JP2007025069A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受けの軸に対する付勢力が変化しない、省スペースな駆動装置を提供することである。
【解決手段】 駆動装置１５は、断面が略円で磁性材料からなる軸３、１０と、軸受け７、８を有するレンズホルダ１と、上記レンズホルダ１を上記軸３、１０に沿って移動させる駆動部１４とを備えている。また、上記レンズホルダ１は、磁力によって、上記軸受け８を上記軸３に付勢する磁石５を備える。これにより、磁石５と軸３の間に引力が生じ、軸受け８は軸３に安定して付勢され、レンズホルダ１は安定して軸３、１０に沿って駆動することが可能となる。また、駆動装置１５は磁石５の磁束を検出する磁束検出素子６を備える。これにより、部品数を増やすことなく、レンズホルダ１の位置決定が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型のズームレンズ光学系のレンズホルダを駆動するとき好適に用いられる駆動装置に関する。

従来の駆動装置は、例えばカメラのズームレンズ光学系のレンズホルダを駆動するために用いられている。レンズホルダを駆動するためには、レンズホルダに備えられた平行な２本の軸を用い、レンズホルダを光軸に沿って駆動させる方法が使用されている。

図８は従来の技術に係る駆動装置１０５の構成を示す斜視図である。従来の駆動装置１０５の構成を図８に基づき具体的に説明する。軸３０、４０は略円断面を有しており、互いに平行に配置されている。レンズ４を保持するレンズホルダ１０１は軸受け７０、８０を有し、上記軸３０、４０が軸受け７０、８０に貫通している。レンズホルダ１０１は軸３０、４０に沿って駆動する。軸受け７０、８０の内径は軸３０、４０より大きく構成され、かつレンズホルダ１０１が軸３０、４０に沿ってスムーズに動作するようになっている。また、軸受け８０が軸３０に対しＸ軸方向に押圧力がかかるように、押圧バネ１０３はレンズホルダ１０１上の軸受け８０近傍に取り付けられている。押圧バネ１０３の端部は軸３０に接触して、軸３０上を摺動するように配置されている。また、押圧バネ１０３の押圧力は、レンズホルダ１０１がスムーズに軸３０、４０に沿って駆動できる程度に軸受け８０を軸３０に対し押圧し、それにより軸受け７０、８０の内径内でレンズホルダ１０１が不安定に動かないように固定している。そのため、レンズホルダ１０１は軸３０、４０に沿って安定して駆動することが可能となる。

また、上記のようにレンズホルダが軸に沿って安定に駆動するようになると、高精度にレンズホルダの位置を決定することが可能になる。レンズホルダの初期位置を検出する方法としては、磁束検出素子を別途設け、レンズホルダに固定されている磁石が磁束検出素子に近接することにより判定する装置が特許文献１に開示されている。

図９は特許文献１に記載されているレンズ鏡筒の初期位置検出装置の構成を示した概略図である。レンズホルダ１０１に磁石１００が取り付けられており、レンズホルダ１０１を軸３０、４０に沿って駆動させると、磁束検出素子１０２近傍に磁石１００が移動する。このとき磁束検出素子１０２が磁束を検出した位置を初期位置として検出する。
特開平４-１６６９０６号公報（公開日平成４年６月１２日）

現在、カメラのズームレンズ光学系は小型化が進み、狭小なスペース内で、カメラのいわゆる倍率を可変するために、一部のレンズ群を光軸に沿って駆動させる必要がある。また、カメラの倍率を高精度に可変するためには、レンズホルダの位置を正確に決定する必要がある。そして、レンズホルダの位置を正確に決定するには、レンズホルダを軸に沿って安定に駆動させる必要がある。そのため、省スペースでレンズホルダを駆動させ、かつ軸受けを軸に付勢させることにより、レンズホルダが軸に沿って安定に駆動する駆動装置を提供する必要がある。

