloy exhibits durability in a predetermined temperature range, and can be regulated to a tension range in which it can operate normally even under an assumed high temperature environment. For this reason, a drive mechanism that can stably move the driven body using the shape memory alloy and the lever member is provided.
  • the present invention is characterized in that, in the drive mechanism configured as described above, the installation tension is a tension at which the driven body does not move until a predetermined temperature set in advance is reached. According to this configuration, it is possible to accurately execute a desired predetermined operation in a high temperature environment without operating even when the ambient temperature becomes high.
  • the present invention is characterized in that, in the drive mechanism configured as described above, the predetermined temperature is 60 ° C. to 80 ° C. According to this configuration, a large number of electronic components are packaged in a small casing, and when these electronic components are energized and generate heat, the internal temperature reaches 60 ° C. to 80 ° C. even when the internal temperature rises. Since it does not operate unexpectedly until this time, it is possible to suppress malfunction in a non-energized state.
  • the present invention is characterized in that in the drive mechanism having the above-described configuration, an installation tension adjusting means for adjusting the installation tension of the shape memory alloy is mounted.
  • an installation tension adjusting means for adjusting the installation tension of the shape memory alloy is mounted.
  • the driven body is a lens unit
  • the moving direction of the driven body is an optical axis direction
  • the shape memory alloy is a shape memory alloy wire.
  • the present invention is also characterized in that it is a drive unit having a lens unit as a driven body and a drive mechanism having the above-described structure as a drive mechanism for moving the lens unit in the optical axis direction.
  • the shape memory alloy has durability and can operate normally even in a high temperature environment, and the lens unit can be moved stably. It is possible to obtain a drive device capable of
  • the present invention also includes a fixed portion including a base member having a through-hole portion, a driven body supported so as to be reciprocally movable in the axial direction in the through-hole portion via a support member attached to the base member, A shape memory alloy wire for applying a driving force for moving the driven body, a lever member for suspending the shape memory alloy wire and receiving the driving force from the wire to move the driven body, and the driven And a biasing means for applying a biasing force in a direction opposite to the direction in which the driven body is moved by the shape memory alloy wire to the body, wherein both ends of the shape memory alloy wire can be energized.
  • a predetermined installation tension is applied, and the installation tension is applied to the drive resistance of the lever member and the via when the shape memory alloy wire is energized by a predetermined amount. So as to balance the biasing force means exerts, it is characterized in that it is adjusted in advance.
  • the erection tension of the shape memory alloy wire is set to the bias including the driving resistance of the lever member at a predetermined energization amount. Since the tension is preliminarily adjusted to balance with the force, the shape memory alloy wire exhibits durability in a predetermined temperature range, and can be regulated to a tension range in which it can operate normally even under an assumed high temperature environment. For this reason, it is possible to obtain a drive device that can stably move the driven body using the shape memory alloy wire and the lever member.
  • a fixed support member a driven body supported so as to be movable relative to the support member, a shape memory alloy that generates a force for moving the driven body, And a biasing means for applying a biasing force in a direction opposite to the direction in which the driven body is moved by the shape memory alloy to the driven body, and after these members are integrated together
  • the erection tension of the shape memory alloy is adjusted so as to balance the bias force when a predetermined amount of current is applied to the shape memory alloy.
  • the shape memory alloy After incorporating the driven body, the shape memory alloy, the bias means, etc., a predetermined amount of current is applied to the shape memory alloy, and the installation according to the bias force actually exerted by the bias means at this time is performed. Since the tension is adjusted, the shape memory alloy exhibits durability in a predetermined temperature range, and can be regulated to a tension range in which normal operation is possible even under an assumed high temperature environment. For this reason, a driving device that can stably move the driven body using the shape memory alloy can be reliably manufactured.
  • a fixed support member a driven body supported so as to be movable relative to the support member, a shape memory alloy that generates a force for moving the driven body, And a biasing means for applying a biasing force in a direction opposite to the direction in which the driven body is moved by the shape memory alloy to the driven body, and after these members are integrated together Measuring the load and displacement when the driven body is moved to a predetermined position against the bias means, and detecting the bias force exerted by the bias means from the relationship between the measured load and displacement.
  • the construction tension of the shape memory alloy is adjusted to a predetermined tension according to the detection result of the bias force.
  • the biasing force actually exerted by the biasing unit is detected after the driven body, the shape memory alloy, the biasing unit, and the like are incorporated, and the installation tension is adjusted according to the detection result.
  • the laying tension of the shape memory alloy can be defined within a tension range in which the shape memory alloy exhibits durability and can operate normally even under an assumed high temperature environment. Therefore, it is possible to reliably manufacture a driving device that can stably move the driven body using the shape memory alloy.
  • the shape memory alloy is a shape memory alloy wire, and when the installation tension is adjusted, both ends of the shape memory alloy wire can be energized first. It is characterized in that it is held by the part and the second holding part, and is adjusted and fixed to the predetermined erection tension while energizing the shape memory alloy wire. According to this configuration, since the installation tension is adjusted while maintaining the temperature of the shape memory alloy wire at a predetermined temperature, it is possible to manufacture a drive device that can operate normally according to the assumed environmental temperature.
  • the energization amount to be applied to the shape memory alloy wire is the tension when the shape memory alloy wire reaches a predetermined temperature. It is characterized by an energization amount that generates a tension equivalent to the above. According to this configuration, the shape memory alloy wire can be operated in an assumed temperature range, and a drive device that operates normally can be easily manufactured.
  • the installation tension when adjusting the installation tension, one of the shape memory alloy wires is fixed to the first holding portion, and the other is held by the second holding portion. In a state where the shape memory alloy wire is energized, the predetermined holding tension is set and fixed by moving the second holding portion. According to this configuration, the installation tension can be finely adjusted while applying a predetermined current between the first and second holding portions. Therefore, it is possible to easily manufacture a drive device that can stably move the driven body under an assumed high temperature environment.
  • a driving mechanism and a driving apparatus to which SMA is applied it is possible to obtain a driving mechanism, a driving apparatus, and a manufacturing method of the driving apparatus that are durable and can operate normally even in a high temperature environment. it can.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an initial stop position.
  • a to-be-driven body shows the state which exists in an
  • a drive mechanism includes a fixed support member, a driven body supported so as to be movable relative to the support member, and a shape memory alloy that generates a force for moving the driven body And a bias means for applying a bias force in a direction opposite to the direction in which the driven body moves by the shape memory alloy. Further, the installation tension of the shape memory alloy is adjusted in advance so as to balance with the bias force when a predetermined amount of current is applied to the shape memory alloy. That is, after all the structural members are integrated together, the installation tension is adjusted so as to balance the bias force exerted by the bias means when a predetermined amount of current is applied.
  • the erection tension of the shape memory alloy is determined when the predetermined amount of current is applied to the shape memory alloy. It is adjusted in advance so as to balance with a predetermined bias force including the driving resistance of the member. That is, after all the structural members including the lever member are integrated together, a predetermined amount of power is applied, and the installation tension is adjusted in advance so as to balance the actual bias force.
  • the erection tension of the shape memory alloy is set to a tension that balances with the bias force actually exerted by the bias means at a predetermined energization amount.
  • the drive mechanism is configured to be adjusted in advance, the shape memory alloy can exhibit durability in a predetermined temperature range, and can be regulated to a tension range in which it can operate normally even under an assumed high temperature environment. For this reason, a drive mechanism that can stably move the driven body using the shape memory alloy is provided.
  • the load and displacement amount when the driven body is moved to a predetermined position against the bias means are measured, and the bias means is determined from the relationship between the measured load and the displacement amount.
  • the bias force exerted by the bias means can be detected, and the tension that balances the bias force actually exerted by the bias means can be adjusted in advance by adjusting the erection tension of the shape memory alloy to a predetermined tension according to the detection result of the bias force. It becomes.
  • the driving device AA1 of the present embodiment is a lens driving device that moves a driven body 1 (for example, a lens unit including a lens driving frame 1a and a lens barrel 1b) in the axial direction (for example, the optical axis AX direction).
  • a driven body 1 for example, a lens unit including a lens driving frame 1a and a lens barrel 1b
  • the axial direction for example, the optical axis AX direction.
  • a support member that supports the driven body 1 movably in the optical axis AX direction, a shape memory alloy (SMA actuator 3) that generates a force for moving the driven body 1, and a driven body using the shape memory alloy Biasing means (bias spring 7) for applying a biasing force in a direction opposite to the direction in which 1 moves is configured.
  • SMA actuator 3 shape memory alloy
  • Biasing means bias spring 7
  • a pair of parallel leaf springs 6a and 6b are provided as support members that elastically support the driven body 1 with respect to the fixed portion (base member 4).
  • the parallel plate springs 6a and 6b are respectively fixed to the base member 4 and the top plate 5, and the driven body 1 is supported by the pair of upper and lower parallel plate springs 6a and 6b so as to be displaceable.
  • the top plate 5 and the parallel leaf springs 6a and 6b are omitted in FIG. 1 for convenience.
  • a lever member 2 that receives the driving force from the shape memory alloy (SMA actuator 3) and moves the driven body 1 is provided. It may be a configuration.
  • the lever member 2 includes, for example, a drive arm 21 that moves the driven body 1 in the axial direction thereof, a drive fulcrum portion 8a that supports the drive arm 21 so as to be swingable, and a suspension member that hangs down from the drive fulcrum portion 8a.
