JP2006322607A - 移動装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつ、送り時の効率アップ、落下衝撃時の歯飛び、移動終端での喰いつき防止を実現する。
【解決手段】回転可能に支持されるねじ状の第１の部材２と、該第１の部材のねじ山に噛み合い、該第１の部材の回転により該第１の部材の軸方向に移動するねじ状の第２の部材３とによって構成される移動装置において、第１の部材の軸方向断面に現れる前記ねじ山の山形状は、前記ねじ山の根元側にある第１の斜面２ａ、前記ねじ山の先端側にある第２の斜面２ｂ、の２つの異なる頂角を有する斜面からなり、前記第１の斜面の頂角は前記第２の斜面の頂角より小さく、第２の部材の軸方向移動の限界を定めるために設けられるストッパ手段４に、第２の部材を前記第１の部材の外径方向に移動させる案内部４ａを設けている。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転する送りねじと、それに噛み合うねじラックなどを用いて構成された移動装置及びこの移動装置を備えたレンズ等の物体を直進移動させる光学機器に関するものである。

送りねじとねじラックなどを利用した移動装置を具備した光学機器は特許文献１に開示されている。この種の光学機器は、レンズ鏡筒枠に取り付けられた雌ねじあるいはねじラックとモータなどの駆動源により駆動される送りねじとの噛み合いによりレンズ群を光軸方向に移動するよう構成されている。

この構成において重要な機能は主に次の３点である。第１に、通常送りの際にモータの回転トルクが効率良くねじラックの推進力に変換されているか、第２に、光学機器を振った場合や落下などの衝撃を受けた際などにねじラックが送りねじから外れる「歯飛び」が発生しないか、第３に、ねじラックが移動の終端に当接した際、送りねじを逆転しても復帰できないという、いわゆる「喰いつき」が発生しないか、である。

ここで、上記特許文献１に開示された移動装置を図４に示す。図４において、１１はステッピングモータ等のアクチュエータ、１２はアクチュエータ１１によって回転駆動される送りねじ、１３は送りねじ１２と噛み合い該送りねじ１２の回転によって矢印ＡまたはＢ方向に直進運動するねじラックである。１５は支持台であり、両端部の垂直支持壁１５ａ，１５ｂ間に送りねじ１２が軸受け部材１６を介して、回転自在に支持されている。また、一方の垂直支持壁１５ｂにアクチュエータ１１がねじ１７で取り付けられている。

上記ねじラック１３は図４のＺ方向から見た図５乃至図７に示すように、送りねじ１２に接する送り歯１３ａ、不図示のバネ部材によるバネ圧によって送り歯１３ａを送りねじ１２に押し付ける押し付け部１３ｂ、ねじラック移動方向の衝撃が加わったときの落下衝撃対策として、送り歯１３ａがねじ山を乗り越えないように設けられた対向歯１３ｃを備えている。１４はねじラック１３の可動範囲を制限するストッパ（機械端）であり、図５〜図７では左端のストッパのみを図示したが、不図示の右端のストッパも存在する。

次に、動作について説明する。通常送りの際は、図５に示すように、送りねじ１２のねじ山が安定してねじラック１３の送り歯と噛み合う為に最小限の力で押し付け部１３ｂが送りねじ１２を挟み込んでおり、光学機器が軸方向の加速度を受けた際には、その挟み込み力を容易に越えて歯が外れようとするが、その際に対向歯１３ｃが上記加速度を受ける働きをし、歯飛びを防止する。従って、対向歯１３ｃは送り歯１３ａに対し、所定の剛性を持っている。

図６は、送りねじ１２が矢印ａ方向に回転し、ねじラック１３が図中左方向に移動して、ストッパ１４に当接した瞬間を示している。この状態からさらに、送りねじ１２が矢印ａ方向に回転すると、図６に示すように、送りねじ１２のねじ山は左に進むが、ねじラック１３はストッパ１４に当たって動けないため、送りねじ１２のねじ山の斜面に沿って乗り上がっていく。このとき、対向歯１３ｃも送りねじ２のねじ山に接触し、ねじ山の斜面に沿って乗り上がり、ねじラック１３の送り歯１３ａと対向歯１３ｃの間隔が弾性変形して広がり、ついには図７に示すように、送りねじ１２のねじ山頂点と、ねじラック１３の送り歯１３ａの頂点が接し、且つ、送りねじ１２のねじ山頂点と対向歯３ｃの頂点とが接するところまでねじラック１３の送り歯１３ａと対向歯１３ｃの間隔が広がる。
特開平９−２５８０８７号公報

