(57)【要約】【課題】  カメラのズーム機構やフォーカス機構などに用いられ、基台に回転自在に支持される歯車などから成る出力回転体に、歯車などから成る駆動回転体が接触しつつ回転することで、前記出力回転体から回転力を出力するようにしたモータにおいて、駆動源に、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金から成る駆動部材を用いる。【解決手段】  前記駆動回転体である駆動ギア２１に連結されるクランクシャフト２２によって前記駆動ギア２１を回転駆動するようにし、そのクランクシャフト２２の駆動力を、線状の形状記憶合金から成る駆動部材２３〜２５によって発揮させる。したがって、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金から成る駆動部材２３〜２５の伸縮が、クランクシャフト２２によって回転力に変換されて、駆動ギア２１からカム筒１４を回転駆動することができる。【選択図】      図１
2006329111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台に回転自在に支持される出力回転体に駆動回転体が接触しつつ回転することで、前記出力回転体から回転力を出力するようにしたモータにおいて、
前記駆動回転体に連結され、中心から半径方向に偏位した複数のクランクピン部を有し、該駆動回転体を回転駆動するクランクシャフトと、
前記クランクシャフトの各クランクピン部に一端が連結され、他端が固定位置に固定され、線状の形状記憶合金から成る駆動部材と、
前記駆動部材を個別に通電制御する通電手段とを含むことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記請求項１記載のモータを用い、前記出力回転体は撮像装置のズーム機構やフォーカス機構における回転筒であり、前記駆動回転体は前記回転筒の外周面に形成された歯車に噛合う駆動ギアであり、前記クランクシャフトは前記駆動ギアと同心で一体回転することを特徴とするレンズ駆動機構。
【請求項３】
矩形の撮像素子領域の隅角部に前記駆動回転体を配置することを特徴とする請求項２記載のレンズ駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶合金によって回転駆動力を発揮するモータおよびそれを用いる撮像装置のレンズ駆動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記形状記憶合金（ＳＭＡ）は、一般的には、周囲温度の変化に伴って動作するタイプのアクチュエータとして用いられている。たとえば、給湯の湯加減を調節する弁の部分に使用されたり、外気温の変化に応じて換気口の開口度合いを変化させる用途に使用されている。このような使い方においては、ＳＭＡはコイルばね状に成型され直進往復運動機構とともに用いられることが多い。
【０００３】
一方、従来から、ＳＭＡに通電することで自身のジュール熱によって発熱し、動作するタイプのアクチュエータが開発されている。特許文献１は、複数の直線記憶のＳＭＡを用いて回転系のアクチュエータを実現した電動モータである。具体的には、円盤状の基台に、周方向に等間隔に、大略コの字状の前記ＳＭＡの一端を枢支し、他端を駆動回転体に周方向に等間隔に枢支し、前記駆動回転体を出力軸に繋がるロータの偏心位置に回転自在に枢支することで、ＳＭＡが順に伸縮を繰返すと、駆動回転体が往復回転しつつ、ロータ上を公転し、これによってロータが回転するようになっている。
【特許文献１】特開平７−３２７３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術では、ＳＭＡがロータ上の駆動回転体が変位する範囲をカバーするにあたって、伸縮の変化量（ストローク）が大きいために、該ＳＭＡをコイル状に加工する必要がある。この場合、応答が遅くなるけれども、その用途が自動車のドアミラー用で、低速での駆動であり、特に問題にはならない。
【０００５】
一方、撮像装置のズーム機構やフォーカス機構のように、ある程度の動作速度が要求される場合、反応速度を上げるためには、ＳＭＡを細い線状に加工する必要がある。そうなると、充分な伸縮の変化量（ストローク）が得られず、上記従来技術では、直線記憶のＳＭＡを用いて回転系のアクチュエータを実現することができなくなってしまう。また、ＳＭＡがコイル状になると、大きなスペースが必要になるとともに、同じ線材を使用しても、発生力が小さくなるという問題もある。
【０００６】
