JP6188540B2 - 駆動装置、及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えばデジタルカメラ等の光学機器のレンズ等を駆動するのに好適な駆動装置に関する。

デジタルカメラ等の光学機器では、焦点調節や画角の変更のためにレンズを光軸方向に駆動し、また、像振れ補正のためにレンズを光軸と直交する方向に駆動するものがある。この場合、レンズの駆動方式として、送りねじを用いた技術（特許文献１）や、ボールを利用して可動部を転動支持する技術（特許文献２）が提案されている。

しかし、上記特許文献１では、ガイド部材とレンズ保持部材との間に嵌合ガタが必要であるため、がたつきが発生して位置決め精度の高精度化に限界がある。また、レンズ保持部材はガイド部材に対して摺動しながら光軸方向に案内されるため、摺動摩擦が発生して省電力化にも限界がある。

一方、上記特許文献２では、ボールを利用して可動部を転動支持することで、がたつきの発生防止と摺動摩擦の低減を実現できる。しかし、駆動源としてボイスコイルモータを用いているため、駆動時だけでなく停止時に可動部の位置を保持するためにコイルに通電する必要がある。このため、可動部を長時間一定の位置に保持する用途には適さない。

そこで、従来、ボールによって転動支持された可動部材を送りねじ軸で駆動する駆動装置が提案されている。図９及び図１０を参照して説明する。図９は従来の駆動装置の分解斜視図、図１０は図９に示す駆動装置の組立体を送りねじ軸の軸方向から見た断面図である。

図９及び図１０に示すように、駆動装置は、固定部材５０１、可動部材５０２、ステッピングモータ５０４、ボール５０５１〜５０５３、付勢部材５０６、スラスト軸受５０７、スラストばね５０８、リンク部材５０９、及び付勢部材５１０を備える。

ステッピングモータ５０４のモータ軸には、送りねじ軸５０３が取り付けられている。可動部材５０２は、Ｖ字状の断面を有して送りねじ軸５０３の軸方向に延びる案内部５０２１と、平面部５０２２とを有する。付勢部材５０６は、可動部材５０２と固定部材５０１との間にボール５０５１〜５０５３を挟持する付勢力を発生する。これにより、可動部材５０２は、案内部５０２１がボール５０５１，５０５２と２点で接触し、平面部５０２２がボール５０５３と１点で接触することで、送りねじ軸５０３の軸方向である進行方向と直交する方向にがたつきなく位置決めされる。

リンク部材５０９は、トーションばね等の付勢部材５１０によって付勢されることで、送りねじ軸５０３にがたつきなく螺合される。また、付勢部材５１０は、可動部材５０２の進行方向にも付勢力を有し、可動部材５０２に連結されたリンク部材５０９と可動部材５０２との間のがたつきも防止する。そして、ステッピングモータ５０４を駆動させて送りねじ軸５０３を回転させることで、送りねじ軸５０３の回転運動がリンク部材５０９を介して可動部材５０２の進行方向の直進運動に変化され、可動部材５０２が進行方向に沿って駆動される。

特開２０１０−２４３９００号公報 特開平１１-７０５１号公報

しかし、図９及び図１０に示す駆動装置では、可動部材５０２と固定部材５０１との間にボール５０５１〜５０５３を挟持するための付勢部材５０６に加え、可動部材５０２とリンク部材５０９との間のがたつきを抑制するための付勢部材５１０が必要となる。このため、部品点数が増加して装置のコスト増を招く問題がある。

そこで、本発明は、転動体によって転動支持された可動部材を送りねじ軸で駆動する駆動装置において、部品点数を増やすことなく、がたつきの発生防止と摺動摩擦の低減を実現する仕組みを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の駆動装置は、第１の案内部を有する固定部材と、前記第１の案内部に対向する第２の案内部を有し、前記第２の案内部と前記第１の案内部との間に配置される複数の転動体の転動を介して前記固定部材に案内されて移動する可動部材と、前記可動部材に螺合し、回転することで前記可動部材を移動させる送りねじ軸と、前記送りねじ軸を回転させる駆動手段と、前記固定部材と前記可動部材との間に互いに接近する方向の付勢力を発生させて、前記付勢力により、前記固定部材と前記可動部材との間に前記複数の転動体を挟持するとともに、前記送りねじ軸が螺合する前記可動部材の部分を前記送りねじ軸に向けて付勢する付勢手段と、を備え、前記転動体は、前記第１の案内部に対して２点で接触し、前記第２の案内部に対して２点で接触することを特徴とする。

