JP4610319B2 - 駆動力伝達機構及び撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は回転力を出力する回転軸と該回転軸に結合される駆動力伝達部材とを有する駆動力伝達機構に関する。
モータ内にはステータに対向して回動自在に支持されたロータが内蔵されている。このロータには出力を引出すための出力軸としてロータ軸が固定される。ロータは例えば円柱状の永久磁石等の磁性体で形成されている。このロータの中心に穴部が形成されており、この穴部にロータ軸を嵌入してロータとロータ軸とが組付けられる。ここで穴部を小さめに形成しておきロータ軸を穴部に圧入して固定する構造や、穴部の内周面とロータ軸の外周面とを接着剤を用いて固定した構造などが一般に採用されている。しかし、このように圧入や接着剤によりロータ軸をロータに組付ける構造を採用すると、製造工程中に圧入処理や接着剤の塗布処理を含むので工程が複雑化する。
ところで、特許文献1は回転軸(カム軸)にこの回転軸と一体に回転する他の部材(スプロケット)を固着する構造について開示している。ここで提案する技術は、レーザ光を照射することにより回転軸と他の部材とを溶融固着して回転軸から他の部材が離脱しないようにしている。レーザ光により回転軸と他の部材とを溶融して固着することで、製造効率を高めることができる。
特開2000−181026号公報
特許文献1のように、回転軸とこの回転軸と一体に回転する部材とをレーザにより溶着すると、溶着部が変形して盛り上がるため、その盛り上がり部を避けるため溶着部周辺は他の部品が接近しないようにしていた。また、接着剤によるロータ軸とロータとの固着も接着剤が盛り上がるため同様な問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回転軸とこの回転軸と結合される駆動力伝達部材とを確実に組付けでき、製造工程も簡素化できる駆動力伝達機構を提供することを目的とする。
上記の目的は、回転駆動される回転軸と、前記回転軸に結合される駆動力伝達部材とを有し、前記回転軸と前記駆動力伝達部材とは樹脂により形成され、結合部を溶着して結合されており、前記駆動力伝達部材は、前記結合部から前記回転軸の半径方向へ延び、前記回転軸との結合時に溶融した樹脂が入り込む凹部を備えることによって達成できる。
本発明によると、溶融した樹脂が入り込む凹部を駆動力伝達部材に備えているので、回転軸と駆動力伝達部材とを確実に固着できる。更に、凹部に入り込んだ樹脂はロータの回転力を駆動力伝達部材に伝達する回転止めの機能も果たすので駆動力伝達部材を確実に回転できる。また、簡単な構造であるので製造工程を簡素化することもできる。
前記結合部は、レーザ光の照射により溶着して結合される構造とすることができる。また、前記回転軸は、永久磁石により形成されたロータの回転軸とすることができる。
また、上述のような構成の駆動力伝達機構を含む撮像装置は鮮明な画像を撮影でき、コスト低減を図ることもできる。
本発明によると、回転軸と駆動力伝達部材とを確実に組付けでき、製造工程も簡素化できる駆動力伝達機構及び撮像装置を提供できる。
以下、図面を参照して本発明に係る一実施形態を説明する。以下で示す実施例は撮像装置1について示している。撮像装置1には、セクタを駆動するために後述するステップモータ50が内蔵されている。このステップモータ50のロータ軸は、ロータに固定されている。ステップモータ50はロータにロータ軸が確実に固定されるので、セクタを精度よく駆動できる。また、ステップモータ50は工程を簡素化して製造できるのでコスト低減を図ることができる。このようなステップモータ50を内蔵する撮像装置1は低コストで鮮明な画像を撮影できる装置となる。
まず、撮像装置1の全体構成を説明する。図1は、撮像装置1の内部構成が確認できるように示した側面図である。撮像装置1は3つの主要なユニット部を含んで形成されている。すなわち、撮像装置1は撮像素子を含む撮像ユニット10、レンズを含む光学ユニット20及びセクタを駆動するセクタ駆動ユニット30を含んでいる。図1で図示されるように、撮像装置1は撮像ユニット10上に、光学ユニット20、セクタ駆動ユニット30が順に積層された構造である。各ユニットは、上下で互いに一部が重なるように配置される。なお、撮像ユニット10と光学ユニット20とを合せて撮像光学モジュールと称する。