本発明の目的は、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金によって回転駆動力を発揮することができるモータおよびそれを用いるレンズ駆動機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のモータは、基台に回転自在に支持される出力回転体に駆動回転体が接触しつつ回転することで、前記出力回転体から回転力を出力するようにしたモータにおいて、前記駆動回転体に連結され、中心から半径方向に偏位した複数のクランクピン部を有し、該駆動回転体を回転駆動するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの各クランクピン部に一端が連結され、他端が固定位置に固定され、線状の形状記憶合金から成る駆動部材と、前記駆動部材を個別に通電制御する通電手段とを含むことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、撮像装置のズーム機構やフォーカス機構などに用いられ、基台に回転自在に支持される歯車などから成る出力回転体に、歯車などから成る駆動回転体が接触しつつ回転することで、前記出力回転体から回転力を出力するようにしたモータにおいて、前記駆動回転体に固着され、或いは間に他の歯車等が介在されるなどして、前記駆動回転体に連結されるクランクシャフトによって前記駆動回転体を回転駆動するようにし、そのクランクシャフトの駆動力を、線状の形状記憶合金から成る駆動部材によって発揮させる。
【０００９】
具体的には、前記クランクシャフトには中心から半径方向に偏位した複数（好ましくは、相互に等しい中心角だけ離間し、３つ以上、３つの場合には１２０°だけ離間）のクランクピン部を設け、各クランクピン部と前記基台などの固定位置との間に前記駆動部材を張架する。各クランクピン部へは、駆動部材はスリーブ嵌合のような該駆動部材が直接摺動しない構造で連結される。そして、各駆動部材を通電手段によって順に通電してゆくことで、形状記憶合金から成る駆動部材が順に発熱して伸縮し、前記駆動力を発揮する（前記クランクピン部の数をＮとした場合、各駆動部材に通電する電流の位相を３６０°／Ｎずらすことで駆動回転体は回転し、電流の位相を逆相にすることで駆動回転体は逆回転する。）。
【００１０】
こうして、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金から成る駆動部材の伸縮が、クランクシャフトによって回転力に変換されて、出力回転体を回転駆動することができる。
【００１１】
また、本発明のレンズ駆動機構は、前記のモータを用い、前記出力回転体は撮像装置のズーム機構やフォーカス機構における回転筒であり、前記駆動回転体は前記回転筒の外周面に形成された歯車に噛合う駆動ギアであり、前記クランクシャフトは前記駆動ギアと同心で一体回転することを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、反応速度の高い直線記憶の形状記憶合金を用いて回転筒を回転駆動することで、小型で低コストなレンズ駆動機構を実現することができる。
【００１３】
さらにまた、本発明のレンズ駆動機構は、矩形の撮像素子領域の隅角部に前記駆動回転体を配置することを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、ズーム機構やフォーカス機構における回転筒である出力回転体は、外周に前記駆動回転体が噛合する円筒状であり、その円筒の中心がフィルムや撮像素子に対応した撮像領域の中心と一致する。
【００１５】
したがって、矩形の前記撮像素子領域の隅角部に前記駆動回転体を配置することで、空きスペースを有効に利用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のモータは、以上のように、撮像装置のズーム機構やフォーカス機構などに用いられ、基台に回転自在に支持される歯車などから成る出力回転体に、歯車などから成る駆動回転体が接触しつつ回転することで、前記出力回転体から回転力を出力するようにしたモータにおいて、前記駆動回転体に固着され、或いは間に他の歯車等が介在されるなどして、前記駆動回転体に連結されるクランクシャフトによって前記駆動回転体を回転駆動するようにし、そのクランクシャフトの駆動力を、線状の形状記憶合金から成る駆動部材によって発揮させる。
【００１７】
それゆえ、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金から成る駆動部材の伸縮が、クランクシャフトによって回転力に変換されて、出力回転体を回転駆動することができる。