上記従来例では、対向歯１３ｃと送り歯１３ａの間の剛性を越えてねじラック１３が弾性変形してしまうので、送りねじ１２の挟み込み力としては予期しない大きさとなり、大きな摩擦力が発生する。よって、図７の状態で送りねじ１２の回転が一度止まると、再起動時にアクチュエータ１１の力だけでは動けなくなるという、喰いつき現象が生じていた。

ここで、上記従来例の送りねじによる移動装置の問題点を送りねじのねじ山形状の観点から詳述する。

始めに、通常送り時について述べる。送りねじの回転トルクが効率良く推進力となる機構が好ましい。通常動作時、ねじラックと送りねじのねじ山が噛み合ってねじ山の斜面で送りねじの進み力が分力されるが、これが頂角の小さいねじ山の場合、推進力である軸方向に分力される力が大きく、径方向に分力される力は小さい。従って、安定した噛み合いを保証する為の送りねじに対する挟み込み力は小さくて良く、不要な摩擦ロスも少なくて効率が良い。一方で頂角の大きいねじ山は反対の特性を有する。

次に、落下衝撃対策（歯飛び対策）について述べる。装置に落下や衝撃が加わると、軸方向の加速度が発生し、これはねじラックのねじ山に伝達され、頂角の大きいねじ山では噛み合いが外れる、いわゆる歯飛びを発生しやすい。これを防ぐ為に、所定の加速度に耐えるように挟み込み力を増大させたり、ねじラックの送りねじの反対側に落下時のみ、ねじ山に噛み合う対向歯を設けたりした。

しかしながら、挟み込み力を増大させると、送りに際しての機械ロスが大きくなり、効率が低下する。また、ねじラックに対向歯を設けると、ねじラックの大型化につながっていた。

最後に、喰いつき対策について述べる。ねじラックの移動の終端においてストッパ衝突に際して送り歯と対向歯の間が広げられることにより、喰いつきが発生する。つまり、本来、前述した落下衝撃対策として追加された対向歯がある為に、移動の終端においては副作用として喰いつきが発生していることになる。よって、例えば送りねじの終端にねじ山のない部分を設けてこれを防止している。しかしながら、副作用として送りねじに余分な機械加工工程が追加される恐れがあり、コストアップなどが懸念される。

上記説明した通り、従来の送りねじによる移動装置では、送りねじのねじ山に対する改善が考慮されていないので、ある対策による副作用が発生し、さらに対策を追加するという状態であった。

（発明の目的）
本発明の目的は、小型化を図りつつ、送り時の効率アップ、落下衝撃時の歯飛び、移動終端での喰いつき防止を実現することのできる移動装置および光学機器を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、回転可能に支持されるねじ状の第１の部材と、該第１の部材のねじ山に噛み合い、該第１の部材の回転により該第１の部材の軸方向に移動するねじ状の第２の部材とによって構成される移動装置において、前記第１の部材の軸方向断面に現れる前記ねじ山の山形状が、前記ねじ山の根元側にある第１の斜面、前記ねじ山の先端側にある第２の斜面、の２つの異なる頂角を有する斜面からなり、前記第１の斜面の頂角は前記第２の斜面の頂角より小さく、前記第２の部材の軸方向移動の限界を定めるために設けられるストッパ手段に、前記第２の部材を前記第１の部材の外径方向に移動させる案内部を設けた移動装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の移動装置を有し、前記移動装置に具備されるねじラックの移動を利用して、光学系を光軸方向に移動させる光学機器とするものである。

本発明によれば、小型化を図りつつ、送り時の効率アップ、落下衝撃時の歯飛び、移動終端での喰いつき防止を実現することができる移動装置または光学機器を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に示す通りである。

図１〜図３は本発明の一実施例に係わる移動装置を示す図であり、詳しくは、図１は通常の送り状態時における送りねじの軸方向の断面図、図２は移動の終端近傍を示す断面図、図３は移動の終端での様子を示す断面図である。

これらの図において、２は、不図示の制御回路により所定のパルスが与えられてそれに対応した回転角だけ正或いは逆方向に回転する不図示のモータ（図４のアクチュエータ１１に相当）により駆動されて回転するねじ状の第１の部材であるところの送りねじであり、いわゆる雄ねじであるところの各々のねじ山は異なる２種の頂角の山形からなり、そのねじ山の根元側（谷に近い側）の斜面を第１の斜面２ａとし、ここではその頂角θ１を約３０度のいわゆる台形山形とする。また、そのねじ山の先端側（外径側に近い側）の斜面を第２の斜面２ｂとし、ここではその頂角θ２を約７０度の三角山形とする。２ｃは一つのねじ山の頂点である。