  • the drive arm 21 and the extended arm 22 bent and provided have a reverse L-shape when viewed from the side. Further, the L-shaped bent portion is supported on the tip of the support leg 8 erected on the base member 4 via the drive fulcrum portion 8a. Further, a displacement input portion 2a that receives the driving force by suspending the shape memory alloy, and a displacement that applies the driving force by engaging the driving arm 21 with the engaging protrusion 1c provided on the side portion of the driven body 1. And an output unit 2b.
  • the intermediate part of the shape memory alloy (SMA actuator 3) is suspended by the displacement input part 2a, and both ends are held by holding parts 30 (first holding part 30A, second holding part 30B) that can be energized.
  • the length from the displacement input part 2a to each holding part is set to be equal, and the expansion and contraction amounts of the shape memory alloys on both sides of the displacement input part 2a are equal.
  • the extending arm 22 is formed with a V-groove 22a (corresponding to the displacement input portion 2a), and the shape memory alloy is bridged over the V-groove 22a, so that the lever member 2 is supported.
  • the shape memory alloy is stably suspended.
  • a predetermined current is passed through the first holding portion 30A and the second holding portion 30B, and the shape memory alloy generates a contraction force to drive the lever member 2 in a displacement manner.
  • the displacement output portion 2b applies a driving force to the engaging protrusion 1c to move the driven body 1 in the optical axis AX direction. Further, a bias force is biased via the bias spring 7 in a direction against the driving force. In this way, the bias spring 7 applies a biasing force in a direction that opposes the driving direction by the lever member 2, so that the driven body 1 using the shape memory alloy (SMA actuator 3) can be moved stably.
  • Drive mechanism and drive device is
  • the shape of the base member 4 serving as the fixed portion in plan view may be circular or polygonal. However, in the case of a lens driving device housed in a rectangular imaging device, the base member 4 is square in plan view and is provided at the center of the member.
  • a lens unit having a circular outer shape, in which a plurality of circular lenses are mounted, is supported in a circular through hole so as to be reciprocally movable, and related members can be mounted at the corners of the surrounding four sides.
  • the driving fulcrum portion 8a of the lever member 2 is provided at one corner of the base member 4 having a through-hole portion 4a and a rectangular shape in plan view, and the SMA actuator is disposed at the second and third corners adjacent to each other across the corner and the axis.
  • the SMA actuator 3 is arranged outside the driven body 1 with the displacement input portion 2a as a winding portion. Put it on in the shape of a circle so as to sandwich it.
  • the drive arm 21 of the lever member 2 can be formed into a polygonal shape bent along the outer periphery of the driven body 1 (lens unit) as shown in FIG. Moreover, you may form in circular arc shape along the outer peripheral part of the to-be-driven body 1, and should just be a shape engaged with a pair of engagement protrusion part 1c provided in the outer peripheral part of the lens drive frame 1a.
  • the base member 4 is fixed to a member (for example, an image pickup device substrate of a mobile phone) in which the driving mechanism is employed, and is, for example, an immovable member constituting the bottom side of the lens driving device.
  • the base member 4 is entirely made of a resin material or the like.
  • the bias spring 7 and the lever member 2 described above affect the operation of the SMA actuator 3 to be mounted due to mechanical errors such as manufacturing errors and assembly errors. For example, even if the SMA actuator 3 that exhibits a predetermined driving force is mounted in a predetermined environmental temperature region, if the movement of the bias spring 7 or the lever member 2 is soft, the displacement becomes easy and the displacement amount increases. If the ambient temperature rises, it will be displaced unexpectedly. Further, when the movement is hard, the amount of displacement becomes small, and in order to exert the desired amount of displacement, it is necessary to increase the driving force of the SMA actuator 3, and the internal stress increases.
  • SMA shape memory alloy
  • the installed tension of the shape memory alloy is adjusted via the tension adjuster 31 as shown in FIG. It is possible to set an appropriate erection tension set according to the actual operating state of the spring 7 and the lever member 2.
  • the shape memory alloy (SMA actuator 3) is temporarily fixed at a predetermined initial tension, and various components constituting the drive mechanism and the drive device are assembled. It is necessary to detect the actual bias force and adjust the erection tension of the shape memory alloy to a predetermined tension according to the detection result of the bias force.
  • the erection tension of the shape memory alloy is When a predetermined amount of current is applied to the shape memory alloy, the shape memory alloy is adjusted so as to balance the bias force. For example, the load and displacement amount when the integrally driven body 1 is moved to a predetermined position against the bias means are measured, and the bias is determined from the relationship between the measured load and displacement amount (load data). It is preferable that the bias force exerted by the means is detected and adjusted to a predetermined tension corresponding to the detected bias force.
  • the driven body 1 in which the installation tension of the SMA actuator 3 is integrated is integrated.
  • the load and displacement amount when moving to a predetermined position against the bias means are measured, and the bias force including the driving resistance of the lever member 2 is detected from the relationship (load data) between the measured load and displacement amount. It is preferable to adjust to a predetermined tension according to the detected bias force.
  • the SMA actuator 3 can exhibit a durability and can be defined within a tension range in which the SMA actuator 3 can operate normally even in a high temperature environment.
  • the driven body using the shape memory alloy (SMA actuator 3) A drive mechanism and a drive device that can stably move can be obtained.
  • load data In order to obtain the load data by measuring the load and the displacement amount when the driven body 1 incorporated integrally is moved to a predetermined position against the bias means, it can be measured using a load cell. Therefore, an example in which load data is generated using a load cell for a driving device including the lens unit 1 as a driven body and the SMA wire 3 as an SMA actuator will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, and 3. FIG. .
  • the 2A includes a base member 4, a lens unit 1 as a driven body, a lever member 2, a wire-shaped shape memory alloy (SMA wire 3), and a bias spring 7.
  • the lever member 2 is engaged with an engaging portion (engaging protrusion 1c) provided on the lens unit 1 to move the lens unit 1 in the direction of its axis (optical axis AX), and the driving arm.
  • Drive fulcrum part 8a that supports 21 in a swingable manner, and an extending arm 22 that is bent from the drive fulcrum part 8a and bent with respect to the drive arm 21.
  • a displacement input portion 2a that receives the driving force by suspending the drive fulcrum portion 8a and the SMA wire 3 is provided at one corner of the base member 4, and the SMA wire 3 is a lens unit with the displacement input portion 2a as a winding portion. It is set as the structure mounted so that it might cross over the outer shape of 1 and the shape of a dogleg. At this time, one end of the SMA wire 3 is fixed and the other second end is temporarily fixed. For example, the first end is fixed to the first holding portion 30A, and the second end is temporarily fixed to the second holding portion 30B.
  • the temporary fixing of the second end can be performed, for example, with initial tension applied via the tension adjuster 31. This initial tension is smaller than that during energization driving.
  • the lens unit 1 is lifted upward from the bottom of the drawing through the load cell 40 from the side of the through hole 4a provided in the base member 4, and the load at this time is measured. Also, load data is created from the load and displacement amount when the lens unit 1 is moved to a predetermined position against the bias spring 7.
  • the bias spring 7 is in a compressed state, and a bias load is strongly applied downward from the top of the drawing.
  • Load data representing the relationship between the load and the amount of displacement as shown in FIG. 3 is created from the relationship between the load variation and the amount of displacement when the load cell 40 is brought into contact with the lens unit 1 and lifted.
  • the horizontal axis indicates the position of the load cell, that is, the displacement of the driven body (lens unit 1), and the vertical axis indicates the output of the load cell, that is, the load.
  • the load data is divided into an A part with an inclination C1 and a B part with an inclination C2.
  • the B part after this represents the resultant force of the bias spring and the parallel leaf spring.
  • the initial tension of the SMA wire that exhibits a predetermined driving force under an assumed high temperature environment that is, the installation tension of the SMA wire 3 to be actually set. Can be calculated.
  • a predetermined tension is applied to the SMA wire 3 using the tension adjuster 31, and the SMA wire 3 is fixed to the second holding portion 30B. Further, unnecessary SMA wires are cut and removed after being fixed to the second holding portion 30B.
  • the installation tension of the SMA wire 3 is measured by measuring the load and displacement amount when the integrally mounted driven body is moved to a predetermined position against the bias means, and the measured load and displacement amount are measured.
  • a bias force including the driving resistance of the lever member from the relationship (load data) with the load, and adjusting the tension to a predetermined tension according to the detected bias force, a predetermined amount of current was applied to the shape memory alloy It can be adjusted to balance the bias force.
  • the SMA wire 3 exhibits durability and can operate normally even under an assumed high temperature environment according to mechanical errors such as manufacturing errors and assembly errors of the incorporated lever member 2 and bias means. Therefore, a driving device that can stably move the driven body using the SMA wire 3 can be obtained.
  • the installation tension is adjusted so as to balance the bias force. Therefore, the assumed environmental temperature of the drive device in which all the components are integrated. In this case, a predetermined stable operation is possible.
  • the method of fixing the SMA wire 3 to the second holding portion 30B after adjusting to a predetermined installation tension is not particularly limited, and can be fixed by a method such as caulking or pressure bonding. Further, when adjusting the tension of the SMA wire 3, in addition to the method using the tension adjuster 31 described above, the installation tension adjusting means is mounted on the drive mechanism and the drive device itself to calculate the predetermined A method of adjusting the installation tension can be considered. A configuration example provided with this installation tension adjusting means will be described with reference to FIGS.