従来の駆動装置１０５では軸受け８０の内径部に軸３０を接触させるために、レンズホルダ１０１に押圧バネ１０３を設けることにより、軸受け８０が軸３０に押圧するように構成している。そのため、レンズホルダ１０１とは別に押圧バネ１０３を設けるためのスペース及び部材が必要となり、小型機器において狭小なスペースに配置することが困難である。また、押圧バネ１０３をレンズホルダ１０１に取り付けることにより、押圧バネ１０３と軸３０との押圧力の反作用の力が、レンズホルダ１０１の押圧バネ１０３が取り付けられた部分に発生する。従って、レンズホルダ１０１の押圧バネ１０３取り付け部を強化する必要がある。その結果、装置が大型化、または押圧バネ取り付け部分を強化するための部品点数が増加する。

カメラの小型化が進めば、ズームレンズ光学系も小型化され、それだけ精巧に位置決めをすることが必要となる。しかし、上記駆動装置１０５ではレンズホルダ１０１を駆動させることにより、押圧バネ１０３と軸３０が接触するため、押圧バネ１０３が磨耗し、押圧力が変化する。そのため、軸受け８０の軸３０に対する付勢力が経時的に変化し、駆動装置１０５を安定に駆動することが困難であった。さらに、押圧バネ１０３が磨耗することにより発塵の原因となる。また、押圧バネ１０３は過大な加重に対して塑性変形を起こすため、落下等の衝撃が加わったとき所望のバネ特性が変化する。

また、従来では駆動装置１０５は、レンズホルダ１０１の初期位置を検出するため、特許文献１に開示された初期位置検出装置を備える必要がある。そのためには、レンズホルダ１０１に磁石を設け、さらに上記磁石の磁束を検出する磁束検出素子を備える必要がある。その結果、装置は大型化し、部品点数が増加してしまう。

本発明の目的は、軸受けの軸に対する付勢力が変化しない、省スペースな駆動装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る駆動装置は、第１磁性材料からなる軸と、その軸を保持する軸受けを有する可動部材と、上記可動部材を上記軸に沿って移動させる駆動部（駆動手段）とを備え、上記可動部材は、磁力によって、上記軸受けを上記軸に付勢する磁石を備えることを特徴としている。

上記構成によると、上記可動部材は上記磁石を備えているため、第１磁性材料からなる上記軸はその磁石の磁界により磁化される。これにより、上記軸と上記磁石との間に引力が生じ、この磁力によって、上記軸受けを上記軸に付勢することが可能となる。

ここで、従来の駆動装置は、レンズホルダ（可動部材）に設けられた押圧バネによる押圧力により、軸受けと軸とを付勢させる構成である。また、押圧バネは軸に接触している。このため、レンズホルダを軸に沿って駆動させると、押圧バネの磨耗により、押圧力が経時的に変化する。したがって、軸受けを軸に安定して付勢させることができない。

これに対し、上記構成では、押圧バネを用いず、磁力により上記軸と上記軸受けとを付勢させる。このため、上記駆動部により上記可動部材を上記軸に沿って駆動させても、従来の駆動装置のように、上記軸受けの上記軸に対する付勢力が、経時的に変化することはない。従って、軸受けを軸に安定して付勢させることができ、上記可動部材を上記軸に沿って安定に駆動することが可能となる。

さらに、上記構成では、押圧バネを設けないため、押圧バネを設けるスペースも、押圧バネの取り付け部を強化するための部材も必要ない。このため、駆動装置の省スペース化（小型化）が可能であるとともに、押圧バネの磨耗による発塵や、その磨耗による軸および軸受け破損などを防ぐことができる。

また、上記可動部材と上記軸の位置関係は上記磁石の引力により決定されるため、軸受け及び軸の製造誤差による不安定性を無くすことが可能である。従って、軸と軸受けの不安定性により発生するレンズホルダと軸とのチルト、偏心を低減することが可能である。また、軸と軸受けとの製造公差を緩和することが可能であるため、駆動装置の製造が容易になり、安価に製造することが可能となる。

また、上記駆動装置では、上記磁石は、上記軸受けに近接して設けられていることが好ましい。上記構成によると、磁石が軸受けに近接して設けられているため、磁石と軸との間に確実に磁力を働かせることができる。従って、軸受けを軸により安定して付勢させることができる。

