JP2007225098A

JP2007225098A - 駆動装置

Info

Publication number: JP2007225098A
Application number: JP2006050386A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Kawamoto; 尚志川本
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】小型で大きな減速比が得られる省電力化が可能な駆動装置を提供する。
【解決手段】電磁アクチュエータであるステップモータ１１のロータ１１ａを時計回り方向または逆方向である反時計回り方向に回転させることにより、ピニオン１１ｅを介して回転運動を２段歯車１２に伝達する。２段歯車１２の回転運動が小径歯車１２ａ及び大径歯車１２ｂから第１の歯車１３及び第２の歯車１４へとそれぞれ伝達される。第１の歯車１３の雌ねじ部１３１ａと第２の歯車１４の雄ねじ部１４１ａの螺合度合いが深くなり、第２の歯車１４は上方に移動する。第２の歯車１４が上方に移動することに伴って、第２の歯車１４と当接しているレンズホルダ２０の突片２０ａがコイルばね６の弾性力により上方に付勢され、レンズホルダ２０はレンズ２１の光軸方向の上方に移動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、減速機構を備えた駆動装置に関する。

例えば光学機器のレンズ等の駆動装置には減速機構を備えたものが用いられる。このような減速機構を備えた駆動装置の一例として、特許文献１に示すように、外周面に雄ねじ部を有する第１のスクリューシャフトと、この第１のスクリューシャフトの外周面の雄ねじ部と螺合する雌ねじ部が形成された内周面、及び、雄ねじ部が形成された外周面を有する第２のスクリューシャフトと、第２のスクリューシャフトの外周面の雄ねじ部と噛合するニードルを有する直進移動部材と、直進移動部材に保持されたレンズと、第１のギヤ群を介して第１のスクリューシャフトを回転駆動する第１の駆動モータと、第２のギヤ群を介して第２のスクリューシャフトを回転駆動する第２の駆動モータとを備えたものがある。

この駆動装置においては、第１及び第２の駆動モータによりギヤ群を介して第１及び第２のスクリューシャフトを独立してそれぞれ回転制御することにより、第１のスクリューシャフト上で第２のスクリューシャフトを相対的に回転させて、第２のスクリューシャフトに噛合したニードルを介して、直進移動部材に保持されたレンズを光軸方向に前後に移動させる。
特許３３１５７７１号公報(第１図)

しかしながら、上述した特許文献１の駆動装置においては、第１及び第２の２つの駆動モータを用いるために、小型化、省電力化が困難であり、また駆動音が大きくなる、部品点数が多くなって低コスト化を図れないという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、小型で大きな減速比が得られ省電力化が可能な駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の駆動装置は、
一つの駆動源と、該駆動源により同時に回転されるとともに同軸に設けられた回転速度の異なる２つの歯車と、該２つの歯車には、駆動対象を駆動するために該２つの歯車の回転速度差を前記軸方向の移動量に変換する変換部とを備えたことを特徴とする。

また、前記変換部は、前記２つの歯車のうち一方の歯車に雄ねじ部を有し、他方の歯車に雌ねじ部を有し、前記一方の歯車の雄ねじ部と前記他方の歯車の雌ねじ部とが螺合された構成であることを特徴とする。

前記雄ねじ部が形成された一方の歯車は、前記軸と一体的に形成されるようにしてもよい。

また、前記駆動対象を前記２つの歯車と同軸に設けるとともに、前記２つの歯車のうち前記軸方向に移動する歯車に前記駆動対象を従動させることを特徴とする。

前記駆動対象を前記軸方向に付勢する弾性部材を備えるようにしてもよい。

前記駆動対象がレンズを備えたレンズホルダであってもよい。

また、前記２つの歯車は第１の歯車群を構成し、
該第１の歯車群は、該第１の歯車群を構成する２つの歯車それぞれが噛合する歯数の異なる２つの歯車から構成される第２の歯車群を介して前記駆動源により回転されることを特徴とする。

前記第１の歯車群の２つの歯車のうち一方の歯車の歯数をｍとし、他方の歯車の歯数をｎとした場合に、
前記第２の歯車群の２つの歯車のうち前記第１の歯車群の一方の歯車と噛合する歯車の歯数をｎとし、前記第１の歯車群の他方の歯車と噛合する歯車の歯数をｍとするようにしてもよい。