  • the drive device AB1 shown in FIG. 4 is an example having a drive mechanism provided with an installation tension adjusting means, and the installation tension adjustment of the second holding portion 30Ba that enables simultaneous adjustment and fixing of the SMA wire 3 is possible. This is an example provided as a means.
  • the second holding unit 30Ba is configured to be able to adjust the tension of the SMA wire 3 by rotating while holding the SMA wire 3. In addition, after setting to an appropriate tension, it is fixed so as not to rotate by adhesion or the like. In other words, the second holding portion 30Ba becomes an installation tension adjustment holding portion that is fixed after a predetermined installation tension is applied to the SMA wire 3. If it is this structure, it will become possible to adjust to predetermined installation tension using an internal member, without using an external tension adjuster.
  • the driving device AB2 shown in FIG. 5 includes an example of an initial stop position restricting means 32 that adjusts the installation tension of the SMA wire 3 by changing the initial stop position of the driven body 1 (lens unit 1) as the installation tension adjusting means. It is.
  • the initial stop position restricting means 32 is configured to be able to adjust the stop position of the lens unit 1 after fixing both ends of the SMA wire 3 to the first holding portion 30A and the second holding portion 30B, respectively.
  • the initial stop position regulating means 32 for example, a screw for height adjustment can be used.
  • the structure which affixes the several member (gap gauge-like member) from which thickness differs may be sufficient, and it does not specifically limit.
  • the driven body 1 After fixing the SMA wire 3 with a predetermined initial tension, the driven body 1 can be moved up and down via the initial stop position restricting means 32 to finely adjust the tension value. That is, the installation tension of the SMA wire 3 can be adjusted and set.
  • the initial stop position restricting means for defining the initial stop position of the driven body is provided, and the driven body is installed at a position where a predetermined erection tension is applied to the SMA wire via the initial stop position restricting means.
  • the initial stop position of the driven body is moved by the initial stop position restricting means, and the SMA wire
  • a driving mechanism and a driving device that can finely adjust the installation tension to an appropriate tension are preferable.
  • the above-described installation tension that is adjusted in advance is a tension that balances the bias force in a predetermined high-temperature environment, and is a tension that does not move the driven body (the lens unit 1) until the predetermined temperature is reached. It is preferable. With this configuration, it is possible to accurately execute a desired predetermined operation in a high temperature environment without operating even when the ambient temperature increases.
  • the predetermined temperature is preferably 60 ° C. to 80 ° C. This is because this temperature range is an expected temperature range in a recent portable device including a lens driving device such as a camera-equipped cellular phone in which many electronic components are packaged. With this configuration, even when many electronic components are packaged in a small housing, and these electronic components are energized to generate heat and the internal temperature increases, the internal temperature is assumed in advance ( Since it does not operate unexpectedly until it reaches 60 ° C. to 80 ° C.), it is possible to suppress malfunction in a non-energized state.
  • the manufacturing method of the drive device includes a fixed support member, a driven body 1 supported so as to be movable relative to the support member, and a force for moving the driven body 1.
  • a method of manufacturing a drive device comprising: after these members are integrated together, the erection tension of the shape memory alloy is adjusted to balance the bias force when a predetermined amount of current is applied to the shape memory alloy is doing.
  • the method for manufacturing the driving device according to the present invention includes the driven body 1, the shape memory alloy (SMA wire 3), the bias means (for example, the bias spring 7) and the like, and then the driven body 1 is moved to the bias.
  • the load and displacement amount when moving to a predetermined position against the means are measured, the bias force exerted by the bias means is detected from the relationship between the measured load and displacement amount (load data), and the bias force
  • the installation tension of the SMA wire 3 is adjusted to a predetermined tension according to the detection result.
  • the driven body is moved using the load cell 40 and the relationship between the load and the displacement amount (load) Data). After that, the obtained load data is compared with the ideal load data measured in advance, and the initial tension of the SMA wire 3 that exhibits a desired driving force under an assumed high temperature environment, that is, the installation tension is obtained. Can be sought.
  • the SMA wire 3 since the appropriate erection tension is set in accordance with the bias force actually exerted by the bias means mounted on each product, the SMA wire 3 exhibits durability with respect to the erection tension of the SMA wire 3. In addition, it is possible to define a tension range that allows normal operation even under an assumed high temperature environment, and it is possible to stably move the driven body using the shape memory alloy (SMA wire 3). It becomes a manufacturing method which can manufacture a drive device reliably.
  • the driven body 1, the shape memory alloy, the lever member 2, the bias means, and the like are incorporated. Therefore, the biasing force actually exerted by the biasing means is measured, so that the tension of the shape memory alloy is the tension that the shape memory alloy exhibits durability and can operate normally even under the assumed high temperature environment.
  • the manufacturing method is capable of reliably manufacturing a drive device that can be regulated within a range and can stably move the driven body using the shape memory alloy and the lever member 2.
  • both ends of the SMA wire 3 are held by the first holding portion 30A and the second holding portion 30B, respectively, and adjusted to a predetermined erection tension while being energized. And fixing. With this configuration, the installation tension is adjusted while maintaining the temperature of the SMA wire 3 at a predetermined temperature, so that a drive device that can operate normally according to the assumed environmental temperature can be manufactured.
  • the bias force is detected by the bias force detection means, a predetermined installation tension is obtained from the measured load data, one end of the SMA wire 3 is fixed to the first holding portion 30A, and the second holding portion 30B is fixed.
  • the manufacturing method is set to the predetermined erection tension via a tension adjuster 31 that is tensioned while being brought into contact with the energized state. With such a manufacturing method, the installation tension can be finely adjusted while applying a predetermined current between the first and second holding portions, and the driven body 1 is stably moved in a predetermined temperature range. It is possible to easily manufacture a drive device that can be used.
  • the tension of the SMA wire 3 is adjusted while detecting a mechanical error such as an error of the lever member or an error of the bias force. Therefore, the tension is always optimum corresponding to each device individually. It becomes possible to keep it. This can avoid problems such as deterioration of the durability of the SMA wire 3 and unstable operation at high temperatures as compared with the case where the tension value is fixed at a constant value. However, it is possible to provide a drive mechanism and a drive device that can stably operate at high temperatures.
  • the tension adjusting means necessary for that purpose may be a device outside the apparatus, the rotation of the wire holding part inside the apparatus can be used, and the conventional configuration can be used as it is.
  • the means for detecting the error of the lever member 2 and the error of the bias force can grasp both the error of the lever member 2 and the error of the bias force only by measuring the load of the driven body 1. Very simple. Therefore, the drive mechanism and drive device according to the present invention can be realized without greatly changing the configuration and without much cost, and have a high effect.
  • the shape memory alloy can be defined within a tension range that exhibits durability and can operate normally even in a high temperature environment.
  • the driving mechanism can stably move the driven body.
  • the shape memory alloy exhibits durability according to manufacturing errors and assembly errors of the incorporated lever member and biasing means, and the tension that enables normal operation even in a high temperature environment. Can be specified in the range. Therefore, it is possible to obtain a drive device that can stably move the driven body using the shape memory alloy.
  • the method for manufacturing a drive device according to the present invention, the relationship between the load and the displacement amount when the driven body integrated with the construction tension of the shape memory alloy (SMA wire) is moved (load data). ),
  • the shape memory alloy exhibits durability and can be regulated to a tension range in which the shape memory alloy can operate normally even in a high temperature environment. Therefore, the driven body using the shape memory alloy is stably moved. This is a manufacturing method capable of reliably manufacturing a drive device that can be used.
  • a driving mechanism, a driving device, and a manufacturing method of the driving device according to the present invention include a driving mechanism, a driving device, and a driving device for a lens unit of an image pickup apparatus that is downsized and has a large number of electronic components packaged therein. It can apply suitably for the manufacturing method of.