【００１８】
また、本発明のレンズ駆動機構は、以上のように、前記のモータを用い、前記出力回転体は撮像装置のズーム機構やフォーカス機構における回転筒であり、前記駆動回転体は前記回転筒の外周面に形成された歯車に噛合う駆動ギアであり、前記クランクシャフトは前記駆動ギアと同心で一体回転する。
【００１９】
それゆえ、小型で低コストなレンズ駆動機構を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係るレンズ駆動機構である撮像装置用のズームユニット１の構造を示す斜視図である。このズームユニット１は、図示しないレンズを内周部に保持する玉枠１１，１２と、固定筒１３と、カム筒１４と、駆動部１５とを備えて構成され、後述する基台上に搭載されて成る。
【００２１】
前記玉枠１１，１２は、３本の突起部１１ａ，１２ｂを有し、固定筒１３およびカム筒１４に順に収納され、前記突起部１１ａ，１２ｂが固定筒１３の貫通溝１３ａ，１３ｂと、カム筒１４の貫通溝１４ａ，１４ｂとにそれぞれ嵌合している。固定筒１３は前記基台に固定され、前記貫通溝１３ａ，１３ｂは、軸線方向に変位すると周方向に変位するように形成されている。一方、カム筒１４の貫通溝１４ａ，１４ｂは軸線方向に延設され、したがって後述するようにしてカム筒１４が回転駆動されることで、玉枠１１，１２の突起部１１ａ，１２ｂはカム筒１４の貫通溝１４ａ，１４ｂと固定筒１３の貫通溝１３ａ，１３ｂとの交点に沿ってそれぞれ移動するので、玉枠１１，１２の間隔が変化し、こうして光学系の焦点距離が変化可能となっている。
【００２２】
前記カム筒１４の基端側の外周面には歯車１４ｅが刻設されており、この歯車１４ｅには前記駆動部１５の駆動回転体である駆動ギア２１が噛合している。駆動ギア２１はクランクシャフト２２と一体で回転するようになっており、前記クランクシャフト２２は、相互に等しい中心角だけ離間し、中心から半径方向に偏位した複数のクランクピン部２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有し、各クランクピン部２２ａ，２２ｂ，２２ｃには線状の形状記憶合金から成る駆動部材２３〜２５の一端がそれぞれ連結され、その駆動部材２３〜２５の他端は固定位置である前記基台に固定されている。
【００２３】
前記駆動部材２３〜２５は、たとえばＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕの合金から成り、その場合、歪量は４％程度であり、該駆動部材２３〜２５の長さを２０ｍｍとすると、０．８ｍｍのストロークを得ることができ、クランクシャフト２２のクランクピン部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの偏心量は０．４ｍｍ程度となり、機構を設計可能なレベルである。図１の例では、クランクピン部２２ａ，２２ｂ，２２ｃは３つ設けられており、前記中心角で１２０°ずつ離間しているけれども、２つや４つ以上設けられてもよい。また、回転筒であり、出力回転体であるカム筒１４と、駆動回転体である駆動ギア２１とは、外周面に形成された歯車によって連動して回転するけれども、摩擦接触によって回転するようにしてもよく、またカム筒１４と駆動ギア２１との間に、他の歯車が介在されてもよい。
【００２４】
図２は、上述のように構成されるズームユニット１において、駆動部１５の動作を説明するために該駆動部１５を模式的に示す図である。各駆動部材２３〜２５の一端は、対応するクランクピン部２２ａ，２２ｂ，２２ｃに、スリーブ嵌合のような該駆動部材２３〜２５が直接摺動しない構造で連結される。前記スリーブは内周側が電気的絶縁体から成り、外周側が導電体から成り、或いは前記クランクシャフト２２が電気的絶縁体から成り、スリーブが導電体から成り、図示しない個別端子が前記スリーブに接続されて、各駆動部材２３〜２５の一端が通電手段である図示しない駆動回路に接続されている。また、各駆動部材２３〜２５の他端は、共通端子３１に一度にかしめられ、基台３２に固定されている。前記共通端子３１は、導電体から成り、前記図示しない駆動回路に接続されている。こうして、各駆動部材２３〜２５には、前記駆動回路によって個別に通電可能となっている。
【００２５】
或いは、前記スリーブが導電体から成り、クランクシャフト２２が共通端子となり、各駆動部材２３〜２５の他端が、前記共通端子３１ではなく、個別端子によって基台３２に固定されても、前記各駆動部材２３〜２５は、前記駆動回路によって個別に通電可能となる。
【００２６】
