JP2016170204A - カム機構及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】がたつきが無く、且つ、摺動抵抗が少ないカム機構を実現する。
【解決手段】カム機構は、第１軌道面と、第１軌道面と対向する側に設けられた第２軌道面と、第１軌道面及び第２軌道面と接触するカムフォロアと、を備え、カムフォロアが、第１軌道面上を転動する転動部と、第２軌道面上を摺動する摺動部と、を備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、光学要素を駆動するカム機構及び該カム機構を備えた光学機器に関するものである。

撮影用レンズの合焦機構やズーム機構に溝カム機構を使用したものが知られている。例えば、スライド機構によって光軸方向に移動可能に構成されたレンズ枠の外周にカムフォロアピンを設け、このカムフォロアピンと係合するカム溝が内周に設けられたカム環を光軸回りに回転させることにより、レンズ枠に取り付けられたレンズを光軸方向に駆動することができる。

溝カム機構を使用したレンズ装置では、レンズをスムーズに駆動できるように、カムフォロアピンとカム溝との間に一定の遊びを設ける必要があるが、遊びを設けることにより、レンズ枠ががたつくという問題があった。

特許文献１には、カム溝と当接するカムフォロアピンの摺動部の外周にカム溝の幅よりも大きな外径を有する弾性部材を設けて、これをカム溝に圧入することにより、レンズ枠のがたつきを抑える技術が記載されている。

特開２００６−２７６２１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、カム溝と当接する摺動部が圧入によって弾性変形するため、カム溝と摺動部との接触面積が増大し、摺動抵抗（摩擦抵抗）が大きくなるという問題がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、がたつきがなく、且つ、摺動抵抗が少ないカム機構及び該カム機構を備えた光学機器を提供することである。

本発明の一実施形態に係る光学機器は、光学要素と、光学要素を光軸方向に駆動するカム機構と、を備え、カム機構が、第１軌道面と、第１軌道面と対向する側に設けられた第２軌道面と、第１軌道面及び第２軌道面と接触するカムフォロアと、を備え、カムフォロアが、第１軌道面上を転動する転動部と、第２軌道面上を摺動する摺動部と、を備える。

上記の光学機器において、転動部がゴム弾性を有し、カムフォロアが、第１軌道面と第２軌道面との間で挟持され、転動部の弾性復元力によって摺動部が第２軌道面に押さえ付けられた構成としてもよい。

上記の光学機器において、カム機構が、カム孔が形成された壁部を備え、カム孔の内周面に、第１軌道面及び第２軌道面が形成された構成としてもよい。

上記の光学機器において、カム孔が、壁部の一面側に形成された狭カム溝と、壁部の他面側に形成され、狭カム溝よりも溝幅の広い広カム溝と、を有し、狭カム溝及び広カム溝の一方に第１軌道面が形成され、狭カム溝及び広カム溝の他方に第２軌道面が形成され、狭カム溝と広カム溝の中心軌道が互いに溝幅方向にずれている構成としてもよい。

上記の光学機器において、カムフォロアが取り付けられた第１環状部材と、第１軌道面及び第２軌道面が形成され、第１環状部材と同心に配置された第２環状部材と、を備えた構成としてもよい。

上記の光学機器において、第１軌道面及び第２軌道面が形成され、第１環状部材と同心に配置された第３環状部材を更に備え、転動部が、第２環状部材の第１軌道面上を転動する第１転動部と、第３環状部材の第１軌道面上を転動する第２転動部と、を含み、摺動部が、第２環状部材の第２軌道面上を摺動する第１摺動部と、第３環状部材の第２軌道面上を摺動する第２摺動部と、を含む構成としてもよい。

上記の光学機器において、摺動部が一体に形成された構成としてもよい。また、この場合には、第２環状部材と摺動する第１摺動面と、第３環状部材と摺動する第２摺動面との間に、第２環状部材及び第３環状部材と接触しない凹部が形成された構成としてもよい。

また、本発明の一実施形態に係るカム機構は、案内溝を有する第１環と、案内溝と嵌合するカムフォロアと、カムフォロアが固定された第２環と、を備え、案内溝が、第１環の内周側に形成された内周側溝部と、第１環の外周側に、内周側溝部に対して溝幅方向にオフセットして形成された外周側溝部と、を有し、カムフォロアが、支柱と、支柱に回転可能に支持されたローラと、支柱に固定されたスライダと、を備え、ローラが、内周側溝部及び外周側溝部の一方の溝部の壁面と接触し、スライダが、内周側溝部及び外周側溝部の他方の溝部の壁面と接触し、カムフォロアが案内溝に嵌合する前のローラの半径が、他方の溝部の中心軌跡から一方の溝部の壁面までの距離よりも大きい。