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Abstract

 SMAを適用した駆動機構および駆動装置において、SMAが耐久性を有し、高温環境下でも正常に動作可能となる駆動機構、駆動装置および駆動装置の製造方法を提供するために、全ての部材を一体に組み込んだ後に、SMAの架設張力を、前記形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、バイアス力と釣り合うように、予め調整しておく駆動機構、駆動装置および駆動装置の製造方法とした。

Description

駆動機構、駆動装置および駆動装置の製造方法
 本発明は、形状記憶合金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、カメラ付き携帯電話等の撮像光学系を構成するレンズユニットを、ズームやフォーカス等のために光軸方向に移動するのに好適な駆動機構、駆動装置および駆動装置の製造方法に関する。
 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)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を用いてワイヤ全長の数%(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を適用したレンズ駆動機構および駆動装置としては、例えば、特許文献1に開示された駆動装置が知られている。この駆動装置A1は、ワイヤ状のSMAと変位量を拡大するレバー機構とを備えていて、図6A、図6Bに示すような構成とされている。
 この駆動装置A1は、被駆動体であるレンズユニット1をワイヤ状のSMAと変位量を拡大するレバー機構とを用いて変位させるレンズ駆動装置であって、レンズユニット1を光軸AX方向(軸線方向)に移動させるレバー部材2、SMAアクチュエータ3、ベース部材4、天板5、平行板バネ6a,6b及びバイアスばね7等とを備えた構成とされている。
 ベース部材4は、当該レンズ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撮像素子基板等)に固定されるものであり、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、平面視四角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。
 レンズユニット1は円筒形を有し、撮像レンズを保持するレンズ駆動枠1aと、該レンズ駆動枠1aが収納される鏡筒1bとから構成されている。レンズ駆動枠1aの内部に保持される撮像レンズは、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1aは、所謂玉枠であって、鏡筒1bと共に光軸AX方向に移動する。レンズ駆動枠1a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係合突部1c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。また、一対の前記係合突部1c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、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いし、ベース部材4と一体となる構造でもよく、ベース部材4と同様に固定された部材である。
 レバー部材2は、係合突部1cに係合してレンズユニット1を光軸AX方向に変位させる部材であり、例えば、被駆動体であるレンズユニット1をその軸線方向に移動する駆動アーム21と、該駆動アーム21を揺動自在に支持する駆動支点部8aと、該駆動支点部8aから垂下して前記駆動アーム21と屈曲して設けられる延設アーム22を有して、側面視逆L字型の形状をしている。また、L字型の屈曲部分が、ベース部材4に立設された支持脚8の先端に駆動支点部8aを介して支持されている。
 SMAアクチュエータ3は、延設アーム22に設けられるV溝22aに嵌まり込むように架け渡されていて、この架け渡し部が変位入力部2aとなる。また、駆動アーム21が係合突部1cに当接する部位が変位出力部2bとなる。このように、レバー部材2は、SMAアクチュエータ3が懸架されて駆動力F1を受ける変位入力部2aと、駆動アーム21が係合突部1cに当接する変位出力部2bとを備えている。
 SMAアクチュエータ3は、レバー部材2に対して駆動力F1を付与するもので、例えば、Ni-Ti合金等の形状記憶合金ワイヤ(SMAワイヤ)からなる線状アクチュエータである。このSMAアクチュエータ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)に移行し収縮する(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。
 また、SMAアクチュエータ3に通電するとジュール熱を発生して自己発熱して、マルテンサイト相からオーステナイト相に変態する。そのために、SMAアクチュエータ3の両端を通電可能な保持部30(例えば、第一保持部30Aと第二保持部30B)に固着している。この保持部30(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。
 また、SMAアクチュエータ3とレバー部材2による駆動力に抗する方向にバイアスばね7を介してバイアス力が付勢される。バイアスばね7の付勢力は、SMAアクチュエータ3によってレバー部材2に付与される駆動力より弱いものとされているので、SMAアクチュエータ3が作動していないときは、レンズユニット1がベース部材4側に向けて付勢される。一方、SMAアクチュエータ3が作動するとバイアスばね7の付勢力に抗してレンズユニット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、SMAアクチュエータ3に通電が行われていない時に、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与えるものである。
 なお、SMAアクチュエータ3は、作動していない状態では、レンズユニット1およびレバー部材2を介して作用するバイアスばね7の付勢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をレンズユニット1に当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、SMAアクチュエータ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SMAアクチュエータ3の停止(伸長)時には、バイアスばね7の付勢力によりレンズユニット1がホームポジション(原点位置)に保持される。一方、SMAアクチュエータ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F1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。その結果、レンズユニット1に対物側への駆動力が付与され、レンズユニット1がバイアスばね7の付勢力に抗して移動する。また、この際に、SMAアクチュエータ3への通電電流を制御して、前記駆動方向の力を調整し、レバー部材2を揺動する駆動力を加減して、レンズユニット1の変位量を調整することができる。
 上記したバイアスばね7は、レンズ駆動枠1a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1aの頂面に一端側(下端側)が当接している。なお、バイアスばね7の他端側(上端側)は、例えば携帯電話機のハウジング内面等、不動部Nに当接される。
 上記したように、従来のレンズ駆動装置は、固定部にレンズユニット1を平行板バネ6a、6bを用いて光軸AX方向に変位自在に支持し、レンズユニット1を光軸AX方向に付勢するバイアスばね7の付勢力に抗して、レバー部材2とSMAアクチュエータ3を介してレンズユニット1を光軸AX方向に変位させる構成である。
特開2009-37059号公報
 カメラ付き携帯電話機等の機器が年々小型化され、小さな筐体に多くの部品、とりわけ多くの電子部品がパッケージングされている。これらの電子部品の多くは通電により発熱して、小型化された機器の内部の温度が高くなる。
 小型化された機器に搭載される装置、例えばレンズ駆動装置などの撮像装置は、このような温度の高い環境下で、所望される所定の動作を正確に実行することが要求される。
 特許文献1に記載された駆動装置が備えるSMAアクチュエータは、通電されて発熱して、この熱によるSMAの相変化を利用してその動作を制御する熱アクチュエータである。そのために、高温環境下に置かれたSMAは、通電状態にかかわらず周囲の温度が上がると動作状態になってしまい、制御不能となる虞が生じる。
 通常、SMAの張力を高くしておくと、SMAの変態温度が高くなって高温環境下でも正常な動作を行うことが可能となる。しかし、張力を高くするとSMAの耐久性が著しく悪化することが知られている。例えば、SMAの内部応力が500MPaを超えると急激にその耐久性が悪化し、1000MPa程度で破断することが知られている。
 そのために、アクチュエータとしてSMAを用いるためには、500MPa以下の応力領域で使用することが望ましく、なおかつ、高温環境下での動作も安定して実行可能であることが求められる。
 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、SMAを適用した駆動機構および駆動装置において、SMAが耐久性を有し、高温環境下でも正常に動作可能となる駆動機構、駆動装置および駆動装置の製造方法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、固定の支持部材と、該支持部材に対して相対的に移動可能に支持される被駆動体と、該被駆動体を移動するための力を発生する形状記憶合金と、前記被駆動体に、前記形状記憶合金により前記被駆動体が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段と、を備える駆動機構であって、前記形状記憶合金の架設張力は、前記形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、バイアス力と釣り合うように、予め調整されていることを特徴としている。
 上記の構成によると、被駆動体と形状記憶合金やバイアス手段などを組み込んだ後で、形状記憶合金の架設張力を、所定の通電量において、バイアス手段が実際に発揮するバイアス力と釣り合う張力に予め調整するので、所定の温度範囲において形状記憶合金が耐久性を発揮して、想定される高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができる。また、そのために、形状記憶合金を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動機構となる。
 また本発明は、固定の支持部材と、該支持部材に対して相対的に移動可能に支持される被駆動体と、該被駆動体を移動するための力を発生する形状記憶合金と、該形状記憶合金の力を受けて前記被駆動体を移動するレバー部材と、前記被駆動体に、前記形状記憶合金により前記被駆動体が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段と、を備える駆動機構であって、前記形状記憶合金の架設張力は、前記形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、前記レバー部材の駆動抵抗を含む所定のバイアス力と釣り合うように、予め調整されていることを特徴としている。