本発明によれば、小型で大きな減速比が得られ省電力化が可能な駆動装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る駆動装置について、以下図面を参照して説明する。駆動装置１は、レンズ駆動装置であって、レンズホルダ２０に保持されたレンズ２１をレンズ２１の光軸の方向に移動させる機構である。

駆動装置１は、図１に示すように、上下の一対のケースである第１のケース２及び第２のケース３内に、電磁アクチュエータであるステップモータ１１を備えた駆動部１０と、駆動部１０により駆動されるレンズホルダ２０とを備えている。なお、第１のケース２及び第２のケース３との間には中板４を備えている。

駆動部１０は、図１及び図２に示すように、減速機構を備えており、ステップモータ１１と、ステップモータ１１のピニオン１１ｅと噛合する２段歯車１２と、２段歯車１２とそれぞれ噛合する第１の歯車１３および第２の歯車１４とを備えている。

ステップモータ１１は、ロータ１１ａを回転運動させることにより、２段歯車１２等の歯車群を介してレンズホルダ２０を光軸の方向に移動させるものである。ステップモータ１１は、ロータ１１ａと、ロータ軸１１ｂと、ステータ１１ｃと、コイル１１ｄと、ピニオン１１ｅとを備えている。

ロータ１１ａは、ステータ１１ｃとの間の磁力により発生する回転トルクによって、ロータ軸１１ｂを中心として回転運動するものである。ロータ１１ａは、例えば希土類・鉄系等の磁石材料により形成され、小径の円筒状または円板状に形成されている。ロータ１１ａは、回転方向に交互に極性が異なる複数の磁極を有している。これらの磁極は、ロータ１１ａの回転方向に等間隔に設けられている。

ロータ軸１１ｂ及びピニオン１１ｅは、ロータ１１ａを金型にセットしてロータ軸１１ｂとピニオン１１ｅとを射出成形するインサート成形により一体的に形成されている。なお、ロータ軸１１ｂ及びピニオン１１ｅは、独立なものとして、ピニオン１１ｅをロータ軸１１ｂに嵌合させて固定してもよい。また、ロータ１１ａ、ロータ軸１１ｂ及びピニオン１１ｅを同一材料で一体成形しても構わない。ロータ軸１１ｂの一端は第１のケース２の軸受部２ａに、ロータ軸１１ｂの他端は第２のケース３の軸受孔３ａに回転可能に軸支されている。ピニオン１１ｅは、ロータ１１ａ及びロータ軸１１ｂとともに回転することにより、２段歯車１２に回転運動を伝達する。

ステータ１１ｃは、励磁されたコイル１１ｄの磁束をロータ１１ａの着磁された磁極へと導くためのものである。ステータ１１ｃは、例えば鉄やパーマロイ等の軟磁性材料から形成されている。ステータ１１ｃには、図３に示すように、コイル１１ｄが通電されることにより磁化される３つの極歯１１１ｃが形成されている。極歯１１１ｃは、ロータ１１ａに設けられた磁極に対向するように配置されている。なお、ステータ１１ｃは、第１のケース２の取付部２ｃ等に位置決めされる。

コイル１１ｄは、正極性または負極性の電圧が印加されて励磁されることによりステータ１１ｃを磁化するものである。コイル１１ｄは、ステータ１１ｃに巻回される一対のコイルにより構成される。なお、コイル１１ｄは、図示しない端子板に結線されている。

このステップモータ１１は、コイル１１ｄに正極性の電圧または負極性の電圧を加えて励磁することにより、磁化されたステータ１１ｃの極歯と、ロータ１１ａの各磁極との間に、吸引力または反発力を生じさせて、ロータ１１ａに回転トルクを発生させ、ロータ１１を時計回り方向または反時計回り方向に回転させる。

