JP6716959B2 - 減速装置および光学機器 - Google Patents

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Description

本発明は、減速装置および光学機器に関するものである。
従来、摩擦力によって回転力を伝達するトラクションドライブ型の減速装置において、遊星ローラの回転時のスリップによる回転力の伝達効率の低下を防ぐための構成が、例えば特許文献1で提案されている。
特開2000−35097号公報
本発明の減速装置は、第1軸線を中心として回転する第1ローラと、前記第1ローラの周りに配置され、前記第1ローラと接触して加圧され、前記第1ローラの回転によって、前記第1軸線を中心として公転するとともに、各々の軸線である第2軸線を中心として自転する複数の第2ローラと、前記第1ローラを前記第1軸線の方向に加圧する加圧部と、を備え、前記第1ローラと前記第2ローラとが接触する接触部に接する接線が、前記第1軸線に対して傾いており前記第2ローラは、前記第1軸線の方向に移動可能である
本発明の光学機器は、駆動力を発生するアクチュエータと、前記駆動力をレンズに伝達して駆動する駆動部とを有し、上記の減速装置を、前記駆動部と前記アクチュエータとの間に備える。
第1実施形態の減速装置の概略断面図である。 図1の領域S1の拡大図である。 図1の領域S2の拡大図である。 図1のA−A断面図の概略図である。 第2実施形態の減速装置の概略断面図である。 本実施形態の減速装置を用いたカメラを説明する図である。
以下、図面等を参照して、実施形態について説明する。
図1は、実施形態の減速装置1の概略断面図である。図2は図1の領域S1の拡大図である。図3は図1の領域S2の拡大図である。図4は図1のA−A断面図の概略図である。
図示するように、減速装置1は、太陽ローラ10と、太陽ローラ10周囲に配置される複数の遊星ローラ20と、遊星ローラ20に連結された出力軸30とを備える。
さらに、減速装置1は、太陽ローラ10および遊星ローラ20の外周を覆う有底円筒形であって、出力軸30が挿通する出力軸挿通孔41が設けられた外殻部40と、外殻部40の上部の開口部42を覆うとともに太陽ローラ10が挿通する太陽ローラ挿通孔58が設けられた蓋部50とを備える。
なお、本明細書において、図1における蓋部50側を上、外殻部40の底部44側を下として説明する。
太陽ローラ10は軸線(太陽軸線A1)を中心として回転可能な円柱部材で、上端は図示しないアクチュエータの出力軸に連結され、アクチュエータの出力軸の回転により回転
駆動される。
太陽ローラ10は、上述のように蓋部50の太陽ローラ挿通孔58を挿通している。
太陽ローラ10は、蓋部50の上部における太陽ローラ挿通孔58の外周に取り付けられた第1軸受54によって、太陽軸線A1を中心として回転可能かつ径方向に移動不能に支持されている。
太陽ローラ10は、鍔部11を有し、鍔部11の上面と蓋部50の下面との間には回転ロール52が挟持されている。
太陽ローラ10の鍔部11は、後述する蓋部50のバネ力によって、回転ロール52を挟持した状態でスラスト方向に加圧され、かつ、回転ロール52によって回転可能となっている。
なお、太陽ローラ10を蓋部50に対して回転可能かつスラスト方向に加圧する構造は、実施形態の回転ロール52に限定されず、たとえば、すべり方式であっても良い。
太陽ローラ10は、鍔部11が取り付けられている部分を含む大径部10aと、その下部に設けられた大径部10aより小径の小径部10bとを有する。
大径部10aと小径部10bとの間には、径が徐々に変化する斜面(テーパ)が設けられている。この斜面は、図1および図2に示す断面において、太陽軸線A1に対して所定角度で傾いた直線状で、遊星ローラ20と接触する太陽側接触部12となっている。
遊星ローラ20は、太陽ローラ10の下部の外周に、互いに120°の間隔をあけて3つ配置されている。ただし遊星ローラ20の数および配置の角度はこれに限定されない。
遊星ローラ20は、図1に示すように断面T字型であり、大環部21と、大環部21の下部に設けられた小環部22とを有する。
遊星ローラ20の中央には遊星軸部23が、軸受23aを介して通挿されている。遊星ローラ20は遊星軸部23の中心(遊星軸線A2)の周りを回転可能に保持され、上下に移動可能である。