撮像ユニット10は、撮像基板11、撮像素子12、鏡筒13、光学フィルタ14を含んでいる。撮像素子12はCCD、CMOS等のイメージセンサであり、撮像基板11上の所定位置に固定されている。鏡筒13は大略形状が円筒型であり、撮像素子12の外周を囲むようにして撮像基板11上に固定されている。この鏡筒13の下部分13L内にはIRカットフィルタ等の光学フィルタ14が配置されている。また、鏡筒13の上部分13Uは、後述するように光学ユニット20及びセクタ駆動ユニット30側の一部と係合している。また、本撮像装置1をカメラ、携帯電話等の電子機器と接続するためのFPC(Flexible Printed Circuit)17が、撮像基板11に形成した配線パターン(図示せず)に接続されている。また、FPC17には電子機器側のメイン回路基板(マザーボード)等との接続を行うためのコネクタ18が設けられている。
光学ユニット20の一部をなすレンズホルダ21が、上記鏡筒13の上部分13Uの内側に嵌合している。このレンズホルダ21内に3個のレンズ22、23、24が保持されている。レンズホルダ21の外周面と鏡筒13の上部分13Uの内周面には互いに螺合するネジが形成されている。よって、鏡筒13に対してレンズホルダ21を回転させることで光軸方向LAでの位置を変更し、レンズ22、23、24を介して入射する光が撮像素子12上に結像するようにピント調整できる。ピント調整が完了した後に、例えば接着剤を用いてレンズホルダ21が鏡筒13内に固定される。
また、レンズホルダ21の上端(被写体側の端部)には、外周を段状に切り欠いた切欠部25が形成されている。この切欠部25は光軸方向LAと垂直な環状面25Fを有している。後述するように、この環状面25Fにはセクタ駆動ユニット30のセクタ基板31が当接する。
光学ユニット20の上部にセクタ駆動ユニット30が配置されている。このセクタ駆動ユニット30は、一般にセクタ駆動装置或いはシャッタ装置と称される構成を含んでいる。撮像装置1では、セクタ駆動ユニット30が光学ユニット20よりも被写体側に配設されている。より詳細には、光学ユニット20のレンズホルダ21上に、セクタ駆動ユニット30に含まれているセクタ基板31の一部が固定される。このセクタ基板31と対向するようにセクタ押え板32が配置されている。セクタ基板31とセクタ押え板32との間の空間SP内に3枚のセクタ33、34、35が配設されている。
セクタ基板31は、レンズホルダ21に当接すると共に鏡筒13の上部分13Uの上側を覆うように形成されている円筒部37と、アクチュエータとしてのステップモータ50が設置されるモータ収納部39とを含んでいる。セクタ基板31にはシャッタ開口38が形成されている。セクタ基板31は、レンズホルダ21と上述した切欠部25で機械的に接続を取っている。セクタ基板31のシャッタ開口38の内周面がレンズホルダ21の外周面に切欠部25で当接し、固定される。セクタ基板31とレンズホルダ21との機械的接続を取ったことで、セクタ基板31とレンズホルダ21との光軸に直交する方向のずれを防止することができ、レンズ22、23、24の光軸と、シャッタ開口38の中心とのずれを防止することができる。
また、シャッタ開口38が形成されるセクタ基板31の部分は、光軸方向LAに対して垂直な平板状である。よって、切欠部25の環状面25Fとセクタ基板31の円筒部37が当接することで、セクタ基板31が光軸方向LAに対して垂直に固定される。
なお、レンズホルダ21側の切欠部25を断面が直角な段部に形成し、この切欠部25にちょうど嵌合するようにシャッタ開口38を形成しておけば、レンズホルダ21に対してセクタ基板31をさらに位置精度良く嵌合できる。