また、本発明の一実施形態に係るカム機構は、第１案内溝を有する第１環と、案内溝と交差する方向に延びる第２案内溝を有する第２環と、第１案内溝及び第２案内溝に嵌合するカムフォロアと、カムフォロアが固定された移動枠と、を備え、第１案内溝及び第２案内溝のそれぞれが、第１環の内周側に形成された内周側溝部と、第１環の外周側に、内周側溝部に対して溝幅方向にオフセットして形成された外周側溝部と、を有し、カムフォロアが、支柱と、支柱に回転可能に支持され、第１案内溝と接触する第１ローラと、支柱に回転可能に支持され、第２案内溝と接触する第２ローラと、支柱に固定されたスライダと、を備え、第１ローラが、第１案内溝の内周側溝部及び外周側溝部の一方の溝部の壁面と接触し、第２ローラが、第２案内溝の内周側溝部及び外周側溝部の一方の溝部の壁面と接触し、スライダが、第１案内溝の内周側溝部及び外周側溝部の他方の溝部の壁面、及び、第２案内溝の内周側溝部及び外周側溝部の他方の溝部の壁面、と接触し、カムフォロアが第１案内溝に嵌合する前の第１ローラの半径が、第１案内溝の他方の溝部の中心軌跡から第１案内溝の一方の溝部の壁面までの距離よりも大きく、カムフォロアが第２案内溝に嵌合する前の第２ローラの半径が、第２案内溝の他方の溝部の中心軌跡から第２案内溝の一方の溝部の壁面までの距離よりも大きい。

本発明の実施形態によれば、がたつきが無く、且つ、摺動抵抗が少ないカム機構が実現する。

本発明の実施形態に係る交換レンズの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る交換レンズの縦断面図である。 カムフォロアと２つのカム孔との配置関係を説明する図である。 図３のカムフォロア付近を拡大した図である。 ズームカム環に形成されたカム孔の縦断面図である。 ズーム固定環に形成されたカム孔の縦断面図である。 第３レンズ移動枠に形成されためねじの縦断面図である。 カムフォロアの縦断面図である。 カムフォロアを介したズームカム環、ズーム固定環及び第３レンズ移動枠の連結構造を示す断面図である。 カムフォロアを介したズームカム環、ズーム固定環及び第３レンズ移動枠の連結構造を示す断面図である。 本発明の実施形態の第１変形例の溝カム機構を説明する縦断面図である。 本発明の実施形態の第２変形例の溝カム機構を説明する縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

［交換レンズ１全体の構成］
図１は、本発明の実施形態に係るカム機構を備えた一眼レフカメラ用交換レンズ１（以下、単に「交換レンズ１」という。）の分解斜視図である。また、図２は、交換レンズ１の縦断面図（上半分のみを示す。）である。なお、以下の説明において、交換レンズ１の光軸Ａｘ方向の入射側（図２における左側）を先端側と称し、射出側（図２における右側）を基端側と称する。

交換レンズ１は、マウント１０、マウント保持環２０、フォーカス操作環３０、支持環４０、ズームカム環１００、ズーム固定環２００、第３レンズ移動枠３００、フォーカス固定環４００、第２レンズ移動枠５００、フォーカスカム環６００、９個のカムフォロア７００（各３個のカムフォロア７００Ａ、７００Ｂ、７００Ｃ）、フォーカス連係板８００、ズーム操作環５０、ズーム操作ゴム６０及び第１レンズ枠７０を備える。これらの部材（カムフォロア７００及びフォーカス連係板８００を除く。）は、光軸Ａｘ上に同心に配置される。

マウント１０は、交換レンズ１を一眼レフカメラ等の光学機器に着脱可能に装着するための取付部であり、マウント保持環２０に固定される。また、マウント保持環２０は、支持環４０のフランジ部４１に固定される。マウント保持環２０と支持環４０との間には、フォーカス操作環３０が光軸Ａｘ周りに回動可能に保持される。支持環４０のマウント１０側の壁面には、光軸Ａｘを中心とする円弧状の長孔４２が形成されている。長孔４２には、細長板状のフォーカス連係板８００が差し込まれる。フォーカス連係板８００は、その基端においてフォーカス操作環３０に固定され、フォーカス操作環３０の回動操作に応じて、長孔４２に沿って光軸Ａｘの周りを回動する。

支持環４０は、ズーム操作環５０の中空部に収容される。支持環４０の外周面の基端部には、周方向に延びる環状の係合溝４３が設けられている。また、ズーム操作環５０の内周面の基端部には、支持環４０の係合溝４３と係合する周方向に延びる環状の係合爪５２が形成されている。ズーム操作環５０の係合爪５２と支持環４０の係合溝４３との係合により、ズーム操作環５０は、支持環４０に対して、光軸Ａｘ方向への移動が規制され、光軸Ａｘ周りの回動のみが可能となっている。また、ズーム操作環５０を手動で操作する際に、滑らず正確に操作できるように、ズーム操作環５０の外周にはズーム操作ゴム６０が被せられる。

支持環４０の内部にはズームカム環１００が収容され、ズームカム環１００の内部にはズーム固定環２００が収容される。ズーム固定環２００は、その基端部において支持環４０に固定される。ズームカム環１００の内径はズーム固定環２００の外径と略同じ大きさであり、ズームカム環１００はズーム固定環２００によって光軸Ａｘ周りに回動可能に支持される。また、ズームカム環１００の内周面の基端部に形成された周方向に延びる環状の係合爪１０１が、ズーム固定環２００の外周面の基端部に形成された周方向に延びる環状の係合凹部２０１と係合し、ズームカム環１００の光軸Ａｘ方向への移動が規制される。

