JP6562642B2

JP6562642B2 - 駆動装置および光学機器

Info

Publication number: JP6562642B2
Application number: JP2015020174A
Authority: JP
Inventors: 祐平田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: US10211701B2; JP2016142980A; US20160223778A1

Description

本発明は、駆動装置および光学機器に関するものである。

プロ用途の動画撮影に用いられるレンズでは、人の手では困難な超低速ズームや固定画角のショット撮影をスムースに行う為に、レンズの諸操作を電動駆動できる駆動装置が付設されていることが一般的である。しかし、動画撮影中にレンズを電動駆動して、ズーミングやフォーカシングを行う場合、駆動装置に付設されたモータによる振動や、この振動により発生する鏡胴構成部材との共振及び振動に伴う騒音が記録されてしまう。

そのため、レンズの駆動装置には、振動及び騒音を低減した構造の要求が高くなっている。駆動装置の振動及び騒音の低減を図る構造として、モータを保持（内包）するモータ筐体とモータ筐体を固定する固定部材との間に、弾性部材により形成された弾性部材（制振ワッシャ）を挟持させることが知られる（特許文献１）。これにより、モータの振動・騒音の低減が図れる。

特開２０１３―１０５０９４号公報

上述した従来技術に関連して、更なる機材の低振動・低騒音を実現するために、弾性部材の硬度を下げることが考えられる。しかし、この方法では、レンズと駆動装置の間に付設された歯車の歯先で発生する力により、駆動装置に付設されたモータ筐体がレンズに対して離間してしまう。これにより、レンズと駆動装置との間にある歯車は離れ、噛み合いが解除されることで、駆動装置に付設されたモータの歯車は歯飛びという空転する現象が発生する。歯飛びが発生すると、噛み合い部の歯が摩耗するだけでなく、歯車が空転することから派生する振動や騒音の現象が発生してしまう。

本発明の目的は、例えば、低振動・低騒音の実現、および歯車の離脱の低減に有利な駆動装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、
一端が自由度を有して配置された第１の回転軸を有するモータと、
前記モータを保持するモータ筐体と、
前記モータ筐体に接している弾性部材と、
前記弾性部材を介して前記モータ筐体を固定する固定部材と、
前記第１の回転軸に保持され、前記モータの回転駆動力を伝達する第１の歯車と、
前記第１の歯車と噛み合う第２の歯車と、
一端が前記モータ筐体に支持され、他端が自由度を有して配置され、前記第２の歯車を保持する第２の回転軸と、
前記第２の回転軸が第１の位置にある状態では前記第２の回転軸から離れ、前記第２の回転軸が前記第１の位置から変位した第２の位置にある状態では前記第２の回転軸と接して前記第２の回転軸の変位を規制する規制部材と、
を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光学機器は、上記駆動装置と、該駆動装置により駆動される光学部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、低振動・低騒音の実現、および歯車の離脱の低減に有利な駆動装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る駆動装置を搭載した光学機器としてのレンズ鏡筒の構成を示す図である。第１の実施形態における歯飛び防止構造の詳細図である。第１の実施形態における歯飛び防止構造のＡ−Ａ断面図である。第１の実施形態における駆動歯車が駆動時の駆動装置の力の関係を示す図である。第２の実施形態におけるブレーキ機構を有する歯飛び防止構造（サーボ状態）を示す図である。第２の実施形態におけるブレーキ機構を有する歯飛び防止構造（手動操作状態）を示す図である。第２の実施形態における歯飛び防止構造のＤ−Ｄ断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（光学機器）
本発明の実施形態に係る駆動装置を搭載した光学機器としてのレンズ鏡筒について、図１を参照して以下説明する。図１で、レンズ鏡筒１は、フォーカス操作環３ａ、ズーム操作環３ｂ、アイリス操作環３ｃ、これらの操作環３Ｘ（３ａ、３ｂ、３ｃ）をそれぞれ電動駆動するための駆動装置２を有する。駆動装置２の内部には、各操作環３Ｘを駆動するための各駆動用モータ及び、各操作環３Ｘの回転位置を検出する不図示の位置検出手段が配設されている。そして、各駆動用モータには歯車が付設され、これらの歯車は駆動装置２から露出して各操作環３Ｘに係合している。

フォーカス操作環３ａを回動させると不図示の移動レンズ群（光学部材としてのフォーカスレンズ）が光軸方向に移動しフォーカス調整がなされる。また、ズーム操作環３ｂを回動させると不図示の移動レンズ群（光学部材としてのズームレンズ）が光軸方向に移動しズーム調整がなされる。また、アイリス操作環３ｃを回動させると、光学部材としてのアイリス（絞り）が絞り開放径を変化させ光量調整がなされる。