 上記の構成によると、被駆動体と形状記憶合金やレバー部材やバイアス手段などを組み込んだ後で、形状記憶合金の架設張力を、所定の通電量において、レバー部材の駆動抵抗を含むバイアス力と釣り合う張力に予め調整するので、所定の温度範囲において形状記憶合金が耐久性を発揮して、想定される高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができる。また、そのために、形状記憶合金とレバー部材を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動機構となる。
 また本発明は上記構成の駆動機構において、前記架設張力は、予め設定される所定温度に達するまでは、前記被駆動体が移動しない張力であることを特徴としている。この構成によると、周囲の温度が高くなっても動作せずに、温度の高い環境下で、所望される所定の動作を正確に実行することができる。
 また本発明は上記構成の駆動機構において、前記所定温度が60℃~80℃であることを特徴としている。この構成によると、小さな筐体に多くの電子部品がパッケージングされて、これらの電子部品に通電されて発熱して、内部の温度が高くなっても、内部温度が60℃~80℃に達するまでは不意に動作しないので、非通電状態での誤動作を抑制することが可能となる。
 また本発明は上記構成の駆動機構において、前記形状記憶合金の架設張力を調整する架設張力調整手段を実装していることを特徴としている。この構成によると、全ての部品を組み込んだ後で、実装している架設張力調整手段を介して形状記憶合金の架設張力を調整可能となるので、外部装置を用いずに各種部品の製造誤差や組み付け誤差に応じた適当な架設張力に設定可能となって、耐久性を発揮すると共に高温環境下でも正常に動作可能となる形状記憶合金を用いた駆動機構を構築することができる。
 また本発明は上記構成の駆動機構において、前記被駆動体がレンズユニットであり、前記被駆動体の移動方向が光軸方向であり、前記形状記憶合金が形状記憶合金ワイヤであることを特徴としている。この構成によると、形状記憶合金ワイヤを用いてレンズユニットを駆動する駆動機構において、形状記憶合金ワイヤが耐久性を有し、高温環境下でも正常に動作可能として、レンズユニットの移動を安定して行うことが可能な駆動機構となる。
 また本発明は、被駆動体としてのレンズユニットと、このレンズユニットをその光軸方向に移動させる駆動機構として上記構成の駆動機構を備える駆動装置であることを特徴としている。この構成によると、形状記憶合金を用いてレンズユニットを駆動する駆動装置において、形状記憶合金が耐久性を有し、高温環境下でも正常に動作可能として、レンズユニットの移動を安定して行うことが可能な駆動装置を得ることができる。
 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と、前記被駆動体を移動するための駆動力を付与する形状記憶合金ワイヤと、該形状記憶合金ワイヤが懸架され該ワイヤから駆動力を受けて前記被駆動体を移動させるレバー部材と、前記被駆動体に、前記形状記憶合金ワイヤにより前記被駆動体が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段と、を備える駆動装置であって、前記形状記憶合金ワイヤの両端をそれぞれ通電可能な保持部で保持し、所定の架設張力を付加すると共に、前記架設張力は、前記形状記憶合金ワイヤに所定量の通電を行った際に、前記レバー部材の駆動抵抗と前記バイアス手段が発揮するバイアス力と釣り合うように、予め調整されていることを特徴としている。
 上記の構成によると、被駆動体と形状記憶合金ワイヤやレバー部材やバイアス手段などを組み込んだ後で、形状記憶合金ワイヤの架設張力を、所定の通電量において、レバー部材の駆動抵抗を含むバイアス力と釣り合う張力に予め調整するので、所定の温度範囲において形状記憶合金ワイヤが耐久性を発揮して、想定される高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができる。また、そのために、形状記憶合金ワイヤとレバー部材を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動装置を得ることができる。
 また本発明は、固定の支持部材と、該支持部材に対して相対的に移動可能に支持される被駆動体と、該被駆動体を移動するための力を発生する形状記憶合金と、前記被駆動体に、前記形状記憶合金により前記被駆動体が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段と、を備える駆動装置の製造方法であって、これらの部材を一体に組み込んだ後に、前記形状記憶合金の架設張力を、前記形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、バイアス力と釣り合うように調整することを特徴としている。
 上記の構成によると、被駆動体と形状記憶合金やバイアス手段などを組み込んだ後で、形状記憶合金に所定量の通電を行い、この際にバイアス手段が実際に発揮するバイアス力に応じた架設張力に調整するので、所定の温度範囲において形状記憶合金が耐久性を発揮して、想定される高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができる。また、そのために、形状記憶合金を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能となる駆動装置を確実に製造することができる。
 また本発明は、固定の支持部材と、該支持部材に対して相対的に移動可能に支持される被駆動体と、該被駆動体を移動するための力を発生する形状記憶合金と、前記被駆動体に、前記形状記憶合金により前記被駆動体が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段と、を備える駆動装置の製造方法であって、これらの部材を一体に組み込んだ後に、前記被駆動体を前記バイアス手段に抗して所定位置まで移動する際の荷重と変位量を測定し、測定された荷重と変位量との関係から前記バイアス手段が発揮するバイアス力を検出し、当該バイアス力の検出結果に応じて前記形状記憶合金の架設張力を所定の張力に調整することを特徴としている。
 上記の構成によると、被駆動体と形状記憶合金やバイアス手段などを組み込んだ後で、バイアス手段が実際に発揮するバイアス力を検出し、この検出結果に応じて架設張力を調整しているので、形状記憶合金の架設張力を、この形状記憶合金が耐久性を発揮すると共に、想定される高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができる。そのために、形状記憶合金を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動装置を確実に製造することができる。
 また本発明は上記の構成の駆動装置の製造方法において、前記形状記憶合金が形状記憶合金ワイヤであって、前記架設張力の調整時には、この形状記憶合金ワイヤの両端をそれぞれ通電可能な第一保持部と第二保持部で保持し、前記形状記憶合金ワイヤに通電しながら、前記所定の架設張力に調整して固定することを特徴としている。この構成によると、形状記憶合金ワイヤの温度を所定の温度に維持しながら架設張力を調整するので、想定される環境温度に応じて正常に作動可能な駆動装置を製造することができる。
 また本発明は上記の構成の駆動装置の製造方法において、前記架設張力の調整時において、前記形状記憶合金ワイヤに通電する通電量は、前記形状記憶合金ワイヤが所定の温度になったときの張力と同等の張力を発生する通電量であることを特徴としている。この構成によると、想定される温度領域で形状記憶合金ワイヤの作動を行うことが可能となって、正常に作動する駆動装置を容易に製造することができる。
 また本発明は上記の構成の駆動装置の製造方法において、前記架設張力の調整時には、前記第一保持部に前記形状記憶合金ワイヤの一方を固定し、他方を前記第二保持部で保持し、前記形状記憶合金ワイヤに通電した状態で、前記第二保持部を移動させることで前記所定の架設張力に設定して固定することを特徴としている。この構成によると、第一、第二保持部間に所定電流を印加しながら架設張力を微調整することができる。そのために、想定される高温環境下で被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動装置を容易に製造することができる。
 本発明によれば、SMAを適用した駆動機構および駆動装置において、SMAが耐久性を有し、高温環境下でも正常に動作可能となる駆動機構、駆動装置および駆動装置の製造方法を得ることができる。
本発明に係る駆動機構を備える駆動装置の概略平面図である。 本発明に係る駆動機構を備える駆動装置の概略側面図であって、被駆動体が初期停止位置にある状態を示す。 本発明に係る駆動機構を備える駆動装置の概略側面図であって、ロードセルを介して被駆動体を上昇移動した状態を示す。 測定された荷重データを示す図である。 本発明に係る架設張力調整手段として架設張力調整保持部を備える駆動装置の一例を示す概略平面図である。 本発明に係る架設張力調整手段として初期停止位置規制手段を備える駆動装置の一例を示す概略側面図である。 従来のレンズ駆動装置の概略側面図であって、SMAアクチュエータの作動前の状態を示す。 従来のレンズ駆動装置の概略側面図であって、SMAアクチュエータの作動後の状態を示す。
 以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。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。例えば、前述したレンズユニット1は被駆動体であるので、駆動機構を説明する際には被駆動体1として説明する。また、形状記憶合金を用いたSMAアクチュエータとSMAワイヤも同一構成部材であるので同一の符号3を使用する。
 先ず、本発明に係る駆動機構について説明する。
 本発明に係る駆動機構は、固定の支持部材と、該支持部材に対して相対的に移動可能に支持される被駆動体と、該被駆動体を移動するための力を発生する形状記憶合金と、この形状記憶合金により被駆動体が移動する方向と反対方向のバアス力を与えるバイアス手段と、を備えた構成とされている。また、形状記憶合金の架設張力は、前記形状記憶合金に所定量の通電を行ったときにバイアス力と釣り合うように、予め調整されている。つまり全ての構成部材を一体に組み込んだ後、所定量通電したときにバイアス手段が発揮するバイアス力に釣り合うような架設張力に調整している。
 また、形状記憶合金の力を受けて被駆動体を移動するレバー部材を備えた構成であれば、形状記憶合金の架設張力は、形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、前記レバー部材の駆動抵抗を含む所定のバイアス力と釣り合うように、予め調整されている。つまり、レバー部材を含む全ての構成部材を一体に組み込んだ後、所定量の通電を行い、実際に発揮されるバイアス力と釣り合うような架設張力に予め調整している。