支持環４０の筒状部には、円周方向に延びる溝穴４４が形成されていて、この溝穴４４にはズーム連係軸８１が通される。ズーム連係軸８１は、その一端（図２における下端）に形成されたおねじがズームカム環１００の先端部に形成されためねじ１１０に捻じ込まれて、ズームカム環１００に固定される。また、ズーム連係軸８１の他端はズーム操作環５０に設けられた孔５１に嵌入されて固定される。すなわち、ズーム操作環５０はズーム連係軸８１を介してズームカム環１００に連結されていて、ズーム操作環５０の回動に連動してズームカム環１００が光軸Ａｘ周りに回動するようになっている。

ズームカム環１００の中空部には、第３レンズ移動枠３００及びフォーカス固定環４００が光軸Ａｘ方向に所定間隔で並んで収容される。具体的には、基端側に第３レンズ移動枠３００が配置され、先端側にフォーカス固定環４００が配置される。第３レンズ移動枠３００は、３個のカムフォロア７００Ａを介して、カム孔２２０に沿って移動可能に、ズーム固定環２００に連結される。また、フォーカス固定環４００は、３個のカムフォロア７００Ｂを介して、カム孔１２０Ａ及び１２０Ｂに沿って移動可能に、ズームカム環１００に連結される。

図１に示されるように、第３レンズ移動枠３００には、第３レンズ９３が保持される。また、第３レンズ移動枠３００には、第３レンズ９３よりも先端側に、絞り支持板９５を用いて絞り羽根９４が取り付けられる。

後述するように、カムフォロア７００Ａは、第３レンズ移動枠３００に固定されると共に、ズーム固定環２００に形成されたカム孔２２０及びズームカム環１００に形成されたカム孔１２０Ａと係合する。カム孔２２０、１２０Ａ（及び後述のカム孔１２０Ｂ）は、それぞれ各筒状部材（ズーム固定環２００、ズームカム環１００）の略円筒状の壁部に形成されている。

カムフォロア７００Ａは、光軸Ａｘ方向に延びるカム孔２２０との係合により、その可動方向が光軸Ａｘ方向のみに規制される。更に、カムフォロア７００Ａとズームカム環１００に形成された略螺旋状のカム孔１２０Ａとの係合により、カムフォロア７００Ａは、ズームカム環１００の回動に連動して、光軸Ａｘ方向に駆動される。

従って、ズーム操作環５０（ズーム操作ゴム６０）を回動操作すると、ズーム操作環５０に固定されたズーム連係軸８１及びズームカム環１００がズーム操作環５０と一体に回動し、これに連動してカムフォロア７００Ａに固定された第３レンズ移動枠３００（及び第３レンズ９３）が光軸Ａｘ方向に移動して、光学像の拡大縮小（ズーミング）が可能になる。

同様に、カムフォロア７００Ｂは、フォーカス固定環４００に固定されると共に、ズーム固定環２００に形成されたカム孔２２０及びズームカム環１００に形成されたカム孔１２０Ｂと係合する。

カムフォロア７００Ｂは、光軸Ａｘ方向に延びるカム孔２２０との係合により、その可動方向が光軸Ａｘ方向のみに規制される。更に、カムフォロア７００Ｂとズームカム環１００に形成された略螺旋状のカム孔１２０Ｂとの係合により、カムフォロア７００Ｂは、ズームカム環１００の回動に連動して、光軸Ａｘ方向に駆動される。

従って、ズーム操作環５０（ズーム操作ゴム６０）を回動操作すると、ズーム操作環５０に固定されたズーム連係軸８１及びズームカム環１００がズーム操作環５０と一体に回動し、これに連動してカムフォロア７００Ｂに固定されたフォーカス固定環４００が光軸Ａｘ方向に移動する。

このとき、カムフォロア７００Ａが係合するカム孔１２０Ａと、カムフォロア７００Ｂが係合するカム孔１２０Ｂとが、互いに平行に形成された同一形状のカム孔であるため、第３レンズ移動枠３００（及び第３レンズ移動枠に保持された第３レンズ９３）とフォーカス固定環４００（及び第２レンズ移動枠５００を介してフォーカス固定環４００に支持された第２レンズ９２）とが、相対位置を変えずに光軸Ａｘ方向に移動する。

フォーカス固定環４００の内部には、第２レンズ移動枠５００が収容される。第２レンズ移動枠５００は、３個のカムフォロア７００Ｃを介してフォーカス固定環４００に移動可能に連結される。また、第２レンズ移動枠５００には、第２レンズ９１が保持される。

フォーカス固定環４００は、その先端側の部分が基端側の部分よりも細径に形成されている。フォーカス固定環４００の先端側の部分には、フォーカスカム環６００が被せられる。

図２に示されるように、フォーカスカム環６００の内周面の先端部に形成された周方向に延びる環状の係合爪６１０が、フォーカス固定環４００の外周面の先端部に形成された周方向に延びる環状の係合溝４３０と係合する。これにより、フォーカスカム環６００は、フォーカス固定環４００に対して、光軸Ａｘ方向への移動が規制され、光軸Ａｘ回りの回動のみが可能になっている。

また、フォーカス連係軸８２は、その一端（図２における下端）に形成されたおねじがフォーカスカム環６００の先端部に形成されためねじ６３０（図１）に捻じ込まれて、フォーカスカム環６００に固定される。更に、フォーカス連係軸８２の他端部は、フォーカス連係板８００の先端部に設けられた、光軸Ａｘ方向に延びる長孔８１０に挿し込まれる。これにより、フォーカス連係板８００に対するフォーカスカム環６００の可動方向が光軸Ａｘ方向のみに規制される。