駆動装置２は、不図示の螺子を使用し締結部６で螺合することで、レンズ鏡筒１に固定される。駆動装置２の外装部には各種スイッチ類である操作部７が備えられており、操作部７を操作することで内部のモータを駆動し、操作環３Ｘを回転駆動させることが可能となっている。また、レンズ鏡筒１はＦ．Ｂ．操作環４、マクロ操作環５を備え、Ｆ．Ｂ．操作環４またはマクロ操作環５を回動させると、図示しない移動レンズ群が光軸方向に移動し撮像素子までの合焦距離の調整がなされる。

（駆動装置の内部構成）
次に、駆動装置２の内部構成について、図２、図３を用いて説明する。正逆双方向に回転可能な回転駆動力を発生させる一端が自由度を有して配置された第一の回転軸８ａを有する駆動用モータ８を保持（内包）するモータ筐体９が、不図示の螺子により駆動装置２の装置筐体２ａに設けられた固定部材１０に固定される。モータ筐体９と固定部材１０の間には、モータ筐体９と接するように弾性部材１１が挟持される。

駆動用モータ８には、回転駆動力を駆動伝達することが可能な第１の歯車である駆動歯車１２が付設される。第２の回転軸１３は、一端がモータ筐体９に支持され、他端が自由度を有して配置されている。また、モータ筐体９に一体的に支持された回転軸である被動歯車軸１３には第２の歯車である被動歯車１４が設けられ、駆動歯車１２と被動歯車１４及び、被動歯車１４と出力歯車（第３の歯車）である操作環３Ｘの歯車３それぞれが噛み合い係合する。

ここで、従動歯車として駆動歯車１２と噛み合う少なくとも１個の歯車のうち、モータ筐体９に一体的に支持される回転軸１３を備えたものを第２の歯車である被動歯車１４とする。この被動歯車１４は、駆動歯車１２と噛み合う少なくとも１個の歯車のうち、いずれかの歯車であってモータ筐体９に一体的に支持される回転軸１３を備える。本実施形態では、モータ筐体９に一体的に支持される回転軸１３を備える被動歯車１４は、駆動歯車１２と噛み合う少なくとも１個の歯車のうち、駆動歯車１２から最も離れた歯車としている（図３では従動歯車の個数は１個として表記）。

このような歯車構成により、駆動用モータ８の回転駆動力を操作環３Ｘに備わる出力歯車としての歯車３へ伝達することが可能となる。歯車３は、モータの回転駆動力を所定方向に移動させる出力とする。

（歯飛び防止構造）
次に、駆動装置２に設けた歯飛び防止構造の構成について、図２乃至図４を用いて説明する。モータ筐体９に一体的に支持される回転軸１３は、一端がモータ筐体９に支持され、他端が自由度を有して配置され、出力歯車である歯車３からの反力により変位（位置ずれ）を生じ、他端が円周状の軌跡となるように回動される。

ここで、この円周状の軌跡の所定位置が当接位置となるように、規制部材としての歯飛び防止材１５が装置筐体２aに不図示の螺子により固定されている。本実施形態では、回転軸１３の他端（自由端）と歯飛び防止材１５の当接位置は、第１の位置（変位しない通常状態）にある回転軸１３に対し、駆動歯車１２、被動歯車１４を結ぶ方向と交差する方向（直交方向）にある
歯飛び防止材１５は、回転軸１３が第１の位置（変位しない通常状態）にあるときは回転軸１３から離間しており、回転軸１３が第２の位置（第１の位置から変位した位置）にあるときは回転軸と当接して規制する。回転軸１３が第１の位置（変位しない通常状態）にあるとき、歯飛び防止材１５の回転軸１３からの離間量（空隙）ｈは、被動歯車１４のモジュールの２倍以下としている。ここで、モジュールとは歯車の基準円直径（噛み合う歯車同士が互いに接するときの円の直径）を歯数で除算した値である。

ここで、正逆双方向に回転可能な駆動用モータの場合、一方の回転方向(Ｂ１方向)における回転軸１３の変位（Ｃ1方向）は歯飛び防止材１５で規制し、他方の回転方向（Ｂ２方向）における回転軸１３の変位（Ｃ２方向）は出力歯車である歯車３で規制することができる。

