JP6217182B2 - 駆動力伝達構造及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、駆動力伝達構造及び光学機器に関するものである。

従来、駆動力伝達機構として、ギア列が用いられている（特許文献１参照）。
一方、例えば超音波モータでレンズ群が駆動されるカメラがある。このようなカメラは、超音波モータの回転力をレンズ群に伝達する構造としてギア列が用いられている。しかし、ギア列は、ギア同士がかみ合う際のギア歯とギア歯との接触によって、可聴音が発生する可能性がある。近年カメラは、静止画のみならず動画撮影も可能なものが多く、このような動画撮影可能なカメラにおいては、動画撮影時にこの可聴音も録音される可能性がある。

特開２００２−８６８８４号公報

本発明の課題は、駆動音が静かな駆動力伝達構造及び光学機器を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。

請求項１に記載の発明は、アクチュエータの出力軸から被駆動体まで、前記アクチュエータによって発生された駆動力を伝達する駆動力伝達構造であって、前記アクチュエータの出力軸に取り付けられた出力ローラと、前記被駆動体と接触する被駆動体側ローラと、を含む複数のローラを備え、前記複数のローラは、出力軸が第１方向に対して異なる位置に配置され、前記複数のロータのうちの第１のローラの出力軸は前記第1方向の力が与えられ、前記第１ローラと隣接する第２ローラの出力軸は前記第１方向と逆の第２方向の力が加えられる駆動力伝達構造である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の駆動力伝達構造において、複数の前記ローラは、互いに接触して駆動力が伝達される際における回転中心から外周までの距離が、複数のギアを含むギア列で前記アクチュエータから前記被駆動体に前記駆動力を伝達した場合の、前記ギアのピッチ円半径と等しいこと、を特徴とする駆動力伝達構造である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の駆動力伝達構造であって、前記ローラの外周はゴム部材であること、を特徴とする駆動力伝達構造である。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動力伝達構造であって、複数の前記ローラは、互いに隣接する前記ローラの接触部に発生する垂直抗力を増加させる方向に力を加える押圧機構が設けられていること、を特徴とする駆動力伝達構造である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動力伝達構造を備えた光学機器である。

本発明によれば、駆動音が静かな駆動力伝達構造及び光学機器を提供することができる。

第１実施形態の駆動力伝達構造を有するカメラの概念的な構成図である。 第１実施形態の駆動力伝達機構を光軸に対して垂直な方向から見た図である。 第１実施形態の駆動力伝達機構を上から見た図である。 第２実施形態の駆動力伝達機構を光軸に対して垂直な方向から見た図である。 本発明の第３実施形態の駆動力伝達機構を上方から見た図である。 本発明の変形形態の駆動力伝達機構を示した図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各図には、説明と理解を容易にするために、ＸＹＺ直交座標系を設けた。この座標系では、撮影者が光軸Ａを水平として横長の画像を撮影する場合のカメラの位置（以下、正位置という）において撮影者から見て左側に向かう方向をＸプラス方向とする。また、正位置において上側に向かう方向をＹプラス方向とする。さらに、正位置において被写体に向かう方向をＺプラス方向とする。

(第１実施形態)
図１は、本発明の第１実施形態の駆動力伝達構造によって超音波モータ１０の駆動力をレンズ３１に伝えるカメラ１の概念的な構成図である。
カメラ１は、撮像素子４を備えるカメラボディ２と、レンズ３１を有するレンズ鏡筒３とを備えている。

レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態では、レンズ鏡筒３は、交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒であってもよい。
レンズ鏡筒３は、レンズ３１、カム筒３２、及びカメラ１のフォーカス動作時に合焦レンズであるレンズ３１を駆動する超音波モータ１０を備えている。
なお、本実施形態ではレンズ３１を駆動するアクチュエータとして超音波モータ１０を用いるがこれに限定されず、他の種類のモータ、例えばＤＣモータ等であってもよい。

超音波モータ１０の回転力は、ゴムローラ列５を介してカム筒３２に伝えられる。レンズ３１は、カム筒３２に保持されており、超音波モータ１０によって光軸方向（Ｚ軸方向）に移動駆動されて焦点調節を行う。なお、レンズ鏡筒３は、レンズ３１の他に、結像光学系を構成する図示しないレンズ群を備えている。