また、フォーカス固定環４００とフォーカスカム環６００とは、第２レンズ移動枠５００の外周面に、円周方向に等間隔（１２０°間隔）で固定される３個のカムフォロア７００Ｃによって連結される。

支持環４０の先端には、第１レンズ９１を保持する第１レンズ枠７０が固定される。

カムフォロア７００Ｃは、第２レンズ移動枠５００に固定されると共に、フォーカス固定環４００に形成されたカム孔４２０及びフォーカスカム環６００に形成されたカム孔６２０と係合する。カムフォロア７００Ｃは、光軸Ａｘ方向に延びるカム孔４２０との係合により、その可動方向が光軸Ａｘ方向のみに規制される。更に、カムフォロア７００Ｃとフォーカスカム環６００に形成された略螺旋状のカム孔６２０との係合により、カムフォロア７００Ｃはフォーカスカム環６００の回動に連動して光軸Ａｘ方向に移動する。

従って、フォーカス操作環３０を回動操作すると、フォーカス操作環３０に固定されたフォーカス連係板８００と、フォーカス連係板８００と係合するフォーカス連係軸８２と、フォーカス連係軸８２に固定されたフォーカスカム環６００とが、フォーカス操作環３０と共に回動し、これに連動してカムフォロア７００Ｃに固定された第２レンズ移動枠５００（第２レンズ９２）が光軸Ａｘ方向に駆動され、フォーカス調整が可能になる。

［溝カム機構］
次に、本発明の実施形態に係るカムフォロア７００（７００Ａ、７００Ｂ、７００Ｃ）を用いた溝カム機構について説明する。

なお、カムフォロア７００Ａ、７００Ｂ及び７００Ｃは同一の構造を有し、カム孔１２０Ａ、１２０Ｂ及び６２０は同一の断面形状を有し、カム孔２２０とカム孔４２０も同一の断面形状を有している。すなわち、カムフォロア７００Ａとカム孔１２０Ａ及びカム孔２２０との係合関係は、カムフォロア７００Ｂとカム孔１２０Ｂ及びカム孔２２０との係合関係や、カムフォロア７００Ｃとカム孔６２０及びカム孔４２０との係合関係と同じものである。以下では、これらを代表して、カムフォロア７００Ａとカム孔１２０Ａ及びカム孔２２０との係合関係について説明する。

図１に示されるように、ズームカム環１００には、略螺旋状の（すなわち、光軸Ａｘ方向と円周方向のそれぞれに対して斜めに形成された）同一形状のカム孔（案内溝穴）１２０Ａ、１２０Ｂが３対設けられている。カム孔１２０Ａ、１２０Ｂは、カムフォロア７００Ａ、７００Ｂと係合し、カムフォロア７００Ａ、７００Ｂの移動方向を規制して、カムフォロア７００Ａ、７００Ｂを所定方向に案内する溝穴である。カムフォロア７００Ａ、７００Ｂは、それぞれ対応する１つのカム孔１２０Ａ、１２０Ｂと係合する。３対のカム孔１２０Ａ、１２０Ｂは、円周方向に等間隔（１２０°間隔）で設けられている。また、各対のカム孔１２０Ａ、１２０Ｂは、光軸Ａｘ方向に所定の間隔をあけて平行に設けられている。

ズーム固定環２００には、光軸Ａｘ方向に延びる３つのカム孔（案内溝穴）２２０が、円周方向に等間隔（１２０°間隔）で設けられている。カム孔２２０は、それぞれ対応するカムフォロア７００Ａ、７００Ｂの一対と係合し、カムフォロア７００Ａ、７００Ｂの移動方向を規制して、カムフォロア７００Ａ、７００Ｂを所定方向に案内する溝穴である。カム孔２２０は、カム孔１２０Ａ、１２０Ｂと交差するように形成されている。

また、第３レンズ移動枠３００の外周には、カムフォロア７００Ａを取り付けるための３つのめねじ３１０が等間隔（１２０°間隔）で設けられている。

図３は、カムフォロア７００Ａとカム孔１２０Ａ及びカム孔２２０との配置関係を説明する図である。
図４は、図３のカムフォロア７００Ａ付近を拡大した図である。
図５は、ズームカム環１００に形成されたカム孔１２０Ａの断面図である。
図６は、ズーム固定環２００に形成されたカム孔２２０の断面図である。
図７は、第３レンズ移動枠３００に形成されためねじ３１０の断面図である。
図８は、カムフォロア７００の断面図である。

図３−５に示されるように、カム孔１２０Ａは、ズームカム環１００の外周側（図５における上側）に形成された広カム溝（幅広案内溝）１４０と、ズームカム環１００の内周側（図５における下側）に形成された、広カム溝１４０よりも溝幅が狭い狭カム溝（幅狭案内溝）１３０とから構成されている。すなわち、広カム溝１４０と狭カム溝１３０とが結合し、ズームカム環１００を貫通するカム孔１２０Ａが形成されている。