本発明によれば、転動体によって転動支持された可動部材を送りねじ軸で駆動する駆動装置において、部品点数を増やすことなく、がたつきの発生防止と摺動摩擦の低減を実現することができる。

本発明の第１の実施形態である駆動装置の分解斜視図である。 図１に示す駆動装置の組立体の斜視図である。 図２に示す駆動装置の送りねじ軸と直交する面内での断面図である。 図２に示す駆動装置の送りねじ軸の軸方向に沿う断面図である。 本発明の第２の実施形態である駆動装置の送りねじ軸と直交する面内での断面図である。 本発明の第３の実施形態である駆動装置の送りねじ軸と直交する面内での断面図である。 本発明の第４の実施形態であるレンズ駆動装置の分解斜視図である。 図７に示すレンズ駆動装置の組立体の斜視図である。 従来の駆動装置の分解斜視図である。 図９に示す従来の駆動装置の組立体を送りねじ軸の軸方向から見た断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である駆動装置の分解斜視図である。図２は、図１に示す駆動装置の組立体の斜視図である。図３は、図２に示す駆動装置の送りねじ軸と直交する面内での断面図である。図４は、図２に示す駆動装置の送りねじ軸の軸方向に沿う断面図である。

図１乃至図４に示すように、本実施形態の駆動装置１００は、固定部材１０１、可動部材１０２、ステッピングモータ１０４、ボール１０５１，１０５２、磁石１０６、スラスト軸受１０７、及びスラストばね１０８を有する。

ステッピングモータ１０４は、公知のステッピングモータで構成され、モータ軸には、送りねじ軸１０３が略同心に固定される。ステッピングモータ１０４の駆動により、送りねじ軸１０３が所定角度だけ回転駆動される。送りねじ軸１０３の雄ねじ部は、本実施形態では、台形ねじが用いられる（図４参照）。

固定部材１０１は、強磁性体の板金等により形成される。これにより、固定部材１０１に対して、ステッピングモータ１０４を固定することができるとともに、ステッピングモータ１０４と送りねじ軸１０３の軸方向に対向する位置にスラスト軸受１０７及びスラストばね１０８を保持することができる。固定部材１０１には、図１及び図３に示すように、Ｖ字形状の断面を有する２つの第１の案内部１０１１が送りねじ軸１０３の軸方向に沿って互いに離間して設けられる。また、固定部材１０１には、送りねじ軸１０３の軸方向に沿う穴形状の抜け止め部１０１２が設けられる。

可動部材１０２は、図３に示すように、Ｖ字形状の断面を有する第２の案内部１０２１が送りねじ軸１０３の軸方向に沿って設けられる。可動部材１０２の第２の案内部１０２１の幅方向の両側には、それぞれ腕部１０２３，１０２４が設けられる。腕部１０２３は、固定部材１０１の抜け止め部１０１２の側に配置され、腕部１０２４は、送りねじ軸１０３の側に配置される。

腕部１０２４の先端部の固定部材１０１の底面を向く面の反対側には、ナット部１０２２が設けられる。ナット部１０２２は、送りねじ軸１０３の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を平面展開した形状であり、送りねじ軸１０３の雄ねじ部のリード角方向と平行に延びて配置される。可動部材１０２の腕部１０２３には、磁石１０６が固定部材１０１と対向して保持される。これにより、可動部材１０２と強磁性体の固定部材１０１との間に磁気吸引による互いに接近する方向の付勢力が発生する。

この磁石１０６による付勢力により、固定部材１０１の第１の案内部１０１１と可動部材１０２の第２の案内部１０２１との間に、複数の転動体の一例としてボール１０５１，１０５２が挟持される。また、この磁石１０６による付勢力により、ナット部１０２２を送りねじ軸１０３に押し付ける力が作用し、ナット部１０２２が送りねじ軸１０３に対してがたつくことなく螺合される。

また、可動部材１０２の腕部１０２３の先端部は、抜け止め部１０１２に挿入される。これにより、装置全体が衝撃を受けた際にボール１０５１，１０５２が第１の案内部１０１１と第２の案内部１０２１との間から脱落するのを防止するとともに、可動部材１０２が所定量以上に進行方向に駆動されることを規制する。