２段歯車１２は、ピニオン１１ｅ、第１の歯車１３及び第２の歯車１４と噛合することにより、ステップモータ１１のロータ１１ａの回転運動を第１の歯車１３及び第２の歯車１４に伝達する。２段歯車１２は、２段の歯車が同軸に一体的に形成されており、小径歯車１２ａと小径歯車１２より歯数の多い大径歯車１２ｂにより構成されており、中心に貫通孔１２ｃが形成されている。２段歯車１２の軸４ａは中板４に立設されており、軸４ａの端部は第２のケース３の軸孔３ｂに嵌合されて固定されている。２段歯車１２は、図１において、上側に小径歯車１２ａ、下側に大径歯車１２ｂが配置されるように、軸４ａに回転可能に軸支されている。また、小径歯車１２ａは第１の歯車１３と噛合し、大径歯車１２ｂはピニオン１１ｅ及び第２の歯車１４と噛合している。

第１の歯車１３及び第２の歯車１４は、歯車１３，１４の回転運動を変換部１３１ａ、１４１ａで直進運動に変換してレンズホルダ２０に伝達するものである。第１の歯車１３は歯数が多い大径歯車であり、第２の歯車１４は、第１の歯車１３と比べて歯数が少ない小径歯車である。第１の歯車１３には中心の貫通孔１３ａの内周面に変換部としての雌ねじ部１３１ａが形成されており、第２の歯車１４には中央に形成されたボス部１４ａの外周面に変換部としての雄ねじ部１４１ａが形成されている。なお、第２の歯車１４のボス部１４ａの中央には貫通孔１４ｂが形成されている。また、第１の歯車１３及び第２の歯車１４の２段歯車１２と噛合する歯数を適宜に定めると、ロータ１１ａの回転数に対する減速比は同じでもトルクが違う組み合わせを選ぶことができる。本実施例では、同じ減速比の中でもトルクが高い方の組み合わせを採用している。

第２の歯車１４の貫通孔１４ｂが挿嵌される軸５は、一端を第１のケース２の軸孔２ｂに嵌合され、他端を第２のケース３の軸孔３ｃに嵌合され固定されている。第１の歯車１３と第２の歯車１４は、雌ねじ部１３１ａと雄ねじ部１４１ａが螺合された状態で、軸５に同軸に取り付けられる。軸５は、スクリューねじのようにねじ部を持った軸ではないため、第２の歯車１４と軸５との間のクリアランスは、軸方向に移動できる程度の隙間が開いていればよい。スクリューねじ等で第２の歯車１４を軸方向に移動させようとすると、スクリューねじ部のクリアランスは、ねじ部を持たない軸に設けるよりも大きくなる。このため、軸５に第２の歯車１４を設ける本実施例の構成の方がレンズホルダ２０のガタによる光軸方向の傾きが小さく抑えられる。このため、画質が向上する。第１の歯車１３及び第２の歯車１４は独立して回転可能であり、第１の歯車１３と第２の歯車１４との回転速度差により雌ねじ部１３１ａ及び雄ねじ部１４１ａの螺合度合いを変化させることが可能になっている。すなわち、第２の歯車１４が軸方向に移動可能となっている。

レンズホルダ２０にはレンズ２１が保持されている。レンズホルダ２０には、側壁から突設された突部２０ａが形成されている。突部２０ａにはレンズ２１の面と直交する方向に貫通孔２０１ａが形成されており、この貫通孔２０１ａに軸５が挿嵌される。突部２０ａは、第２の歯車１４と当接して、軸方向に移動可能に軸５上に同軸に取り付けられる。したがって、軸５には第１の歯車１３，第２の歯車１４及び突部２０ａが同軸に設けられている。なお、レンズホルダ２０の外周には、レンズホルダ２０の回転移動を規制するための回転止め２０ｂが形成されている。

コイルばね６は、第１のケース２とレンズホルダ２０の突部２０ａとの間に付設される弾性部材である。コイルばね６は、突部２０ａが第２の歯車１４に軸方向に従動するように、突部２０ａを第２の歯車１４側へと付勢している。

なお、レンズホルダ２０に保持されたレンズ２１と対向する位置には図示しない撮像素子が基板上に設けられる等、駆動装置１は、図示しない光学系を構成する部品を備えている。