また、図４に示されるように、狭カム溝１３０は、一対の側壁（第１軌道面１３１及び第２軌道面１３２）を備えている。また、広カム溝１４０も、一対の側壁（第１軌道面１４１及び第２軌道面１４２）を備えている。本実施形態の狭カム溝１３０は、広カム溝１４０に対して溝幅方向にずらして形成されていて、狭カム溝１３０の中心軌跡１３３（第１軌道面１３１と第２軌道面１３２との中間）が広カム溝１４０の中心軌跡１４３（第１軌道面１４１と第２軌道面１４２との中間）から第１軌道面１４１側に所定距離だけオフセットしている。すなわち、狭カム溝１３０の第１軌道面１３１と広カム溝１４０の第１軌道面１４１との距離が、狭カム溝１３０の第２軌道面１３２と広カム溝１４０の第２軌道面１４２との距離よりも短くなっている。

同様に、図３、４、６に示されるように、カム孔２２０は、ズーム固定環２００の外周側（図６における上側）に形成された広カム溝２４０と、ズーム固定環２００の内周側（図６における下側）に形成された、広カム溝２４０よりも溝幅が狭い狭カム溝２３０とから構成されている。

また、図４に示されるように、狭カム溝２３０は、一対の側壁（第１軌道面２３１及び第２軌道面２３２）を備えている。また、広カム溝２４０も、一対の側壁（第１軌道面２４１及び第２軌道面２４２）を備えている。狭カム溝２３０は、広カム溝２４０に対して溝幅方向にずらして形成されていて、狭カム溝２３０の中心軌跡２３３（第１軌道面２３１と第２軌道面２３２との中間）が広カム溝２４０の中心軌跡２４３（第１軌道面２４１と第２軌道面２４２との中間）から第２軌道面２４２側に所定距離だけオフセットしている。すなわち、狭カム溝２３０の第１軌道面２３１と広カム溝２４０の第１軌道面２４１との距離が、狭カム溝２３０の第２軌道面２３２と広カム溝２４０の第２軌道面２４２との距離よりも長くなっている。

また、図８に示されるように、カムフォロア７００は、支柱７１０と、２つの回転部（第１ローラ７２０及び第２ローラ７３０）と、摺動部（スライダ７４０）を備えている。後述するように、カムフォロア７００Ａは、支柱７１０が第３レンズ移動枠３００のめねじ３１０と係合し、第１ローラ７２０がズームカム環１００に形成されたカム孔１２０Ａの広カム溝１４０と係合し、第２ローラ７３０がズーム固定環２００に形成されたカム孔２２０の狭カム溝２３０と係合し、スライダ７４０がズームカム環１００に形成されたカム孔１２０Ａの狭カム溝１３０及びズーム固定環２００に形成されたカム孔２２０の広カム溝２４０と係合する（図９、１０）。

また、図８に示されるように、スライダ７４０の外周面には、狭カム溝１３０の壁面（第２軌道面１３２）と接触する円柱面状の第１摺動面７４１と、広カム溝２４０の壁面（第２軌道面２３２）と接触する円柱面状の第２摺動面７４２が設けられている。第１摺動面７４１と第２摺動面７４２との間には、ズームカム環１００及びズーム固定環２００のいずれとも接触しない凹部７４３が形成されている。

支柱７１０は、一端部におねじ部７１１が形成された略ボルト状の部材である。

第１ローラ７２０は、ゴム弾性を有しない構造材料（例えば、ステンレス鋼等の金属材料やポリアセタール（polyacetal）樹脂やＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）樹脂等のプラスチック材料）から形成された環状のフレーム７２１と、エラストマー（例えば、シリコーン等のゴムや熱可塑性エラストマー）から形成された環状の弾性部７２２とを備えている。弾性部７２２は、フレーム７２１の外周面に形成された環状溝に嵌入して、フレーム７２１に支持される。弾性部７２２の外径はフレーム７２１の外径よりも大きく、弾性部７２２の外周面はフレーム７２１の外周面から突出する。そのため、第１ローラ７２０は、弾性部７２２において広カム溝１４０の第１軌道面１４１と接触する。また、フレーム７２１の中空部には支柱７１０の頭部７１３が緩く嵌入（隙間嵌め）されていて、第１ローラ７２０は支柱７１０により回転自在に支持される。

第２ローラ７３０も、ゴム弾性を有しない構造材料から形成された環状のフレーム７３１と、エラストマーから形成された環状の弾性部７３２とを備える。弾性部７３２は、フレーム７３１の外周面に形成された環状溝に嵌入して、フレーム７３１に支持される。弾性部７３２の外径はフレーム７３１の外径よりも大きく、弾性部７３２の外周面はフレーム７３１の外周面から突出する。そのため、第２ローラ７３０は、弾性部７３２において狭カム溝２３０の軌道面２３１と接触する。また、フレーム７３１の中空部には支柱７１０の円筒部７１２のおねじ部７１１側の部分が緩く嵌入され、第２ローラ７３０は支柱７１０により回転自在に支持される。

スライダ７４０は、ゴム弾性を有しない構造材料から形成された環状の部材である。スライダ７４０の中空部には支柱７１０の円筒部７１２の頭部７１３側の部分が固く嵌入（止り嵌め）され、スライダ７４０は支柱７１０に固定される。