ボール１０５１，１０５２は、組立性の向上のために非磁性であることが望ましく、また、転がり摩擦の低減のために、硬度の高い材料を用いることが望ましい。ここで、ボール１０５１，１０５２は、上述したように、固定部材１０１と可動部材１０２との間に挟持された際、図３に示すように、それぞれ第１の案内部１０１１に対し２点で接触し、第２の案内部１０２１に対し２点で接触（合計４点接触）する。

これにより、可動部材１０２の進行方向（送りねじ軸１０３の軸方向）と直交する面内（図３に示す面内）での可動部材１０２の位置ががたつくことなく決められ、ボール１０５１，１０５２は、可動部材１０２の進行方向にのみ自由度を持つことになる。

スラスト軸受１０７及びスラストばね１０８は、送りねじ軸１０３をステッピングモータ１０４の側に付勢して、ステッピングモータ１０４に対する送りねじ軸１０３の軸方向のがたつきを防止する。

上記構成の駆動装置１００においては、可動部材１０２は、磁石１０６による上述した付勢力により図３に矢印で示すボール１０５２の中心点周りのモーメントをもつ。したがって、ナット部１０２２が送りねじ軸１０３に当接するまで可動部材１０２が図の時計回り方向に回転することで、進行方向と直交する面内における可動部材１０２の位置が決まる。

このとき、上述したように、ボール１０５１，１０５２は、それぞれ第１の案内部１０１１に対し２点で接触し、第２の案内部１０２１に対し２点で接触するため、可動部材１０２の進行方向と直交する面内での位置ががたつくことなく決められる。

また、図３及び図４に示すように、磁石１０６による上述した付勢力により可動部材１０２に設けられたナット部１０２２が送りねじ軸１０３に押し付けられることで、送りねじ軸１０３に対する可動部材１０２の進行方向の位置ががたつくことなく決められる。

更に、ナット部１０２２が送りねじ軸１０３に当接することで、固定部材１０１に対する可動部材１０２の傾き角度が決められる。即ち、本実施形態では、固定部材１０１に対する可動部材１０２の傾き角度を０°（平行）としているが、ナット部１０２２の送りねじ軸１０３への当接位置を調整することで、固定部材１０１に対して可動部材１０２を所定角度傾けて配置することも可能になる。

そして、ステッピングモータ１０４を駆動して送りねじ軸１０３を回転させることにより、送りねじ軸１０３の回転運動が可動部材１０２の進行方向の直進運動に変化され、これにより、可動部材１０２を進行方向に沿って所定量移動させることができる。なお、可動部材１０２の進行方向における位置は、送りねじ軸１０３とナット部１０２２が螺合する位置によって決まる。従って、送りねじ軸１０３を１回転させるごとに、可動部材１０２は、送りねじ軸１０３の１ピッチだけ進行方向に移動することができる。

このように、本実施形態では、一つの付勢手段である磁石１０６を用いることで、可動部材１０２の進行方向、及び進行方向と直交する面内での位置をがたつくことなく決めることができる。即ち、可動部材１０２に対して、進行方向、及び進行方向と直交する方向に予圧が付与される。

また、本実施形態では、可動部材１０２をボール１０５１，１０５２を介して転動支持しているため、摺動支持する場合に比べて、発生する摩擦を大幅に低減することができる。これにより、可動部材１０２の位置決め精度を高くすることができ、駆動装置１００の高効率化を達成することができる。

また、本実施形態では、２つのボール１０５１，１０５２を可動部材１０２の進行方向に並置して送りねじ軸１０３を可動部材１０２の進行方向と平行になるように配置している。このため、磁石１０６によるボール１０５２の中心点周りの可動部材１０２のモーメントにばらつきが少なく、ナット部１０２２を安定して送りねじ軸１０３に当接させることができる。

更に、本実施形態では、固定部材１０１の第１の案内部１０１１及び可動部材１０２の第１の案内部１０２１は、それぞれ可動部材１０２の進行方向と平行に配置される。このため、ボール１０５１，１０５２の転がり負荷が低減されて、可動部材１０２を進行方向に低負荷で駆動することが可能となる。これにより、駆動源であるステッピングモータ１０４から可動部材１０２に駆動力を効率的に伝達することができる。