また、上記駆動装置は、上記磁石の磁束を検出する磁束検出素子を備えていてもよい。上記構成によると、上記磁束検出素子が上記磁石から漏れる磁束を検出することにより、上記可動部材の位置を検出することが可能である。すなわち、この磁束検出素子を備えた駆動装置は、可動部材の位置を検出する位置検出装置として利用できる。さらに、このような構成にすると、軸に対し軸受けを押圧するための上記可動部材に備えられた上記磁石を用いるため、位置決めのために新たに部品を増やす必要がなく、装置の小型化及び部品の削減を図ることが可能となる。

また、上記磁石の磁極が、上記軸の長軸方向に対して鉛直方向に分割されている構成にしてもよい。上記構成によると、磁石の磁極が、上記軸の長軸方向に対して鉛直方向（縦方向）に分割されている。このため、上記軸は、縦方向に分割された上記磁石により磁化され、上記軸と上記磁石のＳ極とＮ極の境界とは平行になる。Ｓ極とＮ極の境界において、磁化された上記軸と、上記磁石のＳ極側及び上記軸と上記磁石のＮ極側との引力が等しくなる。つまり、上記磁石のＳ極とＮ極の境界で、上記軸と上記軸受けが接触する。従って、軸と、Ｓ極とＮ極の境界の位置関係を調整することにより、軸と軸受けの接触部分を任意に調整することが可能である。これにより、上記駆動装置の製造精度が向上する。

また、上記駆動装置において、上記磁石は、上記磁石に形成された磁極の両端に、上記軸と平行に延びる第２磁性材料を備えており、上記第２磁性材料は、上記軸に接触しないように、上記軸方向に屈曲した２つ以上の端部を有する構成であってもよい。

上記構成によれば、磁石に形成された磁極の両端に接続された第２磁性材料は軸方向に複数の端部を備えている。そして、これらの端部は、軸に接触しないように設けられている。これにより、上記軸と上記磁石に接続された第２磁性材料の端部との間には、磁力による引力を生じる部分が、複数存在する構成となる。これにより、広範な領域で軸受けを軸に対して押圧できるため、安定して押圧させることが可能となる。

なお、第２磁性材料は、１つの磁石が形成する磁極の両端に設けられているため、上記軸と上記磁石と接続された第２磁性材料の端部との間に生じる引力（磁力）は、略均等となる。これにより、上記軸受けは上記軸に対し複数の端部で略均等な引力により付勢されるため、上記軸受けは上記軸に対し略平行に高い安定性を保ち付勢することができる。従って、上記可動部材を軸に沿って摺動させるとき、スティックスリップの発生を低減することが可能である。また、軸受け及び軸の磨耗が均等になるため、軸受けが軸に対して傾斜することを防止することが可能である。

また、本発明に係る駆動装置では、磁石を１つから構成することによって、部品点数を少なくするとともに、低コスト化を図ることが可能である。

また、本発明に係る駆動装置において、可動部材はレンズを保持するので、例えば、カメラのズームレンズ光学系の小型化を図るとともに、レンズを安定して駆動することが可能となる。

本発明に係る駆動装置は、以上のように、第１磁性材料からなる軸と、その軸を保持する軸受けを有する可動部材と、上記可動部材を上記軸に沿って移動させる駆動部とを備え、上記可動部材は、磁力によって、上記軸受けを上記軸に付勢する磁石を備える構成である。それゆえ、軸受けを軸に安定して付勢することができ、上記可動部材を上記軸に沿って安定に駆動することが可能となるという効果を奏する。さらに、駆動装置の省スペース化（小型化）が可能であるとともに、押圧バネの磨耗による発塵や、その磨耗による軸および軸受け破損などを防ぐことができる。

本発明の一実施形態について図１ないし図７に基づいて説明すると以下の通りである。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る駆動装置１５の構成の斜視図である。駆動装置１５は例えばカメラのズームレンズ光学系のレンズを駆動する時に用いられる。