レンズホルダ21は前述したように鏡筒13内に固定されている。そして、このレンズホルダ21にセクタ基板31のシャッタ開口38が嵌合されている。よって、撮像装置1では光学ユニット20内のレンズ22〜24とセクタ駆動ユニット30との相対位置が変化することがない。したがって、撮像装置1はレンズ22〜24の画角や入射光量が変化しない撮像装置となる。なお、撮像装置1ではレンズホルダ21にセクタ基板31のシャッタ開口38が嵌合しているので実質的に撮影用の開口として機能していない。撮像装置1では、セクタ押え板32に形成した開口32HLが先に指摘した撮影用の開口に相当することになる。
また、セクタ基板31の円筒部37と鏡筒13の上部分13Uとの間には、位置決め構造が形成されている。この点については図2を参照して説明する。図2は、セクタ基板31の円筒部37と鏡筒13の上部分13Uとの係合関係を説明するために示した図である。この図では、特に円筒部37の内面と鏡筒13の上部分13Uに形成した凸部13Uaとの関係を図示している。鏡筒13の上部分13Uの外周面には半径方向へ突出させた凸部13Uaが形成されている。この凸部13Uaは光軸方向LAへ所定長さをもって延在している。図2では1個を示しているが、鏡筒13の上部分13Uは管状であるので外周面上に複数配置してもよい。これに対応して、セクタ基板31の円筒部37に上記凸部13Uaと係合する凹部37aが形成される。よって、撮像基板11に固定されている鏡筒13に対して、セクタ駆動ユニット30のセクタ基板31をレンズ22〜24の光軸回りに回転しないように位置決めできる。
図2に示した例では、鏡筒13の上部分13Uに凸部、セクタ基板31の円筒部37に凹部を形成した例をしているが、凸部と凹部との配置をこれとは逆にしてもよい。要するに、鏡筒13側とセクタ基板31の円筒部37側とに互いに係合する係合部が形成されており、この係合部により円筒部37のレンズ22〜24の光軸回りの位置が規制できればよい。なお、円筒部37は鏡筒13の上部分13Uにちょうど嵌合すように内面が形成されている。
上記のように鏡筒13側の凸部13Uaに対してセクタ基板31側の円筒部37の凹部37aを位置決めした後に、係合部分に接着剤を塗布することで鏡筒13に対してセクタ基板31を位置精度良く固定できる。また、このような構造は図1によって確認できるように、鏡筒13の上部分13Uをセクタ基板31の円筒部37で覆う形態となる。セクタ基板31の円筒部37は、鏡筒13から所定の間隔だけ離間して配置している。よって、撮像装置1は側部から鏡筒13内に不要な光が侵入するのを防止できる構造を備えることになる。
また、セクタ基板31の側部にはステップモータ50の電極を撮像基板11に接続するためのプリント基板40が接合されている。このプリント基板はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の基材で形成した硬質のプリント板である。このプリント基板40は半田41により撮像基板11と電気的に接続されると共に、撮像基板11に対して撮像基板11をほぼ直角に固定する。よって、セクタ駆動ユニット30は撮像基板11に対して電気的に接続されると共に、硬質のプリント基板40を介して撮像基板11により確実に支持される。さらに、前述したようにセクタ駆動ユニット30は円筒部37側が鏡筒13を介して撮像基板11に固定されている。このようにセクタ駆動ユニット30が撮像基板11によりが安定的に支持されるので、撮像装置1は耐衝撃性に優れ内部での負荷発生を軽減できる構造となる。
また、撮像装置1は上記のようにプリント基板40が撮像基板11に接続されているので、撮像基板11側からステップモータ50の制御を行うことが可能となっている。このような構造を採用すると、本来、セクタ駆動ユニット30側に配置すべきモータ用の電子部品等を撮像基板11側に配置することが可能となる。このように、撮像装置1は撮像基板11側にスペースがあるときには、そのスペースを活用することで装置全体としての小型化が図られている。このような小型化の工夫は撮像装置1内に限るものではない。例えば、セクタを駆動制御するセクタ駆動用IC(制御回路素子)は外形が比較的大きいので、電子機器側のマザーボード側に搭載すると大型化する。本撮像装置1はスペースを活用してこのセクタ駆動用IC15を撮像基板11上に配置している。よって、撮像装置1を採用する電子機器側の小型化を図ることができる。