以上説明したように、本実施形態では、ボール１０５１，１０５２によって転動支持された可動部材１０２を送りねじ軸１０３で駆動する駆動装置１００において、部品点数を増やすことなく、がたつきの発生防止と摺動摩擦の低減を実現することができる。これにより、装置全体の小型化や低コスト化を図ることが可能となる。

なお、本実施形態では、送りねじ軸１０３を回転駆動する駆動源としてステッピングモータを例示したが、これに限定されず、ブラシモータやコアレスモータなどの公知の駆動源を用いてもよい。

また、本実施形態では、付勢手段として、付勢力及び付勢方向の安定化を目的として磁石１０６により強磁性体である固定部材１０１との間に作用する磁力を利用したが、これに限定されず、静電力やばねによる付勢力を利用してもよい。

（第２の実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施形態である駆動装置を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態である駆動装置の送りねじ軸と直交する面内での断面図である。なお、上記第１の実施形態に対して重複又は相当する部分については、符号を流用するとともに図に同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の駆動装置２００は、固定部材２０１、可動部材２０２、送りねじ軸１０３、ステッピングモータ１０４、ボール１０５１，１０５２、磁石１０６、スラスト軸受１０７、及びスラストばね１０８を備える。

図５に示すように、本実施形態では、上記第１の実施形態に対して、固定部材２０１の第１の案内部１０１１及び可動部材２０２の第２の案内部１０２１が抜け止め部１０１２側に配置され、磁石１０６が送りねじ軸１０３とボール１０５２との間に配置される。また、送りねじ軸１０３は、可動部材２０２の下方に配置され、これに伴い、ナット部１０２２が、磁石１０６と同様に、可動部材２０２の固定部材２０１の底面を向く側に配置される。

これにより、磁石１０６は、固定部材２０１と可動部材２０２との間にボール１０５１，１０５２を挟持する力を発生するだけでなく、可動部材２０２に対してボール１０５２を中心軸とするモーメントを発生させる。このモーメントにより、可動部材２０２に設けられたナット部１０２２を送りねじ軸１０３に当接させることができる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施形態である駆動装置を説明する。図６は、本発明の第３の実施形態である駆動装置の送りねじ軸と直交する面内での断面図である。なお、上記第１の実施形態に対して重複又は相当する部分については、符号を流用するとともに図に同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の駆動装置３００は、固定部材３０１、可動部材３０２、送りねじ軸１０３、ステッピングモータ１０４、ボール１０５１，１０５２、磁石１０６、スラスト軸受１０７、及びスラストばね１０８を備える。

図６に示すように、本実施形態では、上記第２の実施形態と同様に、上記第１の実施形態に対して、固定部材３０１の第１の案内部１０１１及び可動部材３０２の第２の案内部１０２１が抜け止め部１０１２側に配置される。但し、送りねじ軸１０３は、磁石１０６とボール１０５２との間に配置される。送りねじ軸１０３は、上記第２の実施形態と同様に、可動部材３０２の下方に配置され、これに伴い、ナット部１０２２が、磁石１０６と同様に、可動部材３０２の固定部材３０１の底面を向く側に配置される。

これにより、磁石１０６は、固定部材３０１と可動部材３０２との間にボール１０５１，１０５２を挟持する力を発生するだけでなく、可動部材３０２に対してボール１０５２を中心軸とするモーメントを発生させる。このモーメントにより、可動部材３０２に設けられたナット部１０２２を送りねじ軸１０３に当接させることができる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

なお、上記第１〜第３の実施形態では、所定のスペース内に配置できる磁石１０６とボール１０５１，１０５２との投影距離、及び送りねじ軸１０３とボール１０５１，１０５２との投影距離が異なる。（磁石とボールとの投影距離）／（送りねじ軸とボールとの投影距離）の値が大きいほど、磁石１０６によってナット部１０２２を送りねじ軸１０３に当接させる力の倍力効果が高まり、磁力の弱い磁石でも十分な付勢力を作用させることができる。一方、（磁石とボールとの投影距離）の値が小さいほど、磁石と固定部材との間の距離に誤差が生じにくく、付勢力を安定させることができる。