カメラ１は、図１において、レンズ鏡筒３内に設けられたレンズ３１を含むレンズ群によって、カメラボディ２における撮像素子４の撮像面に被写体像が結像される。そして、撮像素子４によって、結像された被写体像が電気信号に変換され、その信号をＡ／Ｄ変換することによって、画像データが得られる。

図２は、第１実施形態の駆動力伝達機構を光軸（Ｚ方向）に対して垂直な方向から見た図である。図３は、第１実施形態の駆動力伝達機構を上（Ｙプラス側）から見た図である。
図示するように、ローラ列５は、超音波モータ１０の出力軸１１に取り付けられ、出力軸１１とともに回転する第1ローラ５１と、第1ローラ５１と接触する第２ローラ５２と、第２ローラ５２と接触する第３ローラ５３とを備える。第３ローラ５３はカム筒３２と接触する。

第１ローラ５１，第２ローラ５２，第３ローラ５３は円柱状基材の表面付近のみにゴム材５１ａ，５２ａ，５３ａの層を設けたものである。また、カム筒３２の外周にもゴム材３２ａの層が設けられている。
このゴム材は、耐摩耗性、機械的強度の優位性から、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、エチレンブタジエンゴム、アクリルゴム等が好ましい。また、高負荷環境用には繊維補強ゴムを用いてもよい。基材部分は硬度の高い別部材（樹脂、金属、高硬度ゴム、セラミックス等）としても良い。
なお、本実施形態では、上述のようにゴム材が円柱状基材の表面(外周)に設けられている例について説明したが、これに限定されず、基材部分も表面と同一のゴム材で形成してもよい。

また、第１ローラ５１，第２ローラ５２，第３ローラ５３の表面状態は、耐摩耗性、機械的強度の確保、静音性を目的として、理想円筒側面の表面形状にすることが好ましい。そして表面の粘着性は少ないほうがよい。ただし、軽い負荷駆動用のローラの場合、吸音性を持たせるために、表面に微細なポーラスを分布させた層を設けても良い。
さらにローラ表面の剪断強度を増すために、母材を繊維強化ゴムとし、表面に吸音性を持たせた別部材のゴム層で覆う形にしても良い。
またローラ表面の剪断強度を増すために、母材をゴム硬度の高いゴムとし、表面に吸音性を持たせた別部材のゴム硬度の弱いゴム層で覆う形にしても良い。

第１ローラ５１の中心には、上述のように超音波モータ１０の出力軸１１が相互回転不能に貫通している。また、第２ローラ５２及び第３ローラ５３の中心にも、それぞれ中心軸５２ｂ，５３ｂが相互回転不能に貫通している。
出力軸１１，中心軸５２ｂ，５３ｂは、Ｚマイナス側からそれぞれ第１ローラ５１，第２ローラ５２，第３ローラ５３を貫通してＺプラス側まで延びている。

そして、互いに接触するローラの中心軸の間には、バネ部材が取り付けられ、中心軸同士が互いに引き合うように付勢されている。バネ部材は、ローラを挟んで、Ｚマイナス側とＺプラス側との２箇所に配置されている。ただし、これに限定されず、Ｚマイナス側とＺプラス側とのどちらか一方でもよい。

すなわち、互いに接触する第1ローラ５１の出力軸１１と第２ローラ５２の中心軸５２ｂとの間には、第１ローラ５１及び第２ローラ５２を挟んで、Ｚプラス方向にバネ部材５４ａが取り付けられ、Ｚマイナス方向にバネ部材５４ｂが取り付けられている。

また、互いに接触する第２ローラ５２の中心軸５２ｂと第３ローラ５３の中心軸５３ｂとの間には、第２ローラ５２及び第３ローラ５３を挟んで、Ｚプラス方向にバネ部材５５ａが取り付けられ、Ｚマイナス方向にバネ部材５５ｂが取り付けられている。

なお、これらのバネ部材５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂは、説明を省略するが、それぞれが取り付けられている軸５１ｂ、５２ｂ，５３ｂの回転を妨げないようにそれぞれの軸に取り付けられている。

ここで、図２に示すようにローラ５１，５２，５３が、バネ部材５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂによって互いに押し付けられた状態において、それぞれのローラ５１，５２，５３の中心から接触部の外周までの距離をＲ１，Ｒ２，Ｒ３とする。
なお、この距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、それぞれのローラ５１，５２，５３が互いに押圧し合ってゴム部材が弾性変形しているので、それぞれのローラ５１，５２，５３自体の半径よりもわずかに小さい可能性がある。
本実施形態において、それぞれのローラ５１，５２，５３は、この距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が、本実施形態の駆動力伝達構造と同等の機能をギア列で構成した場合のそれぞれのギアのピッチ円(モジュール円）の半径と等しいように構成されている。