撮像装置1では、セクタ駆動用IC15を撮像基板11側に配置しても大型化しないように工夫されている。この点ついて説明する。図1に示すように、鏡筒13とレンズホルダ21とが積層される右側部分は相対的に高くなる。これに対して、モータ収納部39に対向する撮像基板11上には空間的な余裕がある。このスペースにセクタ駆動用IC15を配置している。よって、撮像装置1はセクタ駆動ユニット30に用いる部品を撮像基板11側に移動したことで大型化することはなく、スペースを有効活用することで装置全体として小型化できる。
また、前述したように撮像基板11には電子機器との接続用にFPC17が接続されており、このFPC17には電子機器側の回路基板(マザーボード等)と接続するためのコネクタ18が設けられている。よって、このコネクタ18を電子機器のマザーボード等に接続するだけで撮像ユニット10及びセクタ駆動ユニット30を制御できる。
図3は、図1で示すセクタ基板31とセクタ押え板32との空間SP内に配備されている3枚のセクタ33、34、35及びセクタ押え板32、並びに3枚のセクタを揺動させるステップモータ50を示した斜視図である。なお、ステップモータ50は、図示を簡略化して内部のロータ51と、このロータ51に固定される回転軸としてのロータ軸52とを示している。ロータ軸52には駆動力伝達部材であるアーム部54を備えた作動ピン55が固定されている。ロータ軸52及びアーム部54は樹脂材で形成されている。また、アーム部54及び作動ピン55とを樹脂材で一体に形成してもよい。各セクタ33、34、35はセクタ基板31に形成されている支軸(図示せず)に嵌合する軸受け穴33RL、34RL、35RLを有しており、支軸を中心に揺動する。また、各セクタ33、34、35にはカム穴33CA、34CA、35CAが形成されており、このカム穴の全てにロータ軸52と一体に回動する上記作動ピン55が係合する。よって、ステップモータ50の回転動作により作動ピン55が所定範囲を移動すると、カム穴の形状に基づいて各セクタ33,34,35が所定軌跡を描いて揺動する。
なお、セクタ33は小絞り穴33HLを備えた小絞り羽根である。セクタ34は、セクタ33、35の衝突を防止するため間に配置されている。このセクタ34は、セクタ33、35の両方に常に接触して防止するように設計されている。セクタ34には、シャッタ開口38の周辺に存在しても撮像時の障害とならぬ様に大径の開口34HLを有している。また、セクタ35はシャッタ羽根である。このセクタ35は軽量化のための開口35HLが形成されている。セクタ押え板32には、作動ピン55を受ける円弧状の開口32ALと、セクタ基板31のシャッタ開口38に対応する位置に形成されている撮影用の開口32HLとを有している。
図4は、図3で示しているロータ51の周辺構造を確認し易いように拡大した図である。ロータ51は、例えば円柱形状に形成された永久磁石である。中心部分には貫通穴が予め設けられており、ロータ51とロータ軸52とはインサート成形により一体に形成されている。なお、作動ピン55及びアーム部54は樹脂材によって一体成形されている。ロータ軸52は、先端部52Tが貫通穴より反対側に突出するように形成されている。
ロータ軸52の先端部52Tが突出している側と逆側の先端部には、アーム部54が挿入されている。ロータ軸52が挿入される貫通穴に隣接して凹部53が形成されている。この凹部53は貫通穴と連続し、ロータ軸57の半径方向へ延在している。このような凹部53を備えたアーム部54は、従来の金型に簡単な変更を加えて上記凹部53を設けるための凸部を金型に形成することで簡単に製造できる。
図4で示すように、製造工程でアーム部54と当接しているロータ軸52にレーザ光を照射する処理を施すとロータ軸の一部(すなわち樹脂材)及び当接しているアーム部54が溶融する。溶融した樹脂材は凹部53に流れ込んで滞留して固化する。このように凹部53に流れ込んだ樹脂は、ロータ軸52の側部から突出した突出部52Pとなって一体化する。このとき突出部52Pは凹部の形状に対応した形状となる。突出部52Pは、レーザ光の出力と照射時間を調整して、所望の大きさに調整すればよい。突出部52Pが凹部53内に完全に収納されている状態としてもよいし、突出部52Pの一部が凹部53内に収納されている状態としてもよい。