図2に示すように、遊星ローラ20の大環部21の外周は、遊星側第1接触部21aで、断面が真円、楕円の円弧状等の曲線状に形成されている。ただし、真円、楕円の円弧状に限定されず、角部を有さない丸みを帯びた形状であればよい。
遊星ローラ20の小環部22の外周の下端は、図3に示すように遊星側第2接触部22aで、遊星側第1接触部21aと同様に、断面が真円、楕円の円弧状等の曲線状に形成されている。ただし、遊星側第1接触部21aと同様に、真円、楕円の円弧状に限定されず、角部を有さない丸みを帯びた形状であればよい。
外殻部40は、上述のように、太陽ローラ10および遊星ローラ20の外周を覆う有底円筒形で、円筒部43と、その円筒部43の下端に設けられた底部44とを有する。
上述したように、底部44の中央部には、出力軸30が貫通する円形の出力軸挿通孔41が設けられている。底部44の外面の出力軸挿通孔41の周囲には第2軸受47が配置されている。
円筒部43は、上端から所定長さの範囲において内径が拡大するように肉薄になっており、内径側に段部45が設けられている。
外殻部40の内部の、底部44と円筒部43との角部には、円環部材60がねじ62によって取り付けられている。
円環部材60は、図1に示す断面において、矩形の角部が斜めに切断されたような5角形の形状であり、外周は外殻部40の円筒部43の内周と接触している。
円環部材60の内径側の上方の角部は、図1および図3に示す断面において太陽軸線A1に対して所定角度で傾いた直線状となるよう斜面(テーパ)で、遊星側第2接触部22aと接触する外殻側接触部61となっている。
蓋部50は、外殻部40の円筒部43と、内径および外径が等しい蓋部円筒部51と、蓋部円筒部51の上端を覆う上板部53と、を備える。
蓋部円筒部51の、下端の内径側には所定長さの段部55が形成されている。段部55は上述の段部45と係合する。
上板部53はバネ部材で製造されている。また、上述したように太陽ローラ挿通孔58の周囲には第1軸受54が配置されている。
蓋部50の縁部近傍には、ねじ56を挿入する孔57が設けられ、蓋部50を外殻部40に装着する際には、段部45,55を係合させることにより蓋部50を位置決めし、孔57にねじ56を挿入する。
外殻部40の上部には、ねじ孔46が設けられており、ねじ56をそのねじ孔46に螺合することにより、蓋部50は外殻部40に固定される。
なお、本実施形態では上板部53をバネ部材で製造し、減速装置1の組み上げ時に加圧力が作用する構造としたが、加圧力を発生させる構造はこれに限定されず、遊星ローラ20の遊星軸部23、遊星ローラ保持部31、若しくは太陽軸にスラスト加圧用コイルばねを設置することで実現してもよい。
いずれの加圧力も、蓋部50を締結することで作用する構造とすることが好ましい。
出力軸30は、出力軸線A3を中心とした回転部材で、外殻部40の内部に配置される遊星ローラ保持部31と、遊星ローラ保持部31の中央下面から出力軸挿通孔41を通って下方に延びる出力部32とを備える。
出力部32は、太陽ローラ10に連結された不図示のアクチュエータからの回転駆動力を伝達する伝達機構に連結される。伝達機構は、回転駆動力を直進駆動力として伝達し、たとえばレンズ群を直進駆動することに用いられる。
遊星ローラ保持部31は遊星ローラ20の遊星軸部23の下端を保持する軸保持孔33を、出力軸線A3の周りに120°の間隔で均等に3つ備える。
遊星ローラ保持部31の中央部の下部には下方に向かって出力部32が延びている。
出力部32は、出力軸挿通孔41を挿通し、第2軸受47によって回転可能かつ径方向に移動不能に支持され、図示しない被駆動部に取り付けられている。
なお、各ローラの静摩擦駆動伝達部には、トラクションオイルやグリスで表面を覆っておくことが好ましい。
ここで、上述のように太陽側接触部12は、図2に示すように、太陽軸線A1に対して所定角度で傾いた直線状である。
そして、遊星ローラ20が太陽ローラ10に対して接する接触部(遊星側第1接触部21a)において、その接触部に接する接線L1は、太陽側接触部12に沿うので、接線L1は太陽軸線A1に対して傾くことになる。
