JP5358824B2

JP5358824B2 - 円環状モータ

Info

Publication number: JP5358824B2
Application number: JP2009010611A
Authority: JP
Inventors: 裕一黒澤; 宏明鈴木
Original assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Current assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: US8310773B2; US20110007408A1; JP2010172076A

Description

本発明はカメラのレンズに内蔵してレンズ機構を駆動するために用いて好適な円環状モータに関するものである。

レンズ交換型カメラのレンズのレンズ機構を自動的に駆動するための駆動源としてステータとロータをそれぞれ円環状に形成してロータが円周方向に回転駆動される円環状モータが用いられている。この種のモータとして、超音波モータやブラシレスモータ等が提案されており、例えば特許文献１では表面波モータが用いられている。この表面波モータでは、円環状をしたステータの外周側に円環状をしたロータを配設し、ベアリングによってステータ回りにロータを回転可能に支持している。また、加圧部材によってロータをステータに光軸方向に加圧摩擦接触させている。この構成により、ステータに生じる表面波によってロータが回転駆動され、ロータに連結されているレンズ機構を駆動することが可能とされている。

特開平１０−３１９２９８号公報

ところで、この種の円環状モータではステータにロータを回転可能に支持する一方で、ロータの円滑な回転を確保するためにステータに対してロータを安定に支持させる必要がある。特許文献１のモータは表面波モータであり、ステータとロータとを光軸方向、すなわちスラスト方向（回転軸方向）に接触させているので、ラジアル方向（半径方向）に位置拘束しながら回転可能に支持するための１つのベアリングを用いるだけでも、当該ベアリングの部位と、両者の接触部位の２点で支持することになり、安定な支持が可能になる。これは超音波モータにおいても勿論同じである。

しかし、円環状ブラシレスモータのようにロータとステータとが非接触な構成の円環状モータにおいては、ロータの安定の回転を確保するためにはロータをスラスト方向とラジアル方向の両方向について位置拘束した状態で回転可能に支持する必要があり、そのためにはロータを少なくとも光軸方向の２箇所においてラジアル方向に位置拘束するベアリングで支持する必要がある。一般にはステータを光軸方向に挟む２箇所にそれぞれボールベアリングを設け、これらのベアリングによってロータを支持することにより、ロータが偏心することなく安定かつ円滑な回転を確保している。そのため、円環状モータにはこれら２つのベアリングを配設するための配設スペースを確保する必要があり、この配設スペースによって円環状モータの光軸方向及び半径方向の小型化を図ることが難しく、この種モータを内蔵するレンズの小型化を図る上での障害になっている。

本発明の目的は、ベアリングの配設スペースを低減して小型化を図り、モータを内蔵するレンズの小型化を実現することを可能にした円環状モータを提供するものである。

円環状をしたステータと、ステータに沿って回転する円環状をしたロータと、ロータをステータに回転可能に支持するベアリングとを備える円環状モータであって、ベアリングは１つの４接点単列アンギュラ玉軸受で構成されることを特徴とする。また、ベアリングのボールはステータの内周面よりも外径位置でステータに対しモータ軸方向に隣接する位置に配列される。

本発明において、ベアリングは同じ円周上に配列された複数のボールを備え、各ボールに対しステータとロータとがそれぞれ２点において接した状態でボールを挟持するボールベアリングとして構成することが好ましい。この場合、ステータには台形の凹溝が形成され、この凹溝の両テーパ側面においてボールに２点で接し、ロータには対向配置された２つのテーパ面を備え、これらテーパ面においてボールに２点で接する構成とする。

さらに、本発明においては、ロータはステータに対して相対回転するロータヨークに固定されたロータ筒と、このロータ筒に対して円周面に形成されたネジにより螺合されるロックワッシャを備え、ロータ筒には２つのテーパ面の一方のテーパ面が形成され、ロックワッシャには他方のテーパ面が形成され、ロックワッシャをロータ筒に取着したときに当該他方のテーパ面でボールを押圧し、一方のテーパ面及びステータの凹溝の両テーパ側面に当接させる構成とする。この場合、一方のテーパ面と凹溝の一方のテーパ側面、及び他方のテーパ面と凹溝の他方のテーパ側面はそれぞれボールを挟んで当該ボールの径方向に対向配置され、かつこれらの対向方向は互いにほぼ直交する方向とすることが好ましい。