次に、この駆動装置１において、レンズホルダ２０をレンズ２１の光軸方向に移動させる方法について説明する。図１に示すレンズホルダ２０が第１のケース２側である下側にある状態において、ステップモータ１１のロータ１１ａを時計回り方向または逆方向である反時計回り方向に回転させることにより、ピニオン１１ｅを介して回転運動を２段歯車１２に伝達する。

２段歯車１２の回転運動が小径歯車１２ａ及び大径歯車１２ｂから第１の歯車１３及び第２の歯車１４へとそれぞれ伝達される。第２の歯車１４は第１の歯車１３よりも回転速度が速い(回転角度が大きい)ために、図２に示すように、第１の歯車１３の雌ねじ部１３１ａと第２の歯車１４の雄ねじ部１４１ａの螺合度合いが深くなり、第２の歯車１４は上方に移動する。

第２の歯車１４が上方に移動することに伴って、第２の歯車１４と当接しているレンズホルダ２０の突部２０ａがコイルばね６の付勢力により第２の歯車に従動し、レンズホルダ２０はレンズ２１の光軸方向の上方に移動する。

また、ステップモータ１１のロータ１１ａを逆方向に回転させることにより、ピニオン１１ｅ、２段歯車１２、第１の歯車１３及び第２の歯車１４は逆方向に回転し、第２の歯車１４は図１に示すように下方に移動する。第２の歯車１４が下方に移動することに伴って、第２の歯車１４と当接しているレンズホルダ２０の突部２０ａが第２の歯車１４によりコイルばね６の付勢力に抗して下方に押圧され、レンズホルダ２０はレンズ２１の光軸方向の下方に移動する。

ここで、駆動装置１を制御するための制御回路について図４を用いて説明する。制御部５０は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１とメモリ５２とドライバ５３とを備えている。ＣＰＵ５１は、駆動装置１全体の制御や演算処理を行うものである。メモリ５２には、駆動装置１を制御するためのプログラムや制御情報が格納されている。ドライバ５３は、ＣＰＵ５１からの制御信号に応じて、コイル１１ｄに、正極性又は負極性の駆動電圧をパルス状に印加し、励磁する。ＣＰＵ５１には、操作ボタン５４が接続されている。

操作ボタン５４が押されると、ＣＰＵ５１は、ステップモータ１１を駆動するために正極性の電圧又は負極性の電圧の出力をドライバ５３に指示する。ドライバ５３は、指示に従って、ステップモータ１１のコイル１１ｄに正極性の電圧または負極性の電圧を印加する。このようにステップモータ１１のコイル１１ｄに通電制御して、ステップモータ１１のロータ１１ａを時計回り方向または反時計回り方向に回動させることによって、上述したようにレンズホルダ２０をレンズ２１の光軸方向に移動させることにより、焦点合わせを行うことができる。

このように本実施の形態の駆動装置１では、一つのステップモータ１１を用いて、螺合関係にある変換部１３１ａ，１４１ａにより第１の歯車１３と第２の歯車１４との回転角度差(回転速度差)を軸方向の移動量に変換することにより回転運動を直進運動に変換して、レンズホルダ２０をレンズ２１の光軸の方向に移動させることができるようにした。このため、小型化、省電力化が容易となり、駆動音を静音化でき、部品点数が減少することから低コスト化が可能となり、大きな減速比を得て高精度の駆動を実現することができ、また設計が容易になる。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、本実施形態では第２の歯車１４を独立の部材とする例について説明したが、図５に示すように、軸５と第２の歯車５ａとを一体的に形成するようにしてもよい。図５において、軸５には、小径歯車１２ａと噛合する第２の歯車５ａと、外周面に雄ねじ部５５ｂが形成されたボス部５ｂとが形成されている。また、図５においては、軸５が回転自在となっている。この雄ねじ部５５ｂは第１の歯車１３の雌ねじ部１３ａと噛合する。第１の歯車１３は大径歯車１２ｂと噛合する。

図５に示した変形例の場合には、第１の歯車１３のほうが第２の歯車５ａよりも回転速度が速く、第１の歯車１３が軸方向に上下動することにより、第１の歯車１３に当接するレンズホルダ２０の突片２０ａが上下動する。