また、遊星ローラ20の大環部21の遊星側第1接触部21aの曲率は、バネ部によるたわみ半径相当のr12(図1に図示)より小さいことが好ましい。これにより、r12相当部分で生じるたわみのため、遊星側第1接触部21aおよび太陽側接触部12の位置がずれることで生じる減速比のドリフトや周期内変動を抑えやすくなる。
さらに、この遊星ローラ20大環部21の遊星側第1接触部21aにおいて接する接線の方向が、相手側の太陽ローラ10の太陽側接触部12と平行になることが好ましい。
また、円環部材60の内径側の上方の角部は、図1および図3に示す断面において太陽軸線A1に対して所定角度で傾いた直線状である。
そして、遊星ローラ20の円環部材60に対する接触部(遊星側第2接触部22a)において、その接触部と接する接線L2は、外殻側折衝部61に沿うので、太陽軸線A1に対して傾いている。
また、遊星ローラ20の内歯相当ローラ部の、遊星ローラ20の小環部22の遊星側第2接触部22aの曲率が、バネ部によるたわみ半径相当のr24(図1に図示)より小さいことが好ましい。これにより、r24相当部分で生じるたわみのため、遊星側第2接触部22aおよび小環部22の位置がずれることで生じる減速比のドリフトや周期内変動を抑えやすくなる。
また、この遊星ローラ20の小環部22の遊星側第2接触部22aにおいて接する接線の方向が、相手側の円環部材60の外殻側接触部61と平行になることが好ましい。
なお、減速装置1の太陽ローラ10および遊星ローラ20の各ローラ径、および減速比の設計式は、内歯相当ローラ部(太陽ローラ)を機械的接地とする遊星ローラ20の減速機機構での、ローラ同士の静摩擦伝達の(接触しあうローラの伝達円周長が等しくなる)原則に基づき、以下となる
ここで、
r1:太陽ローラ10の太陽側接触部12の太陽軸線A1からの距離
r2:遊星ローラ20の遊星側第1接触部21aの遊星軸線A2からの距離
r2’:遊星ローラ20の遊星側第2接触部22aの遊星軸線A2からの距離
r4:遊星ローラ20の外殻側接触部61の太陽軸線A1からの距離
θ1:太陽ローラ10の太陽軸線A1を中心とした自転回転角度
θ2:遊星ローラ20の遊星軸線A2を中心とした自転回転角度
θ4:遊星ローラ20の太陽軸線A1を中心とした公転回転角度
である。
例えば減速例1として、
r1=0.2mm、r2=0.8mm、r2’=0.2mm、r4=1.2mm のとき、減速比:θ4/θ1=0.2/0.8*0.2/1.2=1/24となる。
例えば減速例2として、
r1=0.4mm、r2=1.2mm、r2’=0.2mm、r4=1.8mm のとき、減速比:θ4/θ1=0.4/1.2*0.2/1.8=1/3*1/9=1/27となる。
例えば減速例3として、
r1=0.6mm、r2=1.8mm、r2’=0.4mm、r4=2.8mm のとき、減速比:θ4/θ1=0.6/1.8*0.4/2.8=1/3*1/7=1/21となる。
例えば減速例4として、
r1=0.4mm、r2=1.6mm、r2’=0.4mm、r4=2.4mm のとき、減速比:θ4/θ1=1/24となる。
次に、減速装置1の組立方法について説明する。
(1)まず、出力軸30の遊星ローラ保持部31に設けられた軸保持孔33に、遊星ローラ20の遊星軸部23を挿入する。軸保持孔33は、出力軸線A3の周りに120°の間隔で均等に3つ設けられているため、遊星ローラ20は、出力軸線A3の周りに120°の間隔で均等に配置される。
(2)蓋部50が装着されていない外殻部40の内部に、遊星ローラ20が保持された出力軸30を挿入し、出力軸30の端部を、底部44に設けられた出力軸挿通孔41より外に出す。
そうすると、遊星ローラ20の遊星側第2接触部22aは、円環部材60の外殻側接触部61と接触する。
出力軸30は第2軸受47によって、外殻部40の底部44に回転可能に支持され、出力軸30の出力軸線A3は外殻部40の中心に配置される。
このとき、外殻側接触部61は、太陽軸線A1に対して所定角度で傾いた直線状となる斜面であり、遊星側第2接触部22aは、断面が真円、楕円の円弧状等の曲線状に形成されているので、外殻側接触部61と遊星側第2接触部22aとは面接触せず、点接触する。
(3)蓋部50の内側から、太陽ローラ10の大径部10a側を挿入し、大径部10a側の端部を蓋部50の太陽ローラ挿通孔58より外に出す。