（第４の実施形態）
次に、図７及び図８を参照して、本発明の第４の実施形態であるレンズ駆動装置を説明する。図７は、本発明の第４の実施形態であるレンズ駆動装置の分解斜視図である。図８は、図７に示すレンズ駆動装置の組立体の斜視図である。なお、上記第１の実施形態に対して重複又は相当する部分については、符号を流用するとともに図に同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態のレンズ駆動装置４００は、固定部材４０１、可動部材４０２、送りねじ軸１０３、ステッピングモータ１０４、ボール１０５１，１０５２、磁石１０６、スラスト軸受１０７、及びスラストばね１０８を備える。

図７及び図８に示すように、本実施形態では、上記第１の実施形態に対して、固定部材４０１の第１の案内部１０１１及び可動部材４０２の第２の案内部１０２１が抜け止め部１０１２側に配置される。また、磁石１０６が送りねじ軸１０３とボール１０５２との間に配置される。送りねじ軸１０３は、可動部材４０２の下方に配置され、これに伴い、ナット部１０２２が、磁石１０６と同様に、可動部材４０２の固定部材４０１の底面を向く側に配置される。

本実施形態の可動部材４０２は、第２の案内部１０２１とナット部１０２２との間に調節レンズ４０２４を保持するレンズ保持部４０２１を有し、レンズ保持部４０２１の底面に磁石１０６が配置される。

調節レンズ４０２４は、結像光学系の一部もしくは全部を構成する。調節レンズ４０２４は、その光軸が可動部材４０２の進行方向と平行に配置され、送りねじ軸１０３を回転させることで、可動部材４０２と一体に光軸方向に移動させることができる。これにより、調節レンズ４０２４を結像光学系の焦点調節や画角調節に用いることができる。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

なお、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、用途、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

また、上記各実施形態の駆動装置は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及び銀塩スチルカメラ等の撮像装置や双眼鏡、望遠鏡及びフィールドスコープ等の観察装置を含む光学機器に搭載することができる。

１０１ 固定部材
１０１１ 第１の案内部
１０２ 可動部材
１０２１ 第２の案内部
１０２２ ナット部
１０３ 送りねじ軸
１０４ ステッピングモータ
１０５１ ボール
１０５２ ボール
１０６ 磁石

Claims (10)

1. 第１の案内部を有する固定部材と、
   前記第１の案内部に対向する第２の案内部を有し、前記第２の案内部と前記第１の案内部との間に配置される複数の転動体の転動を介して前記固定部材に案内されて移動する可動部材と、
   前記可動部材に螺合し、回転することで前記可動部材を移動させる送りねじ軸と、
   前記送りねじ軸を回転させる駆動手段と、
   前記固定部材と前記可動部材との間に互いに接近する方向の付勢力を発生させて、前記付勢力により、前記固定部材と前記可動部材との間に前記複数の転動体を挟持するとともに、前記送りねじ軸が螺合する前記可動部材の部分を前記送りねじ軸に向けて付勢する付勢手段と、を備え、
   前記転動体は、前記第１の案内部に対して２点で接触し、前記第２の案内部に対して２点で接触することを特徴とする駆動装置。
2. 前記第１の案内部、及び前記第２の案内部は、前記送りねじ軸の軸方向と平行な方向に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記送りねじ軸は、前記可動部材の前記固定部材の前記第１の案内部を向く面の反対側で前記可動部材に螺合し、前記付勢手段との間に前記転動体を挟む位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記送りねじ軸は、前記可動部材の前記固定部材の前記第１の案内部を向く側で前記可動部材に螺合し、前記転動体との間に前記付勢手段を挟む位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
5. 前記送りねじ軸は、前記可動部材の前記固定部材の前記第１の案内部を向く側で前記可動部材に螺合し、前記転動体と前記付勢手段との間に挟まれる位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
6. 前記可動部材の前記送りねじ軸が螺合する部分は、前記送りねじ軸の雄ねじ部が螺合する雌ねじ部を平面展開した形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の駆動装置。
7. 前記可動部材は、レンズを保持するレンズ保持部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の駆動装置。
8. 前記第１の案内部、及び前記第２の案内部は、それぞれＶ字形状の断面を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の駆動装置。
9. 前記付勢手段の付勢力は、磁石による磁力であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の駆動装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の駆動装置を備える光学機器。

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