（歯飛び防止構造による効果）
次に、歯飛び防止構造を配置することによる効果について、図４を参照して説明する。駆動用モータ８から派生する振動を抑制するために、モータ筐体９を支持する弾性部材１１の硬度を低くすることが一般に実施される。一方、弾性部材１１の硬度を下げることで、弾性部材１１は弾性変形が生じ易くなる。

この状態で、駆動用モータ８から回転駆動力を得た駆動歯車１２がＢ1方向に回転すると、被動歯車１４は圧力角方向に力Ｃ１を受け、弾性部材１１の変形が生じる。これにより、モータ筐体９に付設された被動歯車軸１３が固定部材１０に対してＣ１方向に相対的な位置ズレを引き起こし、被動歯車１４と操作環３Ｘの噛み合いが解除され、被動歯車１４が空転を引き起こし、歯飛びを生じようとする。

しかし、歯飛び防止材１５を配設しているため、被動歯車軸１３は被動歯車軸１３のＣ１方向への相対的な位置ズレは規制される。そのため、被動歯車１４と操作環３Ｘの噛み合いは維持され、結果として歯飛びを生じることは無い。

次に、空隙ｈを設けて歯飛び防止材１５を配置することによる効果について説明する。一般にモータ筐体９を固定する際、モータ筐体９に備え付けの被動歯車軸１３を装置筐体２aと一体的な軸受けにより支持することが考えられる。しかしながら、このような軸受けを使用する構造では、駆動モータ８から派生する振動が被動歯車軸、軸受けを伝播し、装置筐体２aとの共振及び振動に伴う騒音が発生する可能性がある。一方、本実施形態の構造では被動歯車軸１３に常時当接しないように空隙ｈを設けて歯飛び防止材１５を配置しているため、共振による騒音が発生することは無く、駆動装置の品質が向上する。

《第２の実施形態》
図５は本発明の第２の実施形態におけるブレーキ機構を有する歯飛び防止構造を示す図（サーボ状態）、図６は本実施形態におけるブレーキ機構を有する歯飛び防止構造を示す図（手動操作状態）である。また、図７は本実施形態における歯飛び防止構造（図５）のＤ−Ｄ断面図である。駆動装置２の内部構成と駆動装置２設けた歯飛び防止構造の構成について、図５、図６、図７を参照して説明する。

第１の実施形態で述べたように、モータ筐体９に一体的に支持される回転軸１３は、一端がモータ筐体９に支持され、他端が自由度を有して配置され、出力歯車である歯車３からの反力により変位（位置ずれ）を生じ、他端が円周状の軌跡となるように回動される。ここで、この円周状の軌跡の所定位置が当接位置となるように、規制部材としての歯飛び防止材１７が装置筐体２aに不図示の螺子により固定されている。

第１の実施形態では、回転軸１３の他端（自由端）と歯飛び防止材１５の当接位置は、第１の位置（変位しない通常状態）にある回転軸１３に対し、駆動歯車１２、被動歯車１４を結ぶ方向と交差する方向（直交方向）であった。これに対し、本実施形態では、当接位置は駆動歯車１２、被動歯車１４を結ぶ方向である。即ち、図７で歯飛び防止材１７は、変位した回転軸１３との当接位置が駆動歯車１２、被動歯車１４を結ぶ方向となるように設けられている。

（クラッチ機構とブレーキ機構）
本実施形態は、第１の実施形態に対して、駆動歯車１２、被動歯車１４の噛み合いを係脱させ、駆動用モータ８の回転駆動力を操作環３Ｘに対し伝達又は遮断させることが可能な可動板１８を可動させるクラッチ機構を設ける。そして、被動歯車１４に入力トルクとは逆向きに回転摩擦を発生するブレーキ機構１６を形成する。

即ち、駆動装置２には外部から操作可能な不図示のクラッチ機構が配設され、ユーザーが不図示のクラッチ機構を操作することで、可動板１８がＥ方向（図５（ａ））に可動する。これにより、図５（ａ）のように可動板１８が被動歯車１２に一体的に構成されたブレーキ機構１６の側面１６ａを押圧し、図６（ｂ）に示すように被動歯車１４と駆動歯車１２との噛み合いが解除される（脱せられる）。

すると、図７に示す空隙hを設けて配置した歯飛び防止材１７が、ブレーキ機構１６に設けられた係止部１６ｂと係合する。このようにして、歯飛び防止材１７がブレーキ機構１６に設けられた係止部１６ｂを拘束することで、ブレーキ機構１６は被動歯車軸１３の回りの自由度が規制される。