図4で示しているロータ軸52とアーム部54との駆動力伝達機構は、ロータ軸52の側部に形成される突出部52Pが、凹部53内にちょうど嵌合した状態となるのでロータ51とロータ軸52とが確実に位置決めされる。しかも突出部52Pは、ロータ51の半径方向へ突出しているので回転止めとしての働きを兼ね、ロータ軸52の回転力を確実にアーム部54に伝達できる。また、一般にレーザ光で樹脂材を溶融する場合には、溶融した樹脂等が周辺を汚染しないように配慮する必要があるが、図4で示した構造では凹部53が溶融した樹脂材の受け部として機能するので周辺を汚染する心配もない。
以上説明した構造を備えるステップモータ50はロータ軸52とアーム部54とを確実に固着できる。また、ステップモータ50はロータ軸52の一部を溶融して突出部52Pを形成するだけで、ロータ軸52とアーム部54との回転止めを簡単に行えるので従来と比較して製造工程を簡素化できる。よって、ステップモータ50はコスト低減を図ることができる。このようなステップモータ50を採用する撮像装置1は、鮮明な画像が撮影できると共にコスト低減を図ることができる。
再度、図1を参照して撮像装置1の製造方法をまとめて説明する。撮像ユニット10の撮像基板11の所定位置に撮像素子12を搭載する。光学フィルタ14を下部分13L内に接着して、鏡筒13を撮像基板11に固定する。これで撮像ユニット10に相当する部分が完成する。3枚のレンズを保持するレンズホルダ21を鏡筒13に螺合してピント調整を行い、ピント調整後に螺合部分に接着剤を塗布して固定する。ここまでで撮像ユニット10上に光学ユニット20が固定された構造が完成して撮像光学モジュールとなる。
各セクタ33、34、35をセクタ基板31とセクタ押え板32との間に挟持して、セクタ基板31とセクタ押え板32を固定する。セクタ基板31のモータ収納部39に前述したステップモータ50を収納する。そして、セクタ基板31の一端にモータ用のプリント基板40を接合する。これで、セクタ駆動ユニット30側の準備が完了する。この後にセクタ駆動ユニット30を撮像光学モジュール上に固定する。
詳述すると、鏡筒13の凸部13Uaに円筒部37の凹部37aを嵌合する共に、シャッタ開口38をレンズホルダ21の切欠部25と嵌合する。このように複数箇所で位置合せが行われるので、セクタ駆動ユニット30が撮像光学モジュール上に精度良く配備される。鏡筒13の凸部13Uaと円筒部37の凹部37aの嵌合部分に接着剤を塗布して固定する。最後にセクタ基板31に接合されているプリント基板40と撮像ユニット10の撮像基板11とを半田付けすることで耐衝撃性の優れた撮像装置1が完成する。
図5はセクタが全開状態であるときの撮像装置1を示した図であり、図6はセクタが小絞り状態であるときの撮像装置1を示した図である。この図5及び図6では、(A)でセクタ押え板32側から見た平面図を示している。また、(B)は(A)のX−X線での断面図である。なお、(B)ではセクタ押え板32の開口32HLに対向する位置に来て各状態を形成する主なセクタのみを図示している。
図5で示す全開状態では、ステップモータ50によって移動される作動ピン55がセクタ押え板32の円弧状開口32ALの右端に来る。このときには、セクタ33、35が開口32HLから退避した位置にあり、間に配置されているセクタ34が開口32HLに対向する位置にある。セクタ34は大きな開口34HLを有しているので全開状態を支障なく形成できる(図3参照)。
また、図6で示す小絞り状態では、ステップモータによって移動される作動ピン55がセクタ押え板32の円弧状開口32ALの左端に来る。このときには、セクタ35が開口32HLから退避した位置にあり、小絞り穴を有するセクタ33とセクタ34とが開口32HLに対向する位置にある(図3参照)。図6(B)では、セクタ33のみを図示している。なお、図示を省略するが、作動ピン55がセクタ押え板32の円弧状開口32ALの略中央に来たときに全閉状態が形成され、全てのセクタが開口32HLに対向する位置にある。
撮像装置1では、図5に示す全開状態で通常の撮影を行うことができる。また、図6に示す小絞り状態にするとマクロ撮影を行うことができる。開口が小絞り状態になると被写界深度が深くなるので、レンズを移動させることなくマクロ撮影を行うことができる。