本発明の円環状モータは次の（１）〜（３）の形態とすることが好ましい。
（１）ロータはステータの周囲を回転するアウターロータタイプのブラシレスモータとする。
（２）モータにより駆動される被駆動部材をロックワッシャに連結させる。
（３）モータはカメラのレンズに内蔵してレンズ枠を駆動するためのモータとして構成する。
特に、（２）においては、ロックワッシャの一部をモータの外周側に配設してモータの外周側に存在する被駆動部材を回転駆動するのみならず、ロックワッシャの一部をモータの内周側にまで延設してモータの内周側に存在する被駆動部材を回転駆動する構成が可能になる。後者の構成は既存の中空ブラシレスモータとの置き換えが容易である。

本発明の円環状モータは、４接点単列アンギュラ玉軸受として構成された１つのボールベアリングによってロータをラジアル方向とスラスト方向の両方向に位置拘束した状態でステータに対して回転可能に支持しているので、２つのベアリングを配設する必要はなく、ベアリングの配設スペースを低減し、円環状モータの特にスラスト方向及びラジアル方向の小型化を図ることが可能になる。また、ロータ筒とロックワッシャの円周面に形成されたネジを利用してロックワッシャをロータ筒に螺合させて一体化しているので、ロックワッシャを軸回りに回転させて螺合することによって軸方向の螺合位置を調整することができる。

本発明の円環状モータは、ボールベアリングのボールはステータの内周面よりも外径位置でかつステータとはモータの軸方向に隣接する位置に配置されているので、モータの軸方向にボールベアリングを配設するためのスペースが必要とされるが２つのボールベアリングを配設する場合よりも軸方向の寸法は短くでき、また円環状モータの内径寸法を所要の寸法に確保した場合でも円環状モータの外形寸法が大きくなることはなく、円環状モータの外径寸法の増大を防止し、小型化を図ることができる。

本発明の円環状モータの一部を破断した外観斜視図である。図１のII−II線断面図である。ベアリングの部分分解破断斜視図である。実施例１の断面図である。実施例２の断面図である。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の円環状モータの一部を破断した斜視図であり、図２は図１のII−II線断面図である。この円環状モータは、いわゆるアウターロータタイプのブラシレスモータとして構成されており、内径側に配置されたステータ１の外側でロータ２が回転するようになっている。ステータ１は円周方向に所要のピッチ間隔で配置されて半径方向に突出した複数の突部を有する円環花弁状をした複数の金属板を板厚方向に積層したステータコア１１を有しており、このステータコア１の各突部１１ａを板厚方向に囲むように導線を巻回したコイル１２が構成されている。これらのコイル１２に直流電流を通流することで、通流方向によって各突部はＮ極、又はＳ極に励磁されることになる。また、前記ステータコア１１の表面及び裏面の円周複数箇所にはそれぞれ板厚方向に向けた貫通穴にロッド状のステータコア支持柱１３が内挿されており、このステータコア支持柱１３の表面側端面に締結したネジ１４ａによりステータコア１１をステータ筒１５に固定支持している。また、裏面側端面に締結したネジ１４ｂにより小径円筒状のスペーサ１６を介して円環状をした回路基板３を固定支持している。この回路基板３には前記コイル１２に接続する配線が形成されているとともに、ロータ２の回転位置を検出するための３つのホール素子からなるホールセンサ３１が円周方向に並んで搭載されている。この回路基板３は図には表れない電源及びモータの制御回路が実装されているか、又は別体の電源、及び制御回路に電気接続されている。

前記ステータコア１１の外周に配置されたロータ２は前記ステータコア１１よりも大径の円筒状をしたロータヨーク２１と、このロータヨーク２１の内周面に一体的に設けられたロータマグネット２２を有している。このロータマグネット２２は円筒状をした磁性体で構成され、この磁性体を前記ステータコア１１の突部１１ａに対応したピッチ間隔で円周方向に交互にＮ極、Ｓ極に着磁している。あるいは、このロータマグネット２２は、それぞれ独立した複数のマグネットをＮ極とＳ極が交互に配置されるようにしてロータヨーク２１の内周面に接着する等によって一体化した構成としてもよい。このロータマグネット２２は前記回路基板３に向けられた側の端部が前記ホールセンサ３１に近接して配置されており、磁極によってホールセンサ３１をスイッチ動作させるようになっている。また、前記ロータヨーク２１は回路基板３と反対側の端部に内径に向けたフランジ２１ａを有しており、このフランジ２１ａにおいて軸長の短いロータ筒２３にビス２４で固定されている。