 このように、被駆動体と形状記憶合金やバイアス手段などを一体に組み込んだ後で、形状記憶合金の架設張力を、所定の通電量において、バイアス手段が実際に発揮するバイアス力と釣り合う張力に予め調整する構成の駆動機構であれば、所定の温度範囲において形状記憶合金が耐久性を発揮して、想定される高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができる。また、そのために、形状記憶合金を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動機構となる。
 また、全ての部材を一体に組み込んだ後に、被駆動体をバイアス手段に抗して所定位置まで移動する際の荷重と変位量を測定し、測定された荷重と変位量との関係からバイアス手段が発揮するバイアス力を検出し、当該バイアス力の検出結果に応じて形状記憶合金の架設張力を所定の張力に調整することでも、バイアス手段が実際に発揮するバイアス力と釣り合う張力に予め調整可能となる。
 次に、図1および図2A、図2Bを用いて上記した駆動機構を備える駆動装置AA1について説明する。また、先に説明した駆動装置A1と同じ構成部材については同一の符号を用いて説明する。本実施形態の駆動装置AA1は、被駆動体1(例えば、レンズ駆動枠1aと鏡筒1bを備えるレンズユニット)をその軸線方向(例えば光軸AX方向)に移動するレンズ駆動装置であって、被駆動体1を光軸AX方向に移動自在に支持する支持部材と、被駆動体1を移動するための力を発生する形状記憶合金(SMAアクチュエータ3)と、この形状記憶合金により被駆動体1が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段(バイアスばね7)と、を備えた構成とされている。
 また、被駆動体1を固定部(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6a、6bを備えている。この平行板ばね6a、6bは、ベース部材4及び天板5にそれぞれ固定されており、この上下一対の平行板バネ6a、6bに被駆動体1が変位可能に支持されている。天板5および平行板ばね6a、6bは、便宜上、図1では省略している。さらに、形状記憶合金の変位量を拡大して被駆動体1を移動させるために、形状記憶合金(SMAアクチュエータ3)から駆動力を受けて前記被駆動体1を移動させるレバー部材2を備えた構成であってもよい。
 レバー部材2は、例えば、被駆動体1をその軸線方向に移動する駆動アーム21と、該駆動アーム21を揺動自在に支持する駆動支点部8aと、該駆動支点部8aから垂下して前記駆動アーム21と屈曲して設けられる延設アーム22を有して、側面視逆L字型の形状をしている。また、L字型の屈曲部分が、ベース部材4に立設された支持脚8の先端に駆動支点部8aを介して支持されている。さらに、形状記憶合金が懸架されて駆動力を受ける変位入力部2aと、駆動アーム21が被駆動体1の側部に設けられた係合突部1cに係合して駆動力を付与する変位出力部2bとを備えている。
 形状記憶合金(SMAアクチュエータ3)は、その中間部が変位入力部2aに懸架され、両端部が通電可能な保持部30(第一保持部30A、第二保持部30B)に保持されている。変位入力部2aからそれぞれの保持部までの長さは等しく設定されていて、変位入力部2a両側の形状記憶合金の伸縮量が等しくなるように構成されている。また、延設アーム22にはV溝22a(変位入力部2aに相当)が形成されていて、このV溝22aに嵌まり込むように形状記憶合金が架け渡されることにより、レバー部材2に対して、形状記憶合金が安定的に懸架されている。このような構成において、第一保持部30Aと第二保持部30Bを介して所定の電流が通電され、形状記憶合金が収縮力を発生して、レバー部材2を変位駆動する。
 形状記憶合金を収縮させてレバー部材2を駆動すると、変位出力部2bが係合突部1cに駆動力を付与して被駆動体1を光軸AX方向に移動する。また、この駆動力に抗する方向にバイアスばね7を介してバイアス力が付勢される。このようにバイアスばね7がレバー部材2による駆動方向に抗する方向に付勢力を付与するので、形状記憶合金(SMAアクチュエータ3)を用いた被駆動体1の移動を安定して行うことが可能な駆動機構および駆動装置となる。
 固定部となるベース部材4の平面視の形状は円形でも多角形でもよいが、矩形の撮像装置に収納するレンズ駆動装置の場合は、平面視四角形のベース部材4とし、部材の中央部に設ける円形の貫通孔に、複数の円形のレンズを装着した外形が円形のレンズユニットを往復移動自在に支持して、周囲四方の角部に関連部材を装着することができる。
 例えば、貫通孔部4aを有し平面視四角形のベース部材4の一角にレバー部材2の駆動支点部8aを設け、この一角と軸線を挟んで隣接する第二、第三の角に、SMAアクチュエータ3を通電可能状態に保持する保持部30(第一保持部30A、第二保持部30B)を設ける構成として、SMAアクチュエータ3を、前記変位入力部2aを巻回部として被駆動体1の外側を挟むようにくの字状に掛け渡して装着する。
 この際に、レバー部材2の駆動アーム21は、例えば、図1に示すように被駆動体1(レンズユニット)の外周部に沿って多角形状に屈曲させた形状とすることができる。また、被駆動体1の外周部に沿って円弧状に形成してもよく、レンズ駆動枠1aの外周縁部に設けられた一対の係合突部1cに係合する形状であればよい。
 ベース部材4は、当該駆動機構が採用される部材(例えば、携帯電話機の撮像素子基板等)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、全体が樹脂材料等により構成されている。
 上記したバイアスばね7やレバー部材2は、その製造誤差や組み付け誤差などの機械的な誤差により、装着されるSMAアクチュエータ3の動作に影響を与える。例えば、所定の環境温度領域で、所定の駆動力を発揮するSMAアクチュエータ3を装着していても、バイアスばね7やレバー部材2の動きが柔らかい場合には、変位容易となり変位量が大きくなって、環境温度が高くなると意に反して変位したりする。また、動きが硬い場合には、その変位量が小さくなり、所望の変位量を発揮するためには、SMAアクチュエータ3の駆動力を増加させる必要が生じて、内部応力が増加する。
 そのために、高温環境下において動作可能に設計されていても、実際装置として実装されたSMAアクチュエータ3の内部応力が増加して耐久性が悪化したり、耐久性があっても高温での動作が不可能となったりする場合が生じる。
 前述したように、アクチュエータとして形状記憶合金(SMA)を用いるためには、500MPa以下の応力領域で使用することが肝要であり、さらに、高温環境下での動作も安定して実行可能であることが求められるので、SMAアクチュエータ3の張力を、製造される駆動機構や駆動装置毎に、個々に適当な張力に再調整しておくことが好ましい。また、全ての部品が組み付けられて一体化された後に、SMAに所定量の通電を行い、このときに、実際に発揮されるバイアス力と釣り合うような架設張力に調整していることが好ましい。
 そこで、本実施形態では、形状記憶合金を適用した駆動機構および駆動装置を組み付ける際に、図1に示すように張力調整器31を介して、形状記憶合金の架設張力を調整し、実装したバイアスばね7やレバー部材2の実際の作動状態に応じて設定される適当な架設張力に設定可能としたものである。
 適当な形状記憶合金の架設張力に設定するには、形状記憶合金(SMAアクチュエータ3)を一旦所定の初期張力で仮固定して駆動機構や駆動装置を構成する各種の構成部材を組み付けた後で、実際のバイアス力を検出し、当該バイアス力の検出結果に応じて形状記憶合金の架設張力を所定の張力に調整することが必要である。
 そのために、被駆動体1と形状記憶合金(SMAアクチュエータ3)とバイアス手段とを備えた駆動機構、駆動装置であれば、各部材を一体に組み込んだ後に、形状記憶合金の架設張力を、前記形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、バイアス力と釣り合うように調整する構成としている。例えば、一体に組み込まれた被駆動体1をバイアス手段に抗して所定位置まで移動する際の荷重と変位量を測定して、測定された荷重と変位量との関係(荷重データ)からバイアス手段が発揮するバイアス力を検出し、検出された当該バイアス力に応じた所定の張力に調整することが好ましい。
 また、被駆動体1とSMAアクチュエータ3とレバー部材2とバイアス手段とを備えた構成の駆動機構、駆動装置であれば、SMAアクチュエータ3の架設張力を、一体に組み込まれた被駆動体1をバイアス手段に抗して所定位置まで移動する際の荷重と変位量を測定して、測定された荷重と変位量との関係(荷重データ)からレバー部材2の駆動抵抗を含むバイアス力を検出し、検出された当該バイアス力に応じた所定の張力に調整することが好ましい。
 このような構成であれば、一体に組み込んだ状態で形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、バイアス力と釣り合うように調整することができるので、製造誤差や組み付け誤差などの機械的な誤差に拘らずにSMAアクチュエータ3が耐久性を発揮すると共に高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができ、形状記憶合金(SMAアクチュエータ3)を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動機構および駆動装置を得ることができる。
 一体に組み込まれた被駆動体1をバイアス手段に抗して所定位置まで移動する際の荷重と変位量を測定して荷重データを得るためには、ロードセルを用いて測定することができる。そこで、被駆動体としてレンズユニット1を備え、SMAアクチュエータとしてSMAワイヤ3を備えた駆動装置について、ロードセルを用いて荷重データを作成した例について、図2A、図2Bおよび図3を用いて説明する。
 図2Aに示す駆動装置AA1は、ベース部材4と被駆動体であるレンズユニット1とレバー部材2とワイヤ状の形状記憶合金(SMAワイヤ3)とバイアスばね7を備えて一体構成されている。また、レバー部材2は、レンズユニット1に設ける係合部(係合突部1c)に係合してレンズユニット1をその軸線(光軸AX)方向に移動させる駆動アーム21と、該駆動アーム21を揺動自在に支持する駆動支点部8aと、該駆動支点部8aから垂下して前記駆動アーム21と屈曲して設けられる延設アーム22を有している。
 また、前記駆動支点部8aおよびSMAワイヤ3が懸架されて駆動力を受ける変位入力部2aをベース部材4の一角部に設け、SMAワイヤ3を、前記変位入力部2aを巻回部としてレンズユニット1の外側を挟むようにくの字状に掛け渡して装着した構成とされている。この際に、SMAワイヤ3は、その片方の第一端が固定され、もう一方の第二端が仮固定された状態である。例えば、第一保持部30Aに第一端を固定し、第二保持部30Bに第二端を仮固定している。
 第二端の仮固定は、例えば張力調整器31を介して初期張力を付加した状態で行うことができる。この初期張力は、通電駆動時よりも小さな値である。この状態で、ベース部材4に設けられている貫通孔部4a側からロードセル40を介して、レンズユニット1を図面の下から上に向けて持ち上げ、このときの荷重を測定する。また、レンズユニット1をバイアスばね7に抗して所定位置まで移動する際の荷重と変位量から荷重データを作成する。
 ロードセル40によってレンズユニット1が持ち上げられると、SMAワイヤ3の張力が徐々に減少していき、ある位置で0となる。また、これ以上に持ち上げていくと、SMAワイヤ3は徐々に弛んでいき、図2Bに示すような状態となる。
 このときには、バイアスばね7が圧縮された状態であり、図面の上から下向きにバイアス荷重が強く付加された状態となる。このロードセル40をレンズユニット1に当接させて持ち上げていったときの負荷変動と変位量の関係から図3に示すような荷重と変位量との関係を表す荷重データを作成する。