本実施形態によると、バネ部材５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂのバネ力と、軸(出力軸５１ｂ，中心軸５２ｂ，５３ｂ)自体の剛性とによって、隣接するローラ(第１ローラ５１と第２ローラ５２、及び第２ローラ５２と第３ローラ５３)は互いに押し付けられる。これによって、各ローラ５１，５２，５３の接触部における垂直抗力が増加するので滑りが発生しにくい。このため、超音波モータ１０の駆動力は、少ない損失で第１ローラ５１から第２ローラ５２、第３ローラ５３を介してカム筒３２に伝達される。

また、本実施形態では、超音波モータ１０の駆動力の伝達に、ゴムローラを用い、すなわちギア列を用いていないため、ギア同士がかみ合う際の可聴音が発生しない。このため、カメラ１の静音化が図られる。

（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態の駆動力伝達機構を光軸に対して垂直な方向から見た図である。なお、第１実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図示するように第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、互いに接触するローラの中心軸の間にバネ部材が設けられておらず、代わりに、それぞれの軸１１，５２ｂ，５３ｂと固定部とを結ぶバネ部材が、ローラ間の接触部の押圧力（垂直抗力、面と面との法線方向の力）を増加させるように設けられている点である。

すなわち、図４に示すように、本実施形態のレンズ鏡筒３は上部固定部３Ｕと下部固定部３Ｄとを備える。出力軸１１と下部固定部３Ｄとの間には、バネ部材５６が設けられ、出力軸１１は下部固定部３Ｄ側に付勢されている。
また、中心軸５２ｂと上部固定部３Ｕとの間には、バネ部材５７が設けられ、中心軸５２ｂは上部固定部３Ｕ側に付勢されている。
さらに、中心軸５３ｂと下部固定部３Ｄとの間には、バネ部材５８が設けられ、中心軸５３ｂは下部固定部３Ｄ側に付勢されている。

これにより、ローラ列５のそれぞれのローラ５１，５２，５３は、互いに隣接する２つのローラで見た場合、下方にあるローラは上方に引っ張られ、上方にあるローラは下方に引っ張られる。

すなわち、第１ローラ５１と第２ローラ５２の場合、上方にある第１ローラ５１は下方に引っ張られ、下方にある第２ローラ５２は上方に引っ張られている。
第２ローラ５２と第３ローラ５３の場合、下方にある第２ローラ５２は上方に引っ張られ、上方にある第３ローラ５３は下方に引っ張られている。

ここで、第１ローラ５１は第２ローラ５２の上部に置かれて、両者の接触部が、第１ローラの下部であって第２ローラの上部になるように配置されている。
そして、第１ローラ５１は下方に引かれ、第２ローラ５２は上方に引かれるので、バネ部材５６，５７の力によって、第１ローラ５１と第２ローラ５２との間の接触部における垂直抗力が増加して、滑りが減少する。

また、第２ローラ５２は第３ローラ５３の下部に置かれて、両者の接触部が、第２ローラの上部であって第３ローラの下部になるように配置されている。
そして、第２ローラ５２は上方に引かれ、第３ローラ５３は下方に引かれるので、バネ部材５６，５８の力によって、第２ローラ５２と第３ローラ５３との間の接触部における垂直抗力が増加して、滑りが減少する。

このため、超音波モータ１０の駆動力は、少ない損失で第１ローラ５１から第２ローラ５２、第３ローラ５３を介してカム筒３２に伝達される。
また、本実施形態においても、超音波モータ１０の駆動力の伝達に、ゴムローラを用いてギア列を用いないため、ギア同士がかみ合う際の可聴音が発生しない。このため、カメラ１の静音化が図られる。

（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態の駆動力伝達機構を上方から見た図である。本実施形態においても、第１実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、それぞれのローラ５１，５２，５３が円錐台形状(テーパ形）である点である。
第１ローラ５１及び第３ローラ５３は上底側がＺプラス側になるように配置されている。第２ローラ５２は下底側がＺプラス側になるように配置されている。
また、これらのローラ５１，５２，５３の表面状態は、第１実施形態と同様に耐摩耗性、機械的強度の確保、静音性を目的として、理想円錐台側面の表面形状にすることが好ましい。
そして、本実施形態においてバネ部材６１，６２，６３は、それぞれの軸１１，５２ｂ，５３ｂに挿通されてローラ５１，５２，５３をそれぞれ下底側から上底側に付勢する。