前記各駆動部材２３〜２５には、予め所定の大きさの縮み形状が記憶されており、前記駆動回路が該駆動部材２３〜２５に通電することで該駆動部材２３〜２５が発熱し、所定の温度に達すると、記憶されている形状に復元（収縮）する。これに対して、駆動部材２３〜２５を非通電とすることで温度が低下すると、弾性率が低下する。
【００２７】
図３（ａ）〜（ｃ）は、各駆動部材２３〜２５の通電制御の様子をそれぞれ示すタイミングチャートである。時刻ｔ１では何れの駆動部材２３〜２５にも電流は印加されていないので、それぞれの駆動部材２３〜２５が互いを緩やかに引っ張り合いながらバランスして、前回の駆動で停止した状態を保っている。この初期状態を図２（ａ）に示す。
【００２８】
時刻ｔ２になると、駆動部材２３に通電が開始され、発熱すると、該駆動部材２３は電流が供給されていない残余の駆動部材２４，２５の弾発力に抗して、記憶されている縮み形状に向けて縮む。なお、温度によって記憶形状へ復元する大きさが異なるので、通電する電流値を制御して発熱温度を調整することで、各駆動部材２３〜２５の復元する大きさを調整することが可能である。
【００２９】
前記駆動部材２３への通電は、時刻ｔ３まで続けられ、オフされる。この時点の状態を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）の状態から駆動部材２３が縮んだので、クランクシャフト２２はその力を受け、その結果、駆動ギア２１は右回り（図２（ｂ）中の矢印方向）に回転させられる。次に、同時刻ｔ３において、駆動部材２４に通電が開始される。電流が供給されると、該駆動部材２４は駆動部材２３の時と同様に、残余の駆動部材２３，２５の弾発力に抗して縮む。
【００３０】
前記駆動部材２４への通電は、時刻ｔ４まで続けられ、オフされる。この時点の状態を図２（ｃ）に示す。図２（ｂ）の状態から駆動部材２４が縮んだので、クランクシャフト２２はその力を受け、その結果、駆動ギア２１は更に右回りに回転させられる。以降、同様に時刻ｔ５までは駆動部材２５に通電し、その次に時刻ｔ６までは再度駆動部材２３に通電するという駆動を続けることで、駆動ギア２１は右回りに回転し続けることができる。つまり、駆動部材２３→駆動部材２４→駆動部材２５の順で通電を行うことで、駆動ギア２１は右回りに回転する。
【００３１】
こうして、出力回転体である前記カム筒１４と、前記基台３２と、前記駆動部１５を構成する駆動ギア２１、クランクシャフト２２および駆動部材２３〜２５とを備えて、モータが構成される。
【００３２】
これに対して、前記図２（ａ）の状態で、駆動部材２３→駆動部材２５→駆動部材２４→駆動部材２３の順で通電を行うことで、駆動ギア２１を左回りに回転させることが可能である。ただしこの場合は、駆動部材２３に通電を行っている期間だけは、駆動ギア２１は右回りに回転する。しかし、多くの場合、駆動開始直後の一瞬だけ所望の方向と逆の回転をしても、定常的に所望の方向に回転すれば大きな問題はない。本実施形態のような駆動の順番を変えるだけで回転方向を変えることができるモータは、クランク角を検出して駆動を開始する駆動部材を特定する必要がないので、非常に有用である。
【００３３】
次に、前述した内容を位相の観点で考えてみる。今、最初に駆動部材２３に通電を開始してから再び駆動部材２３に通電を開始するまでの時間を周期Ｔとすると、時刻ｔ３，ｔ４はその周期Ｔを３等分した時刻に位置している。つまり、駆動部材２３〜２５への通電は、それぞれ位相が１２０°ずれていると言うことができる。すなわち、クランクピン部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの角度（１２０°）に合わせて駆動部材２３〜２５への通電タイミングを決めているということである。したがって、クランクピン部の角度を９０°に設定したならば、４本の駆動部材を用いて、それぞれの駆動部材への通電タイミング（位相）を９０°ずらせば、同様の駆動が可能である。
【００３４】
また、それぞれの駆動部材２３〜２５への通電時間Ｔｏｎは、前述の説明では周期Ｔを３等分した時間に一致させていたが、必ずしもそうする必要はない。通電時間Ｔｏｎを短くすれば、トルクは下がるが消費電力が少なくなるので、省電力化には有効である。つまり、周期Ｔを３等分した時間に対して通電時間Ｔｏｎをどう設定するかは任意であり、これによってモータの特性をコントロールすることが可能である。すなわち、クランクシャフト２２のクランクピン部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの偏心量を駆動部材２３〜２５のストロークに対応した現実的な値とし、駆動ギア２１とカム筒１４の歯車１４ｅとの歯数比によって回転速度が決定されるので、カム筒１４の回転速度を変えたい場合は、前述の周期Ｔを変えるとともに、前記歯数比に対応した必要なトルクに応じて前記通電時間Ｔｏｎを設定すればよい。