 この荷重データは、横軸がロードセルの位置、つまり被駆動体(レンズユニット1)の変位量を示し、その縦軸がロードセルの出力、つまり荷重を示している。
 図3に示すように、荷重データは、傾きC1のA部と傾きC2のB部に分かれている。これは、SMAワイヤの初期張力により、レバー部材を介して被駆動体に与えられた力が途中でなくなることを意味する。つまり、ロードセルによって持ち上げられた被駆動体により、SMAワイヤの張力は次第に低下し、D地点で張力0となり、B部では、レバー部材が被駆動体から離反していることを表している。この後のB部は、バイアスばねと平行板バネの合力を表すことになる。
 このロードセルの出力データとSMAワイヤの初期張力の値から、レバー部品の形状誤差や、バイアスばね、平行板ばね等のバイアス力誤差などの機械的な誤差が判る。つまり、測定された荷重データからレバー部材の駆動抵抗とバイアス手段が発揮するバイアス力を同時に検出して、駆動装置それぞれの機械的誤差を検出することが可能となる。
 また、測定を行ったときの環境温度と検出されたバイアス力から、想定される高温環境下で所定の駆動力を発揮するSMAワイヤの初期張力、つまり実際に設定すべきSMAワイヤ3の架設張力を算出することができる。適当な架設張力が算出されると、張力調整器31を用いてSMAワイヤ3に所定の張力を与えて第二保持部30Bに固定する。また、この第二保持部30Bに固定した後で不要なSMAワイヤをカットして除去する。
 このように、SMAワイヤ3の架設張力を、一体に組み込まれた被駆動体をバイアス手段に抗して所定位置まで移動する際の荷重と変位量を測定して、測定された荷重と変位量との関係(荷重データ)からレバー部材の駆動抵抗を含むバイアス力を検出し、検出された当該バイアス力に応じた所定の張力に調整することで、形状記憶合金に所定量の通電を行った際にバイアス力と釣り合うように調整することができる。そのために、組み込んだレバー部材2やバイアス手段などの製造誤差や組み付け誤差等の機械的な誤差に応じて、SMAワイヤ3が耐久性を発揮すると共に、想定される高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができ、SMAワイヤ3を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動装置を得ることができる。
 上記したように、SMAワイヤに所定量の通電を行った際に、バイアス力と釣り合うように調整される架設張力としているので、全ての構成部品を一体に組み込んだ駆動装置の想定される環境温度において、所定の安定した動作が可能となる。
 所定の架設張力に調整した後で第二保持部30BにSMAワイヤ3を固定する方法は特に限定されず、カシメや圧着などの方法により固定することができる。また、SMAワイヤ3の張力調整を行う際に、前述した張力調整器31を使用して行う方法以外に、この駆動機構および駆動装置自体に架設張力調整手段を実装して、算出された所定の架設張力に調整する方法が考えられる。この架設張力調整手段を備えた構成例について図4および図5を用いて説明する。
 図4に示す駆動装置AB1は、架設張力調整手段を備えた駆動機構を有する一例であって、SMAワイヤ3の張力調整と固定を同時に行うことを可能とする第二保持部30Baを架設張力調整手段として備えた例である。
 この第二保持部30Baは、SMAワイヤ3を保持した状態で回転して、SMAワイヤ3の張力を調整可能な構成とされている。また、適当な張力に設定した後、接着などで回転しないように固定する。つまり、この第二保持部30Baは、SMAワイヤ3に所定の架設張力を付加した後で固定する架設張力調整保持部となる。この構成であれば、外部の張力調整器を用いずに、内部の部材を用いて所定の架設張力に調整可能となる。
 図5に示す駆動装置AB2は、架設張力調整手段として被駆動体1(レンズユニット1)の初期停止位置を変更してSMAワイヤ3の架設張力を調整する初期停止位置規制手段32を備えた例である。この初期停止位置規制手段32は、SMAワイヤ3の両端をそれぞれ第一保持部30A、第二保持部30Bに固定した後で、レンズユニット1の停止位置を調整可能な構成とされている。
 この初期停止位置規制手段32としては、例えば、高さ調整用のビスを用いることができる。また、厚みの異なる複数の部材(隙間ゲージ様の部材)を貼付する構成であってもよく、特に限定されない。
 SMAワイヤ3を所定の初期張力で固定した後、初期停止位置規制手段32を介して被駆動体1を昇降させて、その張力値を微調整することが可能となる。つまり、SMAワイヤ3の架設張力を調整して設定することができる。
 上記したように、被駆動体の初期停止位置を規定する初期停止位置規制手段を設け、該初期停止位置規制手段を介してSMAワイヤに所定の架設張力を与える位置に被駆動体を設置する構成にすることで、被駆動体とSMAワイヤやレバー部材やバイアス手段などを組み込んで固定した状態であっても、初期停止位置規制手段により被駆動体の初期停止位置を移動して、SMAワイヤの架設張力を適当な張力に微調整することが可能な駆動機構、駆動装置となって好ましい。
 上記した予め調整される架設張力は、所定の高温環境下でバイアス力と釣り合う張力であって、予め設定される所定温度に達するまでは、被駆動体(レンズユニット1)を移動しない張力であることが好ましい。この構成であれば、周囲の温度が高くなっても動作せずに、温度の高い環境下で、所望される所定の動作を正確に実行することができる。
 また、前記所定温度は、60℃~80℃であることが好ましい。これは、この温度範囲が、多くの電子部品がパッケージングされたカメラ付き携帯電話機等のレンズ駆動装置を備える最近の携帯用機器において、想定される温度範囲であるからである。この構成であれば、小さな筐体に多くの電子部品がパッケージングされて、これらの電子部品に通電されて発熱して、内部の温度が高くなっても、内部温度が予め想定される温度(60℃~80℃)に達するまでは不意に動作しないので、非通電状態での誤動作を抑制することが可能となる。
 すなわち、前述したように、500MPa以下の応力領域で使用が可能であって、且つ、停止状態で環境温度が60℃~80℃になっても被駆動体を移動しない条件でバイアス力と釣り合うように調整する、ということである。当該張力が、駆動装置の製造時の条件でいくらになるかを予め求めておいて、その条件となるように調整する。
 次に、図1および図2A、図2Bを参照して本発明に係る駆動装置の製造方法について説明する。
 本発明に係る駆動装置の製造方法は、固定の支持部材と、該支持部材に対して相対的に移動可能に支持される被駆動体1と、該被駆動体1を移動するための力を発生する形状記憶合金(SMAワイヤ3)と、被駆動体1に、形状記憶合金により被駆動体1が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段(例えば、バイアスばね7)と、を備える駆動装置の製造方法であって、これらの部材を一体に組み込んだ後に、形状記憶合金の架設張力を、前記形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、バイアス力と釣り合うように調整している。
 また、本発明に係る駆動装置の製造方法は、被駆動体1と形状記憶合金(SMAワイヤ3)やバイアス手段(例えば、バイアスばね7)などを組み込んだ後で、被駆動体1を前記バイアス手段に抗して所定位置まで移動する際の荷重と変位量を測定し、測定された荷重と変位量との関係(荷重データ)から前記バイアス手段が発揮するバイアス力を検出し、当該バイアス力の検出結果に応じてSMAワイヤ3の架設張力を所定の張力に調整している。
 例えば、SMAワイヤ3の一端を固定して他方の端を仮固定して駆動装置を組み付けた後、ロードセル40を用いて被駆動体を移動させてそのときの荷重と変位量との関係(荷重データ)を測定する。その後、得られた荷重データと予め計測していた理想的な荷重データとを比較して、想定される高温環境下において所望の駆動力を発揮するSMAワイヤ3の初期張力、つまり、架設張力を求めることができる。
 このように、製品個別に実装されたバイアス手段が実際に発揮するバイアス力に応じた適当な架設張力に設定しているので、SMAワイヤ3の架設張力を、このSMAワイヤ3が耐久性を発揮すると共に、想定される高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができ、形状記憶合金(SMAワイヤ3)を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動装置を確実に製造可能な製造方法となる。
 また、被駆動体1と形状記憶合金とバイアス手段に加えてレバー部材2を備える駆動装置を製造する際には、被駆動体1と形状記憶合金やレバー部材2やバイアス手段などを組み込んだ後で、バイアス手段が実際に発揮するバイアス力を測定するので、形状記憶合金の架設張力を、この形状記憶合金が耐久性を発揮すると共に、想定される高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができ、形状記憶合金とレバー部材2を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動装置を確実に製造可能な製造方法となる。
 この際に、形状記憶合金がSMAワイヤ3であれば、このSMAワイヤ3の両端を通電可能な第一保持部30Aと第二保持部30Bでそれぞれ保持し、通電しながら所定の架設張力に調整して固定することが好ましい。この構成であれば、SMAワイヤ3の温度を所定の温度に維持しながら架設張力を調整するので、想定される環境温度に応じて正常に作動可能な駆動装置を製造することができる。
 また、バイアス力をバイアス力検知手段により検知すると共に、測定された荷重データから所定の架設張力を求め、前記第一保持部30AにSMAワイヤ3の一端を固定し、前記第二保持部30Bに通電状態に当接させながら緊張する張力調整器31を介して前記所定の架設張力に設定する製造方法であることが好ましい。このような製造方法であれば、第一、第二保持部間に所定電流を印加しながら架設張力を微調整することができ、所定の温度範囲で被駆動体1の移動を安定して行うことが可能な駆動装置を容易に製造することができる。
 以上のように、本発明では、レバー部材の誤差やバイアス力の誤差などの機械的な誤差を検知しながらSMAワイヤ3の張力を調整するので、それぞれの装置個別に対応して常に張力を最適に保つことが可能となる。これは、従来一定の張力値に固定した場合に比べて、SMAワイヤ3の耐久性が悪化することや、高温での動作が不安定となる、といった不具合を回避でき、必ず耐久性を確保しながら高温での動作も安定して可能となる駆動機構および駆動装置を提供することができる。
 また、そのために必要な張力調整手段は、装置外部の機器を用いてもよく、装置内部のワイヤ保持部の回転を利用することもでき、従来の構成がそのまま利用できる。また、レバー部材2の誤差やバイアス力の誤差を検知するための手段は、被駆動体1の荷重を測定するだけで、レバー部材2の誤差やバイアス力の誤差の両方を把握することができ、非常にシンプルである。そのために、本発明に係る駆動機構および駆動装置は、構成を大きく変えることもなく、また、多くの費用を掛けることもなく実現できて高い効果を有する。
 以上説明したように、本発明に係る駆動機構によれば、形状記憶合金が耐久性を発揮すると共に高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができ、形状記憶合金を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動機構となる。