前記ロータ筒２３は前記ステータコア１１を固定しているステータ筒１５に対して円周方向に、すなわちモータの軸回りに回転可能にボールベアリング４で支持されている。このボールベアリング４は、ここでは４接点単列アンギュラ玉軸受と称する構成となっている。図３はボールベアリング４の部分分解斜視図であり、ステータ筒１５とロータ筒２３の各先端部は半径方向に微小間隙をおいて対向配置されており、この微小間隙には円環帯状をしたリテーナ４１が介挿されている。このリテーナ４１は円周方向の複数箇所において反対端部側に凹設したボール支持溝４１ａが形成されており、このボール支持溝４１ａにボール４２を支持している。これにより複数のボール４２はリテーナ４１に沿って円周方向に単列に配列されていることになる。また、これらのボール４２は前記ステータ筒１５の内周面よりも外径位置で、しかもステータコア１１に対してはモータの軸方向に隣接する位置に配列される。そして、このボール４２に対向する前記ステータ筒１５の先端側外周面には断面が台形をした凹溝１５１が形成され、この凹溝１５１の両テーパ側面１５１ａ，１５１ｂのそれぞれにおいて前記ボール４２の球面の２点に当接されている。また、この凹溝１５１に対向するロータ筒２３の内周面には内側テーパ面２３ａが形成され、この内側テーパ面２３ａは前記ボール４２の球面の他の１点に当接されている。さらに、前記ロータ筒２３の内周面に形成された雌ネジ２３１にはロックワッシャ２５が外周面の雄ネジ２５１によって一体的に螺合されており、このロックワッシャ２５の内周面には外側テーパ面２５ａが形成され、この外側テーパ面２５ａは前記内側テーパ面２３ａの反対側において前記ボール４２の球面の異なる他の１点に当接されている。

このように、このボールベアリング４においては、ボール４２はステータ筒１５に設けた凹溝１５１の両テーパ側面１５１ａ，１５１ｂと、ロータ筒２３の内側テーパ面２３ａとロックワッシャ２５の外側テーパ面２５ａの４つの面によって球面のそれぞれ異なる４点で当接され、これら４つの点において各テーパ側面１５１ａ，１５１ｂと各テーパ面２３ａ，２５ａで挟持された構成となっている。すなわち、ロックワッシャ２５をロータ筒２３に締結したときに外側テーパ面２５ａから締結力に伴う押圧力がボール４２に加えられると、ボール４２は凹溝１５１の両テーパ側面１５１ａ，１５１ｂとロータ筒２３の内側テーパ面２３ａに当接され、これら４つの面によって挟持される。ここでは、前記内側テーパ面２３ａと前記凹溝１５１の一方のテーパ側面１５１ａとはボール４２を径方向に挟むように対向配置され、前記外側テーパ面２５ａと前記凹溝１５１の他方のテーパ側面１５１ｂとはボール４２を径方向に挟みように対向配置され、さらにこれらテーパ側面とテーパ面の対向方向は互いにほぼ直交する方向とされ、しかも円環状モータのラジアル方向（半径方向）とスラスト方向（回転軸方向）に対して異なる方向に傾斜されている。これにより、前記ボール４２はステータ筒１５とロータ筒２３とロックワッシャ２５によってラジアル方向とスラスト方向の両方向に拘束された状態で挟持される。このことは換言すれば、ロータ２はステータ１に対してラジアル方向とスラスト方向に位置拘束された状態で回転可能な構成とされ、安定に支持されることになる。

この円環状モータは、公知のブラシレスモータと同じ原理によってステータ１に対してロータ２が回転駆動されるものである。簡単に説明すれば、ステータコア１１に設けた複数のコイル１２に通流する電流の向きを制御することでステータコア１１の突部１１ａにおいてＮ極、Ｓ極を円周方向に等配した状態で励磁させる。これにより、ロータコア２１に設けて着磁されているロータマグネット２２との間に反発力や吸引力が発生し、これらの力でロータコア２１が小角度、すなわちステータコア１１の突部１１ａのピッチ間隔に相当する角度だけ回転する。次いで、ステータコア１１のコイル１２に通流する電流の向きを切り替えことでステータコア１１における励磁のＮ極とＳ極が反転されるため、ロータマグネット２２との間の反発力と吸引力も反転し、ロータコア２１がさらに小角度回転する。この作用を継続することで、ロータコア２１が一方向に継続して回転されることになる。ステータコア１１のコイル１２に通流する電流の向きは、ホールセンサ３１でロータマグネット２２の回転位置を検出することにより、この検出と同期して各コイル１２に通流する電流の向きを適切に制御する。