すなわち、カムフォロア７００は、第１ローラ７２０及び第２ローラ７３０が転動し、スライダ７４０が摺動するように構成されている。

図９及び図１０は、それぞれ、カムフォロア７００Ａを介したズームカム環１００、ズーム固定環２００及び第３レンズ移動枠３００の連結構造を示す断面図である。図９は、カム孔１２０（カム溝１３０、１４０）の延長方向と垂直な面による切断面を示し、図１０は、カム孔２２０（狭カム溝２３０、広カム溝２４０）の延長方向と垂直な面による切断面を示す。

図３、４、９、１０に示されるように、カムフォロア７００Ａは、支柱７１０のおねじ部７１１が第３レンズ移動枠３００のめねじ３１０に捻じ込まれることにより、第３レンズ移動枠３００に取り付けられる。また、カムフォロア７００Ａの第１ローラ７２０はズームカム環１００の広カム溝１４０と係合し、第２ローラ７３０はズーム固定環２００の狭カム溝２３０と係合する。また、カムフォロア７００Ａのスライダ７４０は、第１ローラ７２０側の部分がズームカム環１００の狭カム溝１３０と係合し、第２ローラ７３０側の部分がズーム固定環２００の広カム溝２４０と係合する。

上述したように、カム孔１２０は、第１ローラ７２０（転動部）と係合する広カム溝１４０が、スライダ７４０（摺動部）と係合する狭カム溝１３０に対して、第２軌道面１３２側（図５において右側）にオフセットされている。そして、第１ローラ７２０（弾性部７２２）の外径の半径は、狭カム溝１３０の中心軌跡１３３から広カム溝１４０の第１軌道面１４１までの距離よりも長く、狭カム溝１３０の中心軌跡１３３から広カム溝１４０の第２軌道面１４２までの距離よりも短くなっている。また、スライダ７４０の外径は、狭カム溝１３０の溝幅よりも僅かに狭くなっている。

そのため、カムフォロア７００Ａをカム孔１２０Ａに装着すると、図９に示されるように、第１ローラ７２０（弾性部７２２）が、広カム溝１４０の第１軌道面１４１のみと接触し、第２軌道面１４２とは接触しない状態となる。更に、第１ローラ７２０の弾性部７２２が第１軌道面１４１と第１ローラ７２０のフレーム７２１との間で圧縮される。そして、弾性部７２２の弾性復元力により、スライダ７４０が狭カム溝１３０の第２軌道面１３２に押さえ付けられる。上述したように、スライダ７４０の外径が狭カム溝１３０の溝幅よりも僅かに狭いため、スライダ７４０は狭カム溝１３０とは第２軌道面１３２のみで接触し、第１軌道面１３１では接触しない。

また、カム孔２２０は、第２ローラ７３０（転動部）と係合する狭カム溝２３０が、スライダ７４０と係合する広カム溝２４０に対して、第２軌道面２４２側（図６において右側）にオフセットされている。そして、第２ローラ７３０（弾性部７３２）の外径の半径は、広カム溝２４０の中心軌跡２４３から狭カム溝２３０の第１軌道面２３１までの距離よりも長く、広カム溝２４０の中心軌跡２４３から狭カム溝２３０の第２軌道面２３２までの距離よりも短くなっている。また、スライダ７４０の外径は、広カム溝２４０の溝幅よりも僅かに狭くなっている。

そのため、カムフォロア７００Ａをカム孔１２０Ａに装着すると、図１０に示されるように、第２ローラ７３０（弾性部７３２）は、狭カム溝２３０の第１軌道面２３１のみと接触し、第２軌道面２３２とは接触しない状態となる。更に、第２ローラ７３０の弾性部７３２が第１軌道面２３１と第２ローラ７３０のフレーム７３１との間で圧縮される。そして、弾性部７３２の弾性復元力により、スライダ７４０が広カム溝２４０の第２軌道面２４２に押さえ付けられる。上述したように、スライダ７４０の外径が広カム溝２４０の溝幅よりも僅かに狭いため、スライダ７４０は広カム溝２４０とは第２軌道面２４２のみで接触し、第１軌道面２４１では接触しない。

このように、カムフォロア７００Ａは、弾性部７２２、７３２の弾性により、カム孔１２０、２２０の両側壁（広カム溝１４０の第１軌道面１４１と狭カム溝１３０の第２軌道面１３２、あるいは、狭カム溝２３０の第１軌道面２３１と広カム溝２４０の第２軌道面２４２）に常に密着するため、がたつき無くスムーズにカム孔１２０、２２０に沿って移動することができる。

また、カム孔１２０、２２０に対して摺動するスライダ７４０は、ゴム弾性を有さず、大きな弾性変形が生じない。そのため、カム孔１２０、２２０（具体的には、第２軌道面１３２、２４２）に対する第３レンズ移動枠３００の位置が安定に維持され、顕著な摺動抵抗の増加が生じることがない。

また、弾性部７２２、７３２の弾性変形により、各転動部（第１ローラ７２０、第２ローラ７３０）と第１軌道面１４１、２３１との接触面積が増大するため、各転動部の転動抵抗は増加する。しかし、転動抵抗の増加は、摺動部（スライダ７４０）の弾性変形に伴う摺動部の摺動抵抗の顕著な増加と比べると、僅かなものとなる。