この状態で、ユーザーが外部から操作環３Ｘを回転操作した場合、ブレーキ機構１６は被動歯車１２に伝達された入力トルクとは逆向きに回転摩擦を発生さることができる。これにより、図６に示す手動操作状態においても、ブレーキ機構１６による回転摩擦が生じるため操作環３Ｘのトルクは高くなり、操作環３Ｘの回動し易さが向上する。

本実施形態では、以上のような構成とすることで、第１の実施形態で得られる効果に加え、少ない部品点数で歯飛び防止構造とブレーキ機構を兼用することが可能となるため、組立性で有利な構造となる。加えて、省スペース化を図ることができる。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では被動歯車軸に対して板状や棒状の歯飛び防止材を適用したが、被動歯車軸に対して空隙ｈを設けたまま内包するような環状の歯飛び防止材でも構わない。

（変形例２）
また、第２の実施形態では、歯飛び防止材をクラッチ機構のブレーキ機構と兼用で使用しているが、クラッチ機構用に独立にブレーキ機構の回転規制部品を設けても構わない。

（変形例３）
また、駆動用モータは正逆双方向に回転可能なものに限られず、一方向に回転可能なものであっても良い。

９・・モータ筐体、１０・・固定部材、１１・・弾性部材、１２・・駆動歯車、１３・・被動歯車軸、１４・・被動歯車、１５、１７・・歯飛び防止材

Claims

一端が自由度を有して配置された第１の回転軸を有するモータと、
前記モータを保持するモータ筐体と、
前記モータ筐体に接している弾性部材と、
前記弾性部材を介して前記モータ筐体を固定する固定部材と、
前記第１の回転軸に保持され、前記モータの回転駆動力を伝達する第１の歯車と、
前記第１の歯車と噛み合う第２の歯車と、
一端が前記モータ筐体に支持され、他端が自由度を有して配置され、前記第２の歯車を保持する第２の回転軸と、
前記第２の回転軸が第１の位置にある状態では前記第２の回転軸から離れ、前記第２の回転軸が前記第１の位置から変位した第２の位置にある状態では前記第２の回転軸と接して前記第２の回転軸の変位を規制する規制部材と、
を有することを特徴とする駆動装置。
前記規制部材は、前記第２の回転軸が第１の位置にある状態では、前記第２の歯車のモジュールの２倍以下の量で前記第２の回転軸から離れていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
前記第２の歯車は、前記第１の歯車に対する複数の従動歯車のうち、前記第１の歯車から最も離れた歯車であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
前記第２の歯車と噛み合う第３の歯車を有し、
前記規制部材は、前記第３の歯車からの反力による前記第２の回転軸の変位を規制することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の駆動装置。
前記第３の歯車は、物体を移動するために回動される操作環に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
前記モータは、正逆双方向に回転可能であり、
前記モータの正方向の回転による前記第２の回転軸の変位は、前記規制部材で規制し、
前記モータの逆方向の回転による前記第２の回転軸の変位は、前記第３の歯車で規制することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の駆動装置。
前記第１の歯車と前記第２の歯車との間の噛み合い状態と非噛み合い状態との間の切り換えを行うクラッチ機構を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項に記載の駆動装置。
前記非噛み合い状態において、前記規制部材に前記第２の回転軸の回転を拘束させ、前記第２の歯車の回転に対する摩擦を発生するブレーキ機構を有することを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
前記第２の回転軸と接する前記規制部材の位置は、前記他端の円周状の軌跡における位置であることを特徴とする請求項８に記載の駆動装置。
前記第２の回転軸と接する前記規制部材の位置は、前記第１の位置にある前記第２の回転軸に対して、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを結ぶ方向とは交差する方向にあることを特徴とする請求項９に記載の駆動装置。
前記第２の回転軸と接する前記規制部材の位置は、前記第１の位置にある前記第２の回転軸に対して、前記第２の回転軸から前記第１の回転軸へ向かう方向にあることを特徴とする請求項９に記載の駆動装置。
前記規制部材は、前記モータ筐体、前記弾性部材、前記固定部材、前記第１および第２の歯車、ならびに前記第１および第２の回転軸を内包する筐体に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のうちいずれか１項に記載の駆動装置。
請求項１ないし請求項１２のうちいずれか１項に記載の駆動装置と、
前記駆動装置により駆動される光学部材と、
を有することを特徴とする光学機器。
前記光学部材は、ズーム調整、フォーカス調整、光量調整のうち少なくとも１つのための光学部材であることを特徴とする請求項１３に記載の光学機器。