 また、本発明に係る駆動装置によれば、組み込んだレバー部材やバイアス手段などの製造誤差や組み付け誤差に応じて形状記憶合金が耐久性を発揮すると共に高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができる。そのために、形状記憶合金を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動装置を得ることができる。
 また、本発明に係る駆動装置の製造方法によれば、形状記憶合金(SMAワイヤ)の架設張力を、一体に組み込んだ被駆動体を移動させたときの荷重と変位量との関係(荷重データ)から、この形状記憶合金が耐久性を発揮すると共に高温環境下でも正常に動作可能となる張力範囲に規定することができるので、形状記憶合金を用いた被駆動体の移動を安定して行うことが可能な駆動装置を確実に製造可能な製造方法となる。
 本発明に係る駆動機構、駆動装置および駆動装置の製造方法は、小型化され多くの電子部品がパッケージングされて、装置内部が高温となる撮像装置のレンズユニットの駆動機構、駆動装置および駆動装置の製造方法に好適に適用することができる。
   1  被駆動体(レンズユニット)
   2  レバー部材
   3  SMAワイヤ(形状記憶合金)
   4  ベース部材(固定部)
   7  バイアスばね(バイアス手段)
  30A  第一保持部
  30B  第二保持部
  30Ba  第二保持部(架設張力調整手段)
  31  張力調整器
  32  初期停止位置規制手段(架設張力調整手段)
  AA1、AB1、AB2  駆動装置
  AX  光軸(軸線)

Claims (13)

  1.  固定の支持部材と、該支持部材に対して相対的に移動可能に支持される被駆動体と、該被駆動体を移動するための力を発生する形状記憶合金と、
     前記被駆動体に、前記形状記憶合金により前記被駆動体が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段と、を備える駆動機構であって、
     前記形状記憶合金の架設張力は、前記形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、バイアス力と釣り合うように、予め調整されていることを特徴とする駆動機構。
  2.  固定の支持部材と、該支持部材に対して相対的に移動可能に支持される被駆動体と、該被駆動体を移動するための力を発生する形状記憶合金と、該形状記憶合金の力を受けて前記被駆動体を移動するレバー部材と、
     前記被駆動体に、前記形状記憶合金により前記被駆動体が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段と、を備える駆動機構であって、
     前記形状記憶合金の架設張力は、前記形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、前記レバー部材の駆動抵抗を含む所定のバイアス力と釣り合うように、予め調整されていることを特徴とする駆動機構。
  3.  前記架設張力は、予め設定される所定温度に達するまでは、前記被駆動体が移動しない張力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.  前記所定温度が60℃~80℃であることを特徴とする請求項3に記載の駆動機構。
  5.  前記形状記憶合金の架設張力を調整する架設張力調整手段を実装していることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の駆動機構。
  6.  前記被駆動体がレンズユニットであり、
     前記被駆動体の移動方向が光軸方向であり、
     前記形状記憶合金が形状記憶合金ワイヤであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の駆動機構。
  7.  被駆動体としてのレンズユニットと、このレンズユニットをその光軸方向に移動させる駆動機構として請求項1から6のいずれかに記載された駆動機構を備えていることを特徴とする駆動装置。
  8.  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と、前記被駆動体を移動するための駆動力を付与する形状記憶合金ワイヤと、該形状記憶合金ワイヤが懸架され該ワイヤから駆動力を受けて前記被駆動体を移動させるレバー部材と、
     前記被駆動体に、前記形状記憶合金ワイヤにより前記被駆動体が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段と、を備える駆動装置であって、
     前記形状記憶合金ワイヤの両端をそれぞれ通電可能な保持部で保持し、所定の架設張力を付加すると共に、
     前記架設張力は、前記形状記憶合金ワイヤに所定量の通電を行った際に、前記レバー部材の駆動抵抗と前記バイアス手段が発揮するバイアス力と釣り合うように、予め調整されていることを特徴とする駆動装置。
  9.  固定の支持部材と、該支持部材に対して相対的に移動可能に支持される被駆動体と、該被駆動体を移動するための力を発生する形状記憶合金と、
     前記被駆動体に、前記形状記憶合金により前記被駆動体が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段と、を備える駆動装置の製造方法であって、
     これらの部材を一体に組み込んだ後に、前記形状記憶合金の架設張力を、前記形状記憶合金に所定量の通電を行った際に、バイアス力と釣り合うように調整することを特徴とする駆動装置の製造方法。
  10.  固定の支持部材と、該支持部材に対して相対的に移動可能に支持される被駆動体と、該被駆動体を移動するための力を発生する形状記憶合金と、前記被駆動体に、前記形状記憶合金により前記被駆動体が移動する方向と反対方向のバイアス力を与えるバイアス手段と、を備える駆動装置の製造方法であって、
     これらの部材を一体に組み込んだ後に、前記被駆動体を前記バイアス手段に抗して所定位置まで移動する際の荷重と変位量を測定し、測定された荷重と変位量との関係から前記バイアス手段が発揮するバイアス力を検出し、当該バイアス力の検出結果に応じて前記形状記憶合金の架設張力を所定の張力に調整することを特徴とする駆動装置の製造方法。
  11.  前記形状記憶合金が形状記憶合金ワイヤであって、前記架設張力の調整時には、この形状記憶合金ワイヤの両端をそれぞれ通電可能な第一保持部と第二保持部で保持し、前記形状記憶合金ワイヤに通電しながら、前記所定の架設張力に調整して固定することを特徴とする請求項10に記載の駆動装置の製造方法。
  12.  前記架設張力の調整時において、前記形状記憶合金ワイヤに通電する通電量は、前記形状記憶合金ワイヤが所定の温度になったときの張力と同等の張力を発生する通電量であることを特徴とする請求項11に記載の駆動装置の製造方法。
  13.  前記架設張力の調整時には、前記第一保持部に前記形状記憶合金ワイヤの一方を固定し、他方を前記第二保持部で保持し、前記形状記憶合金ワイヤに通電した状態で、前記第二保持部を移動させることで前記所定の架設張力に設定して固定することを特徴とする請求項11または12に記載の駆動装置の製造方法。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2506057A4 (en) * 2009-11-24 2013-10-16 Konica Minolta Advanced Layers TRAINING DEVICE
GB201603619D0 (en) * 2016-03-02 2016-04-13 Cambridge Mechatronics Ltd SMA wire handling with air suction
JP6741339B2 (ja) * 2016-04-12 2020-08-19 東洋電装株式会社 衝撃フィードバック操作装置
CN110058371B (zh) * 2019-04-08 2021-05-11 武汉光迅科技股份有限公司 一种光模块
CN114123858B (zh) * 2021-12-13 2024-01-12 吉林大学 一种径向曲柄连杆机构驱动的旋转执行器及其驱动方法
GB2623109A (en) * 2022-10-06 2024-04-10 Cambridge Mechatronics Ltd Actuator assembly

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009037059A (ja) 2007-08-02 2009-02-19 Konica Minolta Opto Inc 駆動機構、駆動装置およびレンズ駆動装置
JP2009229781A (ja) * 2008-03-24 2009-10-08 Konica Minolta Opto Inc 駆動機構および駆動装置
JP2009239993A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Seiko Instruments Inc 駆動モジュールおよびそれを備える電子機器
WO2010004993A1 (ja) * 2008-07-11 2010-01-14 セイコーインスツル株式会社 駆動モジュールおよびその組立方法、電子機器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003346756A (ja) * 2002-05-23 2003-12-05 Olympus Optical Co Ltd 電池装置及びデジタルカメラ
US8350959B2 (en) * 2006-03-30 2013-01-08 1 . . . Limited Camera lens actuation apparatus
JP4946619B2 (ja) * 2007-05-15 2012-06-06 コニカミノルタオプト株式会社 駆動装置
US20110242398A1 (en) * 2008-12-24 2011-10-06 Konica Minolta Opto, Inc. Shape memory alloy actuator drive device and method, and imaging device using the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009037059A (ja) 2007-08-02 2009-02-19 Konica Minolta Opto Inc 駆動機構、駆動装置およびレンズ駆動装置
JP2009229781A (ja) * 2008-03-24 2009-10-08 Konica Minolta Opto Inc 駆動機構および駆動装置
JP2009239993A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Seiko Instruments Inc 駆動モジュールおよびそれを備える電子機器
WO2010004993A1 (ja) * 2008-07-11 2010-01-14 セイコーインスツル株式会社 駆動モジュールおよびその組立方法、電子機器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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