また、この円環状モータは、４接点単列アンギュラ玉軸受として構成された１つのボールベアリング４によってロータ２をラジアル方向とスラスト方向の両方向に位置拘束した状態でステータ１の周囲で回転可能に支持しているので、ロータ２が偏心することなく安定かつ円滑な回転が確保される。そのため、円環状モータには２つのベアリングを配設する必要はなく、ベアリングの配設スペースを低減し、円環状モータのスラスト方向及びラジアル方向の小型化を図ることが可能になる。また、ボールベアリング４のボール４２はステータ１の内周面、ここではステータ筒１５の内周面よりも外径位置でかつステータ筒１５とはモータの軸方向に隣接する位置に配置されているので、モータの軸方向にボールベアリング４を配設するためのスペースが必要とされるが２つのボールベアリングを配設する場合よりも軸方向の寸法は短くでき、また円環状モータの内径寸法を所要の寸法に確保した場合でも円環状モータの外形寸法が大きくなることはない。これより、円環状モータの外径寸法の増大を防止し、小型化を図ることができる。

図４は本発明にかかる円環状モータを一眼レフカメラの交換レンズに適用した実施例１の概略断面図である。レンズ鏡筒の固定筒５のうち、内固定筒５１内にはレンズＬを支持したレンズ枠６が光軸方向に移動可能に内装される。また、前記内固定筒５１と、この内固定筒５１に対して径方向に微小間隙をおいて配設された前記固定筒５の外固定筒５２との間隙内にはカム筒７が内挿されており、レンズ鏡筒の筒軸回り、すなわちレンズ光軸回りに回転可能とされている。前記カム筒７の先端には切欠７１が設けられ、また、円周面には所要形状をしたカム溝７２が形成されている。このカム溝７２に対応して前記内固定筒５１には光軸方向に延びるガイド溝５１１が形成されており、前記レンズ枠６の円周一部に設けた半径方向に突出するカムロッド６１が前記内固定筒５１のガイド溝５１１を貫通して前記カム筒７のカム溝７２に内挿かつ係合されている。

そして、前記した円環状モータはステータ筒１５が前記外固定筒５２の外周面に固定されている。また、前記円環状モータのロックワッシャ２５の一部から内径方向に係合ピン２５１が突出され、前記カム筒７の切欠７１に円周方向に係合され、ロックワッシャ２５と一体的にカム筒７が回転されるようになっている。

実施例１のレンズ鏡筒では、円環状モータが駆動されてロータ２が回転されると、これと一体のロータ筒２３、及びこれに螺合されているロックワッシャ２５が回転される。ロックワッシャ２５の回転は係合ピン２５１を介してカム筒７に伝えられ、カム筒７が内固定筒５１の外周面に沿って回転される。これにより、カム溝７２に係合しているカムロッド６１が内固定筒５１のガイド溝５１１に案内されながらカム溝７２の形状にしたがって光軸方向に移動され、これと一体のレンズ枠６、すなわちレンズＬが光軸方向に移動される。これにより、レンズ鏡筒におけるズーミングあるいはフォーカシングが行われる。

この実施例１において、円環状モータは１つのボールベアリング４で構成されているが、前述のように４接点単列アンギュラ玉軸受として構成されているので、ステータ１に対してロータ２を安定に支持し、ロータ２の安定な回転が可能になる。また、２つのボールベアリングを必要とするモータに比較して軸方向及び径方向の寸法を縮小した小型のモータとしてレンズ鏡筒に内蔵するので、レンズ鏡筒の小型化に有利になる。特に、ボールベアリング４はステータ筒１５の内周面よりも外径側の位置に配置されているので、ステータ１の内径寸法をボールベアリング４によって縮小させることはない。また、一方でボールベアリング４はステータコア１１に軸方向に隣接する位置に配置しているので円環状モータの外径寸法を拡大することはない。このことは、所要の内径を確保する場合でもボールベアリング４によって円環状モータ、すなわちレンズ鏡筒の外径寸法が増大されることがないことを意味している。これにより、レンズ鏡筒の外径寸法の増大を抑制し、小径なレンズ鏡筒を実現することが可能になる。