従って、本実施形態の溝カム機構によれば、がたつきが無く且つ抵抗が少ないスムーズな動作が実現する。

なお、本実施形態では、カム孔（カム溝）の壁面（内周面）にカムフォロアと係合するカム軌道面が設けられている。カム孔１２０Ａ、１２０Ｂ（カム溝１３０、１４０）に形成された４つの壁面のうち、カムフォロア７００Ａ、７００Ｂと係合する軌道面は、第１軌道面１４１及び第２軌道面１３２の２つのみである。また、カム孔２２０（カム溝２３０、２４０）に形成された４つの壁面のうち、カムフォロア７００Ａ、７００Ｂと係合する軌道面は、第１軌道面２３１及び第２軌道面２４２の２つのみである。従って、ズームカム環１００には、必ずしもカム孔（カム溝）状に対向する２対の軌道面を設ける必要はなく、第１軌道面２３１及び第２軌道面２４２の２つの軌道面のみを設ければよい。

以下、本発明の実施形態に係るカムフォロア７００の変形例について説明する。

［第１変形例］
図１１は、本発明の実施形態の第１変形例に係るカムフォロア１７００を示す縦断面図である。カムフォロア１７００は、ズームカム環１００と第３レンズ移動枠３００の２つの筒状部材のみを連結する。そのため、本変形例のカムフォロア１７００は、ズーム固定環２００のカム孔２２０と係合する第２ローラ７３０を備えず、スライダ１７４０は、カム孔２２０と係合する第２摺動面７４２を有しない。そして、本変形例の支柱１７１０及びスライダ１７４０の軸方向の長さは、カムフォロア７００の支柱７１０及びスライダ７４０よりも、略ズーム固定環２００の厚さ分だけ短い。

本変形例では、ズームカム環１００と第３レンズ移動枠３００とを光軸Ａｘ周りに相対的に回転させると、カムフォロア１７００が略螺旋状に延びるカム孔１２０に沿って移動するため、ズームカム環１００と第３レンズ移動枠３００とが光軸Ａｘ方向に移動する。

［第２変形例］
図１２は、本発明の実施形態の第２変形例に係るカムフォロア２７００を示す縦断面図である。カムフォロア２７００は、ズーム固定環２００と第３レンズ移動枠３００の２つの筒状部材のみを連結する。そのため、本変形例のカムフォロア２７００は、ズームカム環１００のカム孔１２０と係合する第１ローラ７２０を備えず、スライダ２７４０は、カム孔１２０と係合する第１摺動面７４１を有しない。そして、本変形例の支柱２７１０及びスライダ２７４０の軸方向の長さは、カムフォロア７００の支柱７１０及びスライダ７４０よりも、略ズームカム環１００の厚さ分だけ短い。

本変形例でも、ズーム固定環２００と第３レンズ移動枠３００とを光軸Ａｘ周りに相対的に回転させると、カムフォロア２７００が略螺旋状に延びるカム孔２２０に沿って移動するため、ズームカム環１００と第３レンズ移動枠３００とが光軸Ａｘ方向に移動する。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。

上記の実施形態では、カムフォロアが内周側の部材に固定され、外周側の部材に形成されたカム孔と係合する構成が採用されているが（例えば、カムフォロア７００Ａは、第３レンズ移動枠３００に固定され、ズームカム環１００のカム孔１２０Ａと係合する。）、この構成とは逆に、カムフォロアを外周側の部材に固定し、内周側の部材に形成されたカム孔と係合する構成としてもよい。

また、上記の実施形態では、カムフォロアのローラ自体が弾性体から形成されているが、本発明はこの構成に限定されない。ローラ以外の部材（例えばローラを支持する部材）を弾性部材としてもよい。また、上記の実施形態では、ゴム弾性を有する部材が使用されているが、形状により適度な弾性力が与えられたばね（例えば、ワイヤリング等のリングばね）を使用してもよい。

また、上記の実施形態は、本発明を一眼レフカメラ用交換レンズにおける光学レンズ（単体又は複数）の移動機構に適用した例であるが、光学レンズや光学レンズ群以外の光学要素（例えば、絞り、光学フィルター［波長フィルターの他、偏光フィルターや波長板等の偏光素子を含む］、ミラー、プリズム、回折格子、光導波路、非線形光学素子、光電変換素子［固体撮像素子を含む］、ＬＤ［laser diode］等の光源、その他の各種光学要素）を移動する機構に本発明を適用することができる。

また、本発明は、一眼レフカメラ用の交換レンズに限らず、コンパクトカメラ（レンズ一体型カメラ）、ビデオカメラ、監視カメラ等の専用テレビ（ＣＣＴＶ［closed-circuit television］）及びＣＣＴＶ用レンズ、プロジェクタ・映写装置、望遠鏡、顕微鏡、その他の光学機器全般に適用することができる。

１０ マウント
２０ マウント保持環
３０ フォーカス操作環
４０ 支持環
５０ ズーム操作環
６０ ズーム操作ゴム
７０ 第１レンズ枠
１００ ズームカム環
１１０ めねじ
１２０ カム孔
１３０ 狭カム溝
１４０ 広カム溝
２００ ズーム固定環
２２０ カム孔
２３０ 狭カム溝
２４０ 広カム溝
３００ 第３レンズ移動枠
４００ フォーカス固定環
５００ 第２レンズ移動枠
６００ フォーカスカム環
７００ カムフォロア
８００ フォーカス連係板

Claims (10)