駆動装置１５はレンズホルダ（可動部材）１と、駆動部（駆動手段）１４と、断面が略円であり磁性材料からなる軸（第１磁性材料）３、１０と、レンズホルダ１側面に設置されている磁石５と、磁束を検出する磁束検出素子６と、駆動部コントローラ１２と、メインコントローラ１３と、を含んで構成される。

上記軸３、１０を構成する磁性材料としては、磁石に対し引力（磁力）が働くものであればよく、例えばＳＵＳ４２０等が用いられる。

レンズホルダ１はＸＹ面の断面がＸ軸方向、Ｙ軸方向に平行な長方形であり、Ｚ軸方向に平行な厚みをもつ直方体である。レンズホルダ１にはＸＹ平面内の中央部にＺ軸方向への貫通穴１６が設けられている。レンズ４は上記貫通穴１６に所定の位置に取り付けられている。また、軸受け７、８はレンズホルダ１のＸＹ平面に垂直な方向に設けられた貫通穴である。軸３、１０はＺ軸方向に平行であり、かつＺＸ平面上に相互平行に配置している。

本実施形態の駆動装置１５は、軸３は磁性材料からなることを特徴としている。これにより、磁石５の磁界により軸３が磁化され、軸３と磁石５との間に引力（磁力）が発生する。

上記軸受け７、８には上記軸３、１０が貫通しており、軸受け８は軸３の断面形状と同一の円であり、径が軸３よりも５〜２０μｍ程度大きくなっている。また、軸受け７のＸＹ断面形状はいわゆる長円となっており、軸１０上をスムーズに動作するようになっている。

図２は本実施形態に係る駆動装置１５に設けられた、磁石５と軸３をＺ軸方向から見た概略図である。磁石５はＸ軸方向に沿って磁極を形成している。また、磁石５はレンズホルダ１のＹＺ平面上にかつ、上記軸３と磁石５との間に、軸３が磁石５の磁界により磁化されることにより、軸３と磁石５との間に引力が発生する位置に取り付けられている。従って、軸受け８の内周と軸３が磁石５と軸３との引力により接触することが可能である。

上述のように、軸受け８を軸３に対し押圧するのに引力を用いることにより、従来のように押圧バネ１０３が磨耗するなどの問題は生じず、軸受け８の軸３に対する付勢力が変化しない駆動装置１５を得ることができる。また、押圧バネ１０３を可動装置１５に取り付ける必要がなく、押圧バネ１０３と軸３０との間に生じる押圧力の反作用の力のために、押圧バネ１０３の取付け部を強化する必要もなくなる。そのため、省スペースな駆動装置を提供することが可能となる。また、軸３とレンズホルダ１の位置関係を磁石の引力により決定されるため、軸受け８および軸３の製造誤差による不安定性を無くすことが可能である。従って、軸３と軸受け８の不安定性により発生するレンズホルダ１と軸３、１０とのチルト、偏心を低減することが可能である。また軸３と軸受け８との製造公差を緩和することが可能であるため、駆動装置の製造が容易となる。

駆動部１４はステッピングモータ２とステッピングモータ２の駆動力を伝達するギア１１からなる。ラック９は上記ギア１１と歯合しており、ギア１１の回転にしたがって、ラック９はＺ軸方向に駆動される。ラック９はレンズホルダ１のＺＹ平面状に取り付けられており、上記駆動部１４によりレンズホルダ１はＺ軸方向に駆動される。

磁束検出素子６は、上記磁石５とレンズホルダ１の移動における軌跡を含むＺＹ面からＸ方向に離反した位置に設けられている。磁束検出素子６はいわゆるホール素子からなり、磁石５が近接したとき磁束を検出する。従ってレンズホルダ１の位置は磁束検出素子６を基準にすることが可能となる。また、磁石５を利用して検出することが可能であるため、位置検出のための追加部品および、軸と軸受けの位置決め用に別途部品を追加する必要がない。そのため、装置の小型化及び部品の削減を図ることが可能となる。