図５は実施例１の変形例としての実施例２の断面図である。実施例１の図４と同一部分には同一符号を付してあり、これらについての説明は省略する。実施例２では、ロックワッシャ２５をカム筒７に一体に形成したものである。すなわち、カム筒７の先端部に外フランジ７３を一体に形成し、この外フランジ７３の外縁部にロックワッシャ２５を一体化している。ここでは両者を一体に形成しているが、例えば、外フランジ７３とロックワッシャ２５のそれぞれに互いに螺合するネジを形成して両者を一体化するようにしてもよい。この構成によれば、円環状モータが回転してロックワッシャ２５が回転すると、これと一体にカム筒７が回転され、実施例１と同様にレンズＬが光軸方向に移動されることは言うまでもない。

実施例２では、レンズ鏡筒内に円環状モータを内装する際に、円環状モータにロックワッシャ２５を取着すれば、これと同時にカム筒７をレンズ鏡筒内に内装することが可能になる。また、ロックワッシャ２５とカム筒７を連結するために実施例１のような係合ピンや切欠は不要であり、構成部品数を削減できる。また、レンズ鏡筒の小型化を図ることができることは実施例１と同じである。

なお、ロックワッシャ２５の回転を減速又は増速してカム筒７に伝達するようにしてもよい。例えば、図示は省略するがロックワッシャ２５の内周面に内歯車を形成し、またロックワッシャ２５の内径位置において内固定筒５１の外周面に太陽歯車としての外歯を形成し、これら内歯車と太陽歯車の間に１つ又は複数の遊星歯車を噛合させ、この遊星歯車の回転軸をカム筒７に支持した構成とする。

円環状モータが回転してロックワッシャ２５が回転すると、遊星歯車が自転しながら円周方向に公転されるので、いわゆる遊星歯車機構によってカム筒７が回転され、実施例１，２と同様にレンズＬが光軸方向に移動される。

実施の形態では本発明をアウターロータタイプの円環状モータに適用しているが、ロータがステータの内径側に配置されるインナーロータタイプの円環状モータにおいても本発明を同様に適用することが可能であり、このインナーロータタイプに適用した場合でも円環状モータにおけるベアリングの配設スペースを低減し、円環状モータの小型化を図ることができる。

本発明は円環状モータを駆動源とする各種機器において、小型化を図った機器に利用可能である。

１ステータ
２ロータ
３回路基板
４ボールベアリング
５固定筒
６レンズ枠
７カム筒
１１ステータコア
１２コイル
１５ステータ筒
２１ロータコア
２２ロータマグネット
２３ロータ筒
２３ａ内側テーパ面
２５ロックワッシャ
２５ａ外側テーパ面
１５１凹溝
１５１ａ，１５１ｂテーパ側面
Ｌレンズ

Claims

円環状をしたステータと、前記ステータに沿って回転する円環状をしたロータと、前記ロータを前記ステータに回転可能に支持するベアリングとを備える円環状モータであって、前記ベアリングは１つの４接点単列アンギュラ玉軸受で構成されており、前記ステータには台形の凹溝が形成され、この凹溝の両テーパ側面において前記ボールに２点で接し、前記ロータには対向配置された２つのテーパ面を備え、これらテーパ面において前記ボールに２点で接しており、前記ロータは前記ステータに対して相対回転するロータヨークに固定されたロータ筒と、このロータ筒に対して円周面に形成されたネジにより螺合されるロックワッシャを備え、前記ロータ筒には前記２つのテーパ面の一方のテーパ面が形成され、前記ロックワッシャには他方のテーパ面が形成され、前記ロックワッシャを前記ロータ筒に取着したときに当該他方のテーパ面で前記ボールを押圧し、前記一方のテーパ面及び前記ステータの凹溝の両テーパ側面に当接させることを特徴とする円環状モータ。
前記ロータは前記ステータの外周囲を回転するアウターロータタイプのブラシレスモータであることを特徴とする請求項１に記載の円環状モータ。
前記モータにより駆動される被駆動部材を前記ロックワッシャに連結させていることを特徴とする請求項１または２に記載の円環状モータ。
前記ロックワッシャの一部をモータの内周側にまで延設してモータの内周側に存在する被駆動部材を回転駆動することを特徴とする請求項３に記載の円環状モータ。
前記モータはカメラのレンズに内蔵してレンズ枠を駆動するためのモータであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の円環状モータ。