1. 光学要素と、
   前記光学要素を光軸方向に駆動するカム機構と、
   を備え、
   前記カム機構が、
   第１軌道面と、
   前記第１軌道面と対向する側に設けられた第２軌道面と、
   前記第１軌道面及び前記第２軌道面と接触するカムフォロアと、を備え、
   前記カムフォロアが、
   前記第１軌道面上を転動する転動部と、
   前記第２軌道面上を摺動する摺動部と、を備えた、
   光学機器。
2. 前記転動部がゴム弾性を有し、
   前記カムフォロアが、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間で挟持され、前記転動部の弾性復元力によって前記摺動部が前記第２軌道面に押さえ付けられた、
   請求項１に記載の光学機器。
3. 前記カム機構が、カム孔が形成された壁部を備え、
   前記カム孔の内周面に、前記第１軌道面及び前記第２軌道面が形成された、
   請求項１又は請求項２に記載の光学機器。
4. 前記カム孔が、
   前記壁部の一面側に形成された狭カム溝と、
   前記壁部の他面側に形成され、前記狭カム溝よりも溝幅の広い広カム溝と、を有し、
   前記狭カム溝及び前記広カム溝の一方に前記第１軌道面が形成され、
   前記狭カム溝及び前記広カム溝の他方に前記第２軌道面が形成され、
   前記狭カム溝と前記広カム溝の中心軌道が互いに溝幅方向にずれている、
   請求項３に記載の光学機器。
5. 前記カムフォロアが取り付けられた第１環状部材と、
   前記第１軌道面及び前記第２軌道面が形成され、前記第１環状部材と同心に配置された第２環状部材と、
   を備えた、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学機器。
6. 前記第１軌道面及び前記第２軌道面が形成され、前記第１環状部材と同心に配置された第３環状部材を更に備え、
   前記転動部が、
   前記第２環状部材の第１軌道面上を転動する第１転動部と、
   前記第３環状部材の第１軌道面上を転動する第２転動部と、を含み、
   前記摺動部が、
   前記第２環状部材の第２軌道面上を摺動する第１摺動部と、
   前記第３環状部材の第２軌道面上を摺動する第２摺動部と、を含む、
   請求項５に記載の光学機器。
7. 前記摺動部が一体に形成された、
   請求項６に記載の光学機器。
8. 前記第２環状部材と摺動する第１摺動面と、前記第３環状部材と摺動する第２摺動面との間に、前記第２環状部材及び前記第３環状部材と接触しない凹部が形成された、
   請求項７に記載の光学機器。
9. 光学要素を光軸方向に駆動するカム機構であって、
   案内溝を有する第１環と、
   前記案内溝と嵌合するカムフォロアと、
   前記カムフォロアが固定された第２環と、
   を備え、
   前記案内溝が、
   前記第１環の内周側に形成された内周側溝部と、
   前記第１環の外周側に、前記内周側溝部に対して溝幅方向にオフセットして形成された外周側溝部と、を有し、
   前記カムフォロアが、
   支柱と、
   前記支柱に回転可能に支持されたローラと、
   前記支柱に固定されたスライダと、を備え、
   前記ローラが、前記内周側溝部及び前記外周側溝部の一方の溝部の壁面と接触し、
   前記スライダが、前記内周側溝部及び前記外周側溝部の他方の溝部の壁面と接触し、
   前記カムフォロアが前記案内溝に嵌合する前の前記ローラの半径が、前記他方の溝部の中心軌跡から前記一方の溝部の壁面までの距離よりも大きい、
   カム機構。
10. 光学要素を光軸方向に駆動するカム機構であって、
    第１案内溝を有する第１環と、
    前記案内溝と交差する方向に延びる第２案内溝を有する第２環と、
    前記第１案内溝及び前記第２案内溝に嵌合するカムフォロアと、
    前記カムフォロアが固定された移動枠と、
    を備え、
    前記第１案内溝及び前記第２案内溝のそれぞれが、
    前記第１環の内周側に形成された内周側溝部と、
    前記第１環の外周側に、前記内周側溝部に対して溝幅方向にオフセットして形成された外周側溝部と、を有し、
    前記カムフォロアが、
    支柱と、
    前記支柱に回転可能に支持され、前記第１案内溝と接触する第１ローラと、
    前記支柱に回転可能に支持され、前記第２案内溝と接触する第２ローラと、
    前記支柱に固定されたスライダと、を備え、
    前記第１ローラが、前記第１案内溝の前記内周側溝部及び前記外周側溝部の一方の溝部の壁面と接触し、
    前記第２ローラが、前記第２案内溝の前記内周側溝部及び前記外周側溝部の一方の溝部の壁面と接触し、
    前記スライダが、
    前記第１案内溝の前記内周側溝部及び前記外周側溝部の他方の溝部の壁面、及び、
    前記第２案内溝の前記内周側溝部及び前記外周側溝部の他方の溝部の壁面、と接触し、
    前記カムフォロアが前記第１案内溝に嵌合する前の前記第１ローラの半径が、前記第１案内溝の他方の溝部の中心軌跡から前記第１案内溝の一方の溝部の壁面までの距離よりも大きく、
    前記カムフォロアが前記第２案内溝に嵌合する前の前記第２ローラの半径が、前記第２案内溝の他方の溝部の中心軌跡から前記第２案内溝の一方の溝部の壁面までの距離よりも大きい、
    カム機構。

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