次にレンズホルダ１の初期位置決めについて説明する。レンズホルダの初期位置決めは、カメラのズームレンズ光学系において、レンズの焦点を合わせるための基準位置として正確に検出する必要がある。メインコントローラ１３は生成した駆動信号を駆動部コントローラ１２に送信する。駆動部コントローラ１２は駆動部１４のステッピングモータ２に駆動信号を送信し、レンズホルダ１を軸３、１０に沿って駆動させ、Ｚ軸方向で、かつ磁束検出素子６が設置されている方向に駆動させるようにする。レンズホルダ１に設置している磁石５が磁束検出素子６に近づくことにより、Ｎ極からＳ極へ流れる磁束を検出する磁束検出素子６の出力がメインコントローラ１３に送信される。磁束検出素子６からの信号が所望の値になったとき、メインコントローラ１３は駆動部１４を停止する信号を生成し、駆動部コントローラ１２に送信する。次に駆動部コントローラ１２は駆動部１４を停止させる。このときのレンズホルダ１の位置を基準点、つまり初期位置として決定し、レンズ４を所望の位置に駆動させる。基準点を中心にステッピングモータ２から生成される、いわゆるモータ軸の回転数の信号がメインコントローラ１３に送信されるため、レンズホルダ１の位置を所望の位置に配置することが可能である。

〔第２実施形態〕
第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態に係る駆動装置１５１をＸ軸方向から見た概略図であり、図４は駆動装置１５１に備えられた磁石５３と軸３をＺ軸方向から見た概略図である。駆動装置１５１は前述の第１実施形態の駆動装置１５と類似しており、異なる点についてのみ説明し、同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

磁石５３は第１実施形態と同様にレンズホルダ１のＹＺ面上に設置している。磁石５３の構成は図４に示されるように、軸３の長軸方向に対して鉛直方向（縦方向）にＮ、Ｓ極が分割して着磁してある。つまり、磁石５３はＸ軸方向に向かって磁極を形成した磁石が、逆向きにＹ方向に２つ並べられているような構成になっている。軸３は縦方向に磁極が分割された磁石５３の磁束により磁化しており、磁石５３のＮ、Ｓ極の境界線と軸３は平行である。従って、磁石５３のＳ極５３１とＮ極５３２の境界の位置において、磁化した軸３と磁石５３のＳ極側５３１及び軸３と磁石５３のＮ極側５３２の引力が等しくなる。

なお、磁石５３のＮ、Ｓ極の境界線とは、磁石５３に着磁を行う際に用いられる治具と磁石５３の位置関係よりほぼ明確となる。また、上述したように磁石５３の境界の位置において、軸３と磁石５３のＳ極側５３１及びＮ極５３２との引力が等しくなるため、強い引力が発生し、容易に磁石５３の境界線近傍に軸３を配することが可能となる。

つまり、磁石５３のＳ極５３１とＮ極５３２の境界において、軸３と軸受け８が接触する。その結果、軸３と、磁石５３のＳ極５３１とＮ極５３２との境界の位置関係を調整することにより、軸３と軸受け８との接触部分を任意に調整することが可能となる。これにより、上記駆動装置の製造精度が向上する。

また、磁石５３は、上述したような、Ｘ軸方向に向かって磁極を形成した磁石を、逆向きにＹ方向に２つ並べた構成にすることも可能である。

また、磁石５３からの漏れ磁束を磁束検出素子６により検出し、第１実施形態と同様にレンズホルダ１の初期の位置決めが可能である。

〔第３実施形態〕
第３の実施形態について説明する。図５、図６はそれぞれＹ軸、Ｘ軸方向から第３実施形態に係る駆動装置１５２を見た図である。上記駆動装置１５２は前述の第１実施形態の駆動装置１５と類似しており、異なる点についてのみ説明し、同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

磁石５４はレンズホルダ１のＹＺ面上に設置している、ヨーク（第２磁性材料）５５、５６は磁性材料でかつ磁石５４に接触している。また、ヨーク５５はＺ軸方向にレンズホルダ１から突出するまで延び、かつ軸３の方向へ屈曲している。ヨーク５５と軸３との間にはスペース部５７が設けられており、ヨーク５５と軸３とは非接触である。また、ヨーク５６もヨーク５５と同様にＺ軸方向にレンズホルダ１から突出するまで延び、かつ軸３の方向へ屈曲している。ヨーク５６と軸３との間にはスペース部５８が設けられており、ヨーク５６と軸３とは非接触である。