太陽ローラ10は、第1軸受54によって、蓋部50に回転可能に保持される。また、太陽ローラ10の鍔部11と蓋部50とは、回転ロール52を挟んで対向配置される。
(4)この状態で、蓋部50を外殻部40上に配置する。蓋部50の段部55は、外殻部40の円筒部43の段部45と係合し、蓋部50は外殻部40に対して位置決めされ、太陽ローラ10が外殻部40に対してセンタリングされる。これにより、出力軸線A3と太陽軸線A1とが一致する。
なお、本実施形態では、外殻部40および蓋部50の内側に段部45,55を設けたが、これに限定されず、たとえば外側に端部を設けても良い。
蓋部50をねじ56により外殻部40に固定すると、上板部53のバネ力により、鍔部11はボールを挟んで加圧される。
そして、太陽側接触部12は、遊星側第1接触部21aと接触する。
このとき、太陽側接触部12は、太陽軸線A1に対して所定角度で傾いた直線状となる斜面であり、遊星側第1接触部21aは、断面が真円、楕円の円弧状等の曲線状に形成されているので、太陽側接触部12と遊星側第1接触部21aとは面接触せず、点接触する。
板部53のバネ力により、太陽ローラ10の鍔部11が下方に加圧されているので、太陽側接触部12は、遊星側第1接触部21aを加圧し、遊星側第2接触部22aは、外殻側接触部61を加圧する。すなわち、遊星ローラ20は、太陽ローラ10と、円環部材60との間に圧力が加わった状態で保持される。
したがって太陽ローラ10が図示しない駆動装置により回転すると、この回転力は、遊星ローラ20に伝達され、遊星ローラ20は、各自の遊星軸線A2を中心として自転しつつ、太陽ローラ10の太陽軸線A1を中心として公転する。
遊星ローラ20の太陽軸線A1を中心とした回転により、出力軸30は、所定の減速比で回転する。
(効果)
(1)本実施形態によると、蓋部50の上板部53のバネ力によって太陽ローラ10が下方に加圧される。これにより太陽ローラ10の太陽側接触部12は、遊星側第1接触部21aを下方に加圧する。このとき、太陽側接触部12と遊星側第1接触部21aとの接点における接線は、太陽軸線A1に対して斜めである。
したがって、下方への加圧力は、遊星ローラ20を太陽軸線A1および遊星軸線A2に対して垂直な方向に押す分力を生じる。
これによって、太陽ローラ10が回転したときに、摩擦力によって遊星ローラ20を回転することができる。
垂直方向の加圧力を調整することで、遊星ローラ20を回転するための加圧力を調整することができるので、遊星ローラ20を回転するための加圧力を付与する構成をコンパクト化することができる。
(2)遊星機構を用いるため、従来ギアモジュールに比べて、モータと同軸上又は並列軸上であってコンパクトな構造で高減速比を得ることができる。
(3)高減速比が取れるため、駆動伝達方向を実質減速方向のみに限定できる。そのためAFモータモジュールへ適用すると静止時保持力を持たせることが可能となる。
(4)高減速比が取れるため、駆動伝達方向を実質減速方向のみに限定できる。そのため一方向出力となるリードスクリュー方式の代替になり、リードスクリュー方式に比べリード方向へ大幅なコンパクト化が可能である。
(5)駆動伝達面を金属材、酸化金属材(セラミックス)系で構成できるため、伝達効率がゴムローラ式に比べ非常に高く、耐久性も高い。
(6)本実施形態によると、ギアを用いない構造なので、バックラッシュがない。したがって、往復動駆動時の衝撃がない。
(7)ギア構造と異なり静摩擦伝達駆動のため、ノイズの発生がほぼ無い。
(8)本実施形態によると、太陽側接触部12と遊星側第1接触部21aとの間、遊星側第2接触部22aと外殻側接触部61との間は点接触である。
面接触の場合、圧力が小さくなるので、滑り等により回転力がうまく伝わらない可能性があるが、本実施形態によると点接触であるので、加圧力が集中し、面圧が大きくなるので、力が伝達しやすい。
(9)また、面接触の場合、点接触の場合、3つの遊星ローラ間に均等に力を加えやすい。
(10)さらに面接触ではなく点接触なので、接触部間の接触面積が減少するので、接触部が凝着してしまうことが防止される。
(11)太陽ローラ10の周囲の遊星ローラ20の配置は、120°の三か所なので太陽ローラ10が安定し、太陽ローラ10をセンタリングすることができる。