図7に上述した撮像装置1を携帯電話に搭載した構成を示す。撮像装置1を携帯電話等の電子機器に搭載する場合には、撮像装置1をカバー部材で覆い、耐衝撃性を強化するとよい。
上述したように撮像装置1は、セクタ基板31のシャッタ開口38と、レンズホルダ21の外周とを接続したのでセクタ基板31とレンズホルダ21との光軸に直交する方向のずれを防止することができる。
また、レンズホルダ21にセクタ基板31を当接するので、レンズと撮影用の開口との距離が一定に維持される。よって、レンズ22〜24よりも被写体側にセクタ駆動ユニットを設けてもレンズ22〜24の画角や入射光量が変化しない撮像装置となる。また、撮像装置1はレンズホルダ21の上面(被写体側)をセクタ基板31で押える状態となるので、鏡筒13とレンズホルダ21とを螺合したことに起因してレンズホルダ21が傾斜するのを防止することもできる。
また、セクタ基板31の円筒部37が鏡筒13と係合するので、セクタ基板31を介してセクタ駆動ユニットを撮像光学ユニット上に光軸回りに精度よく配置できる。また、円筒部37が鏡筒13の上部を覆うので、不必要な光の入射を遮断できる。前述した構成の撮像装置1をカメラや携帯電話等の電子機器の撮像部に採用すると、小型で鮮明な撮影画像を得ることができる。
また、上記実施例ではレンズホルダ21の外周に光軸方向LAに対して直交する環状面Fを有する切欠部25を設けたがこれに限るものではない。レンズと撮影用の開口との距離を一定に維持できるように形成されていればよい。
また、図4で示したロータ軸52とアーム部54との組付け構造は、レーザ光以外の加熱装置で溶融してもよい。
以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
撮像装置の内部構成が確認できるように示した側面図である。 セクタ基板の円筒部と鏡筒の上部分との係合関係を説明するために示した図である。 セクタ基板とセクタ押え板との空間内に配備されている3枚のセクタ及びセクタ押え板、並びに3枚のセクタを揺動させるステップモータを示した斜視図である。 図3で示しているロータの周辺構造を拡大して示した図である。 セクタが全開状態であるときの撮像装置を示した図である。 セクタが小絞り状態であるときの撮像装置を示した図である。 携帯電話に搭載した撮像装置を示す図である。
符号の説明
1 撮像装置
10 撮像ユニット
11 撮像基板
12 撮像素子
13 鏡筒
13Ua 凸部
17 FPC
18 コネクタ
20 光学ユニット
21 レンズホルダ
25 切欠部
30 セクタ駆動ユニット
31 セクタ基板
31U 頭部
31L 脚部
31PR 当接部
32 セクタ押え板
33、34、35 セクタ
37 円筒部
37a 凹部
38 シャッタ開口
39 モータ収納部
40 プリント基板
41 半田
50 ステップモータ
51 ロータ
52 回転軸(ロータ軸)
52P 突出部
53 凹部
54 駆動力伝達部材(アーム部)
55 作動ピン
LA 光軸方向

Claims (3)

  1. 回転駆動される回転軸と、
    前記回転軸に結合される駆動力伝達部材とを有し、
    前記回転軸と前記駆動力伝達部材とは樹脂により形成され、レーザ光の照射により溶着して結合されており、
    前記駆動力伝達部材は、前記回転軸の半径方向へ延びており、前記回転軸との結合時に溶融した樹脂が入り込む凹部を有し、前記回転軸から離間した位置に作動ピンを有し、
    前記凹部は、前記回転軸を挟んで前記作動ピンとは逆側に位置し、
    前記回転軸の一部と前記駆動力伝達部材の一部との双方が溶融したものが凝固して前記回転軸と前記駆動力伝達部材とは結合されていることを特徴とする駆動力伝達機構。
  2. 前記回転軸は、永久磁石により形成されたロータの回転軸であることを特徴とする請求項1に記載の駆動力伝達機構。
  3. 請求項1又は2に記載の駆動力伝達機構を含むこと特徴とする撮像装置。
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