すなわち、第１ローラ５１の出力軸１１のＺプラス方向には、バネ部材６１が挿通されている。このバネ部材６１のＺマイナス側の一端は第１ローラ５１の回転を妨げないように第１ローラ５１の上底側に取り付けられ、他端は、ローラ５１のＺプラス側に設けられた固定部３Ｆに固定され、第１ローラ５１を固定部３Ｆ側に付勢している。

第２ローラ５２の中心軸５２ｂのＺプラス方向には、バネ部材６２が挿通されている。このバネ部材６２のＺマイナス側の一端は第２ローラ５２の回転を妨げないように第２ローラ５２の上底側に取り付けられ、他端は、固定部３Ｆに固定され、第２ローラ５２を固定部３Ｆから離れる方向に付勢している。

第３ローラ５３の中心軸５３ｂのＺプラス方向には、バネ部材６３が挿通されている。このバネ部材６３のＺマイナス側の一端は第３ローラ５３の回転を妨げないように第３ローラ５３の上底側に取り付けられ、他端は、固定部３Ｆに固定され、第３ローラ５３を固定部３Ｆ側に付勢している。

本実施形態においても、バネ部材６１，６２，６３の力によって、隣接するローラは互いに押し付けられる。これによって、各ローラの接触部における垂直抗力が増加して、滑りが減少する。
このため、超音波モータ１０の駆動力は、少ない損失で第１ローラ５１から第２ローラ５２、第３ローラ５３を介してカム筒３２に伝達される。
また、本実施形態では、超音波モータ１０の駆動力の伝達に、ゴムローラを用いてギア列を用いないため、ギア同士がかみ合う際の可聴音が発生しない。このため、カメラ１の静音化が図られる。

（変形形態）
図６は第１実施形態の変形例を示した図である。図示するように、第１ローラ５１の外周における第２ローラ５２が配置されている方向と出力軸１１を挟んで点対称の位置に、ダミーローラ７０を設けて、第１ローラ５１を押さえる構成にしてもよい。
この形態によると、回転を開始した際の、出力軸１１の逃げを防止し、垂直抗力が低下することを防止することができる。

１：カメラ、３：レンズ鏡筒、３Ｄ：下部固定部、３Ｆ：固定部、３Ｕ：上部固定部、５：ローラ列、１０：超音波モータ、１１：出力軸、３２：カム筒、３２ａ：ゴム材、５１：第１ローラ、５１ａ，５２ａ，５３ａ：ゴム材、５１ｂ：出力軸、５２：第２ローラ、５２ｂ，５３ｂ：中心軸、５３：第３ローラ、５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６，５７，５８，６１，６２，６３：バネ部材、７０：ダミーローラ

Claims (5)

1. アクチュエータの出力軸から被駆動体まで、前記アクチュエータによって発生された駆動力を伝達する駆動力伝達構造であって、
   前記アクチュエータの出力軸に取り付けられた出力ローラと、
   前記被駆動体と接触する被駆動体側ローラと、を含む複数のローラを備え、
   前記複数のローラは、出力軸が第１方向に対して異なる位置に配置され、前記複数のロータのうちの第１のローラの出力軸は前記第1方向の力が与えられ、前記第１ローラと隣接する第２ローラの出力軸は前記第１方向と逆の第２方向の力が加えられる駆動力伝達構造。
2. 請求項１に記載の駆動力伝達構造において、
   複数の前記ローラは、互いに接触して駆動力が伝達される際における回転中心から外周までの距離が、
   複数のギアを含むギア列で前記アクチュエータから前記被駆動体に前記駆動力を伝達した場合の、前記ギアのピッチ円半径と等しいこと、
   を特徴とする駆動力伝達構造。
3. 請求項１または２に記載の駆動力伝達構造であって、
   前記ローラの外周はゴム部材であること、
   を特徴とする駆動力伝達構造。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動力伝達構造であって、
   複数の前記ローラは、互いに隣接する前記ローラの接触部に発生する垂直抗力を増加させる方向に力を加える押圧機構が設けられていること、
   を特徴とする駆動力伝達構造。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動力伝達構造を備えた光学機器。

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