３はねじ状の第２の部材であるところのねじラックであり、注油された金属或いは摺動性の良い樹脂材料などからなり、送りねじ２の第１の斜面２ａに適当な斜面で噛み合う送り歯３ａが噛み合って送りねじ２の回転に伴い、ねじラック３を軸方向に移動させる。送りねじ２の回転方向が矢印ａの方向の際にねじラック３が図１中、左方向に送られる。このねじラック３の直進運動に不図示のレンズ枠が連動して移動するように構成したものが、不図示の光学機器となる。３ｂは送りねじ２を挟み込んでバネなどで押し付けられている押し付け部であり、送り歯３ａを安定して送りねじ２のねじ山に当接させている。

４はねじラック３の軸方向移動の限界を定めるストッパ手段であるところのストッパ、４ａは案内部であるところのカム部である。３ｃはフォロワー部であり、ねじラック３の移動の終端でカム部４ａに当接する位置にあって、カム部４ａの斜面にスムーズに乗り上げることができる形状となっている。図１では、ねじラック３は４つの送り歯を持つが、その数は限定されるものではなく、例えば１つの歯であってもよい。また、ここでは送り歯３ａはねじの噛み合いピッチが円でなく、直線であるラックを例としているが、通常の噛みあいピッチ円を有するいわゆる雌ねじの一部、であってもよい。また、例ではねじラックの軸方向の移動の限界を定めるストッパ手段は図において左側の端部のみ表示しているが、右側の端部にも同様の形状のストッパがあってもよい。

次に、上記構成の移動装置の動作について説明を行う。通常の移動の場合、不図示のモータの正逆回転により、ねじラック３は送り歯３ａが台形山形の第１の斜面２ａに噛み合いながら図中右から左或いは左から右に移動している。このとき、送りねじ２のねじ山が進もうとする力Ｆを有しているとすると、ねじ山の第１の斜面２ａにより分力されて、Ｆｃｏｓθ１となるＦ’がねじラック３に伝達される。このＦ’を軸方向の力と径方向の力に分力すると、ねじラック３を外径方向へ押し出す力が発生する。押し付け部３ｂの送りねじ２への挟み込み力は送りねじ２のねじ山の第１の斜面２ａの傾き角により発生する送りねじ２の外径方向への力に抗するように設定されている。従って、第１の斜面２ａのように頂角が小さい山形の斜面で発生する力は小さいので、この挟み込み力も小さくて済んでいる。

一方、この状態において装置の落下や、急激に振り回したりした場合、不図示のレンズ枠などに送りねじ２と同軸方向の加速度がかかると、第１の斜面２ａは台形山形で頂角は約３０度なので過大な力がかかっても、ねじラック３が送りねじ２の外径方向への分力が少ないため、送りねじ２とねじラック３の噛み合いは外れにくい。

次に、図１のように移動範囲の一方の終端である左側のストッパ４のカム部４ａにフォロワー部３ｃが接する位置に至っても、さらに続いて送りねじ２が回転している場合、ねじラック３は図１の状態からさらに図中左方向に進行しようとする。

すると、図２にあるように、ねじラック３のフォロワー部３ｃがカム部４ａに乗り上げて、ねじラック３全体を押し付け部３ｂの挟み込み力に抗して送りねじ２の外径側に移動させる。よって、送り歯３ａと第１の斜面２ａの噛み合いが外れて、送り歯３ａのねじ山は第２の斜面２ｂ上に移動する。ここで第２の斜面２ｂの頂角は約７０度となので、第１の斜面２ａに比べて送りねじ２の外径方向への分力が大きく、乗り上げによる回転負荷は大きくはない。

やがて、図３に示すようにフォロワー部３ｃがストッパ４の垂直面に当接し、ねじラック３の左右方向の移動が停止すると、これを不図示のセンサ手段による停止位置の検知信号や不図示のタイマー手段などにより検知され、この検知信号により不図示のモータの回転が停止となるように制御されることになる。

しかし、上記の制御回路やセンサ手段等のトラブルなどにより万一、さらに送りねじ２の回転が続いた場合、ねじラック３の送り歯３ａは送りねじ２のねじ山の第２の斜面２ｂ上を滑って送りねじ２の外径方向への分力によりねじラック３が図３中で上方向に移動し、やがて送り歯３ａが頂点２ｃを過ぎると再び次のねじ山の第２の斜面２ａへ移動するという上下運動を繰り返す。その際もストッパ４の垂直面に当接していたフォロワー部３ｃはスムーズに上下動する。つまり、喰いつきの現象が生じない。

その後、制御回路等が正常な状態に復帰して、送りねじ２が逆回転すると、再び図２から図１の順の復帰動作によりねじラック３は右方向へ移動開始する。

このような構成の移動装置が、高効率で小型、かつ、落下衝撃発生時にも対応できる構成であることについて述べる。

第１に、送りねじ２のねじ山の軸方向の断面に現れる２つの異なる頂角θ１，θ２を有する山形であること、第２に、ねじラック３の移動の終端において、ねじラック３と送りねじ２の噛み合いを外す機構（別言すれば、ねじラック３を送りねじ２の外径方向に移動させるカム部４ａ）を有すること、第３に、ねじラック３に対向歯が無いこと、である。