上記ヨーク５５、５６を構成する磁性材料は、上記軸を構成する磁性材料と同様に、磁石に対し引力（磁力）が働くものであればよく、例えばＳＵＳ４２０等が用いられる。

図７は駆動装置１５２に備えられた磁石５４をＸ軸方向から見た図である。磁石５４はＺ軸方向に磁極を形成している。従って、上記ヨーク５５、５６は磁化し、その先端部はそれぞれＳ極、Ｎ極を形成している。磁化したヨーク５５、５６の磁界により軸３も磁化する。そのため、スペース部５７、５８にはヨーク５５、５６と軸３との間で引力が発生する。また、１つの磁石５４の両端にヨーク５５、５６が設けられているため、ヨーク５５、５６と軸３との間に発生する上記引力は略同じである。従って、軸受け８は軸３に対し複数の部分で略均等な引力により付勢されるため、軸受け８は軸３に対し略平行に高い安定性を保ち押圧することができる。そのため、レンズホルダ１を軸に沿って摺動させるとき、スティックスリップの発生を低減することが可能である。また、軸受け８及び軸３の磨耗が均等になるため、軸受け８が軸３に対して傾斜することを防止することが可能である。

また、軸３との引力を発生させる場所をＺ軸方向にヨーク５５、５６の長さを変更することにより容易に設計することが可能である。また、磁石５４からの漏れ磁束を磁束検出素子６により検出し、第１実施形態と同様にレンズホルダ１の初期の位置決めが可能である。

本発明に係る駆動装置は上述した全ての実施形態において、磁石を１つから構成することが可能である。そのため、部品点数を少なくし、低コスト化を図ることが可能である。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態に係る駆動装置の構成の斜視図である。 第１実施形態に係る駆動装置に設けられた磁石をＺ軸方向から見た図である。 本発明の第２実施形態に係る駆動装置の構成の斜視図である。 第２実施形態に係る駆動装置に設けられた磁石をＺ軸方向から見た図である。 本発明の第３実施形態に係る駆動装置の構成をＹ軸方向から見た概略図である。 第３実施形態に係る駆動装置の構成をＸ軸方向から見た概略図である。 第３実施形態に係る駆動装置に設けられた磁石をＸ軸方向から見た図である。 従来の技術に係る駆動装置の構成を示す斜視図である。 特許文献１の従来の初期位置検出装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１ レンズホルダ（可動部材）
２ ステッピングモータ
３ 軸（第１磁性材料）
４ レンズ
５ 磁石
６ 磁束検出素子
７ 軸受け
８ 軸受け
９ ラック
１０ 軸（第１磁性材料）
１１ ギア
１２ 駆動部コントローラ
１３ メインコントローラ
１４ 駆動部（駆動手段）
１５ 駆動装置
５３ 磁石
５４ 磁石
５５ ヨーク（第２磁性材料）
５６ ヨーク（第２磁性材料）
５７ スペース部
５８ スペース部
１５１ 駆動装置
１５２ 駆動装置
５３１ Ｓ極
５３２ Ｎ極

Claims (6)

1. 第１磁性材料からなる軸と、その軸を保持する軸受けを有する可動部材と、上記可動部材を上記軸に沿って移動させる駆動手段とを備え、
   上記可動部材は、磁力によって、上記軸受けを上記軸に付勢する磁石を備えることを特徴とする駆動装置。
2. 上記磁石は、上記軸受けに近接して設けられることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 上記磁石の磁束を検出する磁束検出素子を備えていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
4. 上記磁石の磁極が、上記軸の長軸方向に対して鉛直方向に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
5. 上記磁石は、上記磁石に形成された磁極の両端に、上記軸と平行に延びる第２磁性材料を備えており、
   上記第２磁性材料は、上記軸に接触しないように、上記軸方向に屈曲した２つ以上の端部を有することを特徴とする前記１つの軸に対して軸と軸受け間に引力が発生する部分が複数あることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
6. 上記可動部材は、レンズを保持していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の駆動装置。

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