【００３５】
こうして、反応速度が高く、発生力が大きい直線記憶の形状記憶合金から成る駆動部材２３〜２５の伸縮が、クランクシャフト２２によって回転力に変換されて、カム筒１４を回転駆動することが可能になり、小型で低コストなズームユニット１を実現することができる。このズームユニット１は、図示しないレンズ装置の鏡筒内に組み込まれるものであり、そのための構成は公知の手段を適用して、適宜設計可能なことは、言うまでもない。
【００３６】
また、図２（ａ）を参照して、駆動ギア２１はカム筒１４の歯車１４ｅと噛合しており、この歯車１４ｅの中心は、フィルムや撮像素子に対応した撮像素子領域３３の中心と略一致している。歯車１４ｅは円形であり、撮像素子領域３３は一般的に矩形なので、歯車１４ｅの外側の撮像素子領域３３の隅角部には利用可能な空間ができる場合が多い。一方、駆動ギア２１、クランクシャフト２２、駆動部材２３〜２５および共通端子３１は、基台３２上に配設され、駆動部１５としてユニット化されている。駆動部１５の外形は、概ね駆動ギア２１の外形と駆動部材２３〜２５の延伸方向への細長い形を包含するような形状をしており、駆動ギア２１の外形部分が丁度撮像素子領域３３の一隅に位置している。つまり、駆動部１５がこのような外形をしていることで、空きスペースを有効に利用することが可能になっている。
【００３７】
上述の説明では、歯車１４ｅは外歯で、駆動ギア２１は外歯であるという想定であったけれども、必ずしもその必要はなく、傘歯などで歯車１４ｅと駆動ギア２１とが光軸方向に噛み合っている構成をとることも可能である。また、歯形も、図示のようにインボリュートである必要はなく、サイクロイドなど任意に選択されればよい。
【００３８】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の他の形態に係るレンズ駆動機構である撮像装置用のズームユニットにおける駆動部１５’の構造を模式的に示す図である。この図４は、前述の図２（ａ）に類似し、同一の構成には同一の参照符号を付して示し、また類似する構成には同一の参照符号に’を付して示す。注目すべきは、この駆動部１５’では、基台３２’は、前記カム筒１４を囲むようにＬ字状に形成されており、各駆動部材２３’〜２５’も略Ｌ字状に張架され、その略中点がクランクピン部２２ａ’〜２２ｃ’にそれぞれ係合していることである。
【００３９】
このため、各駆動部材２３’〜２５’は、他端が共通端子３１に一度にかしめられて基台３２’に固定されており、クランクピン部２２ａ’〜２２ｃ’側の一端が連結された２本の駆動部材から成っており、該クランクピン部２２ａ’〜２２ｃ’部分では、スリーブの外周面に形成された溝に各駆動部材２３’〜２５’の略中央部分が嵌り込んでいる。
【００４０】
このように構成することで、基台３２’の面積は大きくなるけれども、各駆動部材２３’〜２５’の収縮量が拡大するので、偏心量を大きく設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の一形態に係るレンズ駆動機構である撮像装置用のズームユニットの構造を示す斜視図である。
【図２】図１で示すズームユニットの駆動部の動作を説明するための図である。
【図３】各駆動部材への通電制御の様子を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の他の形態に係るレンズ駆動機構である撮像装置用のズームユニットにおける駆動部の構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    ズームユニット
１１，１２    玉枠
１３    固定筒
１４    カム筒
１４ｅ  歯車
１５，１５’    駆動部
２１    駆動ギア
２２    クランクシャフト
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ；２２ａ’ ，２２ｂ’，２２ｃ’    クランクピン部
２３，２４，２５；２３’，２４’，２５’    駆動部材
３１    共通端子
３２，３２’    基台
３３    撮像素子領域
３４    個別電極付き端子
【図１】
2006329111.tif 000003
【図２】
2006329111.tif 000004
【図３】
2006329111.tif 000005
【図４】
2006329111.tif 000006