上記構成ゆえ、ねじ山の頂角の傾きの違いによる、それぞれの角度からくる送り特性に合った機能を割り当てることが出来る。すなわち、通常送りには軸方向の挟み込み力が弱くても安定した送りが可能な台形山形部分で送ることで、送りねじ２から伝達される回転力を損なわずに機械的ロスが少なく効率良く送ることが出来る。

また、台形山形なので、軸方向への加速度が発生する落下衝撃時には、外形方向への分力が少ないのでねじラック３が送りねじ２から外れにくく、また、送りねじ２を挟んだ位置に対向する歯を設ける必要がないので、ねじラック３を小型化できる。

また、ねじラック３の移動の終端において、ねじラック３と送りねじ２との噛み合いを外す機構（カム部４ａ）を有し、かつ、固定された対向歯がないことにより、台形山形などで送っている際にも、スムーズに噛み合いを外すことが可能となる。

また、台形歯形だけでねじ山が構成されると該ねじ山の頂点が形成できずに、最大外径の円柱形状となってしまうが、この部分にねじラック３が乗り上げると摩擦力の発生する半径が最大となってしまうので、復帰しにくいが、ねじ山の斜面の途中から三角山形（第２の頂角θ２）としていることで、乗り上げた後の復帰が直ちに行われる。

以上説明したように、回転する送りねじ２と、それに噛み合うねじラック３によって構成される本実施例の移動装置において、送りねじ２のねじ山は２種類の頂角θ１，θ２（＞θ１）からなる山形（軸方向の断面に現れる形状）で形成し、通常は頂角の小さい斜面（第１の斜面２ａ）を使用して送るので、送りねじ２の挟み込み力は小さくできて高効率な送りが可能となり、落下衝撃時にも、送りねじ２からねじラック３が外れにくいので、対向歯が無い、小型のねじラック３とすることが可能である。また、ねじラック３の移動の終端部において該ねじラック３を送りねじ２の外径側に押し出す機構（カム部４ａを有するストッパ４）を有するので、喰いつきが発生することもなく、喰いつきなどの問題を発生させることがない。

以上により、送り時の効率アップ、落下衝撃時の歯飛び対策、移動終端での喰いつき防止策、ねじラックの小型化を図ることができた移動装置および該移動装置を具備した光学機器とすることができる。

なお、上記の実施例では、ねじ山の根元側の第１の斜面２ａの頂角θ１を約３０°、先端側の第２の斜面２ｂの頂角をθ２を約７０°としているが、根元側の第１の斜面２ａの頂角θ１が先端側の第２の斜面２ｂの頂角θ２よりも小さければ、これに限定されるものではない。

本発明の一実施例に係わる移動装置を示す構成図である。 図１に示す移動装置において移動の終端近傍を示す断面図である。 図１に示す移動装置において移動の終端での様子を示す断面図である。 従来の移動装置の斜視図である。 図４の移動装置の軸方向を示す断面図である。 同じく図４の移動装置の軸方向を示す断面図である。 同じく図４の移動装置の軸方向を示す断面図である。

符号の説明

２ 送りねじ（ねじ状の第１の部材）
２ａ ねじ山の第１の斜面
２ｂ ねじ山の第２の斜面
３ ねじラック（ねじ状の第２の部材）
３ａ 送り歯
３ｂ 押し付け部
３ｃ フォロワー部
４ ストッパ（ストッパ手段）
４ａ カム部（案内部）

Claims (2)

1. 回転可能に支持されるねじ状の第１の部材と、該第１の部材のねじ山に噛み合い、該第１の部材の回転により該第１の部材の軸方向に移動するねじ状の第２の部材とによって構成される移動装置において、
   前記第１の部材の軸方向断面に現れる前記ねじ山の山形状は、前記ねじ山の根元側にある第１の斜面、前記ねじ山の先端側にある第２の斜面、の２つの異なる頂角を有する斜面からなり、前記第１の斜面の頂角は前記第２の斜面の頂角より小さく、
   前記第２の部材の軸方向移動の限界を定めるために設けられるストッパ手段に、前記第２の部材を前記第１の部材の外径方向に移動させる案内部を設けたことを特徴とする移動装置。
2. 請求項１に記載の移動装置を有し、
   前記移動装置に具備されるねじ状の第１の部材の移動に連動して、光学系を光軸方向に移動させることを特徴とする光学機器。
   

Images