また、本実施形態では、ステップモータ１１のロータ軸１１ｂにピニオン１１ｅが一体的に形成され、このピニオン１１ｅと噛合する２段歯車１２を用いる例について説明したが、ロータ軸１１ｂにピニオン１１ｅの代わりに２段歯車を直接設けるようにしてもよい。また、本実施形態では一体的に形成された２段歯車１２を用いる例について説明したが、２段歯車１２の代わりに２種類の独立した歯車を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、駆動装置１をレンズ駆動装置として用いる例について説明したが、駆動装置１は、レンズ駆動装置以外にも直進運動を行う駆動対象に用いることが可能である。

また、本実施形態では、一つの駆動源としてステップモータ１１を用いる例について説明したが、回転運動を発生させる駆動源であればよくステップモータ１１には限られない。

また、本実施形態では、２段歯車１２を構成する小径歯車１２ａ及び大径歯車１２ｂと第１の歯車１３，第２の歯車１４を用いる例について説明したが、例えば第１の歯車１３の歯数をｍ，第２の歯車１４の歯数をｎとした場合に、第１の歯車１３と噛合する歯車の歯数をｎ，第２の歯車１４と噛合する歯数をｍとして設計するようにしてもよい。これにより設計がより容易となり、駆動対象を制御しやすくなる。また、第１の歯車１３の歯数をｂ、第２の歯車１４の歯数をｃ、第１の歯車１３と噛合する歯車の歯数をｄ、第２の歯車１４と噛合する歯車の歯数をｅとした場合、ｃ／ｅとｂ／ｄとが一致しない歯数の組み合わせであればよい。なぜならこの歯数の組み合わせであれば第１の歯車１３と第２の歯車１４との回転速度差が生じ、駆動対象を駆動できるからである。

本発明の実施形態に係る駆動装置の構成を表すとともに、レンズホルダが下方に位置する場合の断面図である。図１に示した駆動装置においてレンズホルダが上方に位置する場合の断面図である。図１に示した駆動装置の全体構成を表す平面図である。図１に示した駆動装置を制御するための制御回路のブロック図である。図１に示した駆動装置の変形例を表す断面図である。

符号の説明

１駆動装置
５軸
６コイルばね
１０駆動部
１１電磁アクチュエータ（ステップモータ）
１２２段歯車
１２ａ小径歯車
１２ｂ大径歯車
１３第１の歯車
１３１ａ雌ねじ部（変換部）
１４，５ａ第２の歯車
１４１ａ，５５ｂ雄ねじ部（変換部）
２０レンズホルダ
２０ａ突片
２１レンズ

Claims

一つの駆動源と、該駆動源により同時に回転されるとともに同軸に設けられた回転速度の異なる２つの歯車と、該２つの歯車には、駆動対象を駆動するために該２つの歯車の回転速度差を前記軸方向の移動量に変換する変換部とを備えたことを特徴とする駆動装置。
前記変換部は、前記２つの歯車のうち一方の歯車に雄ねじ部を有し、他方の歯車に雌ねじ部を有し、前記一方の歯車の雄ねじ部と前記他方の歯車の雌ねじ部とが螺合された構成であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
前記雄ねじ部が形成された一方の歯車は、前記軸と一体的に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
前記駆動対象を前記２つの歯車と同軸に設けるとともに、前記２つの歯車のうち前記軸方向に移動する歯車に前記駆動対象を従動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。
前記駆動対象を前記軸方向に付勢する弾性部材を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置。
前記駆動対象がレンズを備えたレンズホルダであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の駆動装置。
前記２つの歯車は第１の歯車群を構成し、
該第１の歯車群は、該第１の歯車群を構成する２つの歯車それぞれが噛合する２つの歯車から構成される第２の歯車群を介して前記駆動源により回転されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
前記第１の歯車群の２つの歯車のうち一方の歯車の歯数をｍとし、他方の歯車の歯数をｎとした場合に、
前記第２の歯車群の２つの歯車のうち前記第１の歯車群の一方の歯車と噛合する歯車の歯数をｎとし、前記第１の歯車群の他方の歯車と噛合する歯車の歯数をｍとすることを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。