(12)遊星ローラ20は、遊星側第1接触部21aにおいてスラスト負担するため、遊星ローラ20にスラストベアリングを配置しなくてもよい。
(第2実施形態)
図5は第2実施形態の減速装置100を示す図である。減速装置100が減速装置1と異なる点は、太陽ローラ101にコイルばね102が配置されている点である。その他の構成については第1実施形態の減速装置1と同様であるので説明を省略する。
減速装置100は、大径部10aの鍔部11の下で、上部101aと下部101bとに分離されている。上部101aは、鍔部11の下方に延びる延在部103を備える。下部101bは、延在部103が挿入可能な挿通孔104を備える。延在部103の外周にコイルばね102が装着され、その状態で延在部103は挿通孔104に保持されている。
本実施形態によると、蓋部50を取り付けるだけで、コイルばね102のバネ力により、太陽側接触部12と遊星側第1接触部21aとの間、遊星側第2接触部22aと外殻側接触部61との間に加圧力を与えることができる。よって加圧力を付与する構成がコンパクト化し、かつ加圧力調整がシンプルになる。
本実施形態においても第1実施形態と同様に、第1実施形態に記載した(2)〜(12)の効果を得ることができる。
なお、実施形態および変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
図6は、本実施形態の減速装置1を用いたカメラ201を説明する図である。
カメラ201は、撮像素子202を有するカメラボディ203と、レンズ群を有するレンズ鏡筒204とを備えている。
レンズ鏡筒204は、カメラボディ203に着脱可能な交換レンズであるが、カメラボディ203と一体型のレンズ鏡筒としてもよい。レンズ鏡筒204は、レンズ保持枠205、カム筒206、ギア207、減速装置1、モータ208等を備えている。
モータ208は、超音波モータやステッピングモータ等のアクチュエータが用いられ、カメラ201の焦点調節動作時にレンズ保持枠205を駆動する駆動源として用いられる。モータ208の回転軸は減速装置1の太陽ローラ10に連結されており、減速装置1の出力軸30にはギア207が取り付けられている。ギア207は、カム筒206の外周に設けられた外歯ギアに噛み合っている。
レンズ保持枠205は、レンズ群205aを保持しており、外周にはカムフォロワ205bが設けられている。カムフォロワ205bはカム筒206に設けられたカム溝206aに係合しており、レンズ枠205は、カム筒206に保持されながら、カム筒206の回転により光軸方向(図6中に示す、矢印O方向)に移動可能である。
以上のような構成により、モータ208から得られた回転駆動力は、減速装置1、ギア207を介してカム筒206に伝えられ、カム筒206が回転することによりレンズ保持枠205が矢印O方向に移動する。このようにして、レンズ群205aも矢印O方向に移動し、焦点調節動作がなされる。
図6において、レンズ鏡筒204内に設けられたレンズ群205aによって、カメラボディ203内に設けられた撮像素子202の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子202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。
A1:太陽軸線、A2:遊星軸線、A3:出力軸線、1:減速装置、10:太陽ローラ、10a:大径部、10b:小径部、11:鍔部、12:太陽側接触部、20:遊星ローラ、21:大環部、21a:遊星側第1接触部、22:小環部、22a:遊星側第2接触部、23:遊星軸部、23a:軸受、30:出力軸、31:遊星ローラ保持部、32:出力部、33:軸保持孔、40:外殻部、41:出力軸挿通孔、42:開口部、43:円筒部、44:底部、45:段部、47:第2軸受、46:孔、50:蓋部、58:太陽ローラ挿通孔、51:蓋部円筒部、52:回転ロール、53:上板部、54:第1軸受、55:段部、57:孔、60:円環部材、61:外殻側接触部、100:減速装置、101:太陽ローラ、101a:上部、101b:下部、102:コイルばね、103:延在部、104:挿通孔、201:カメラ、203:カメラボディ、204:レンズ鏡筒、205:レンズ保持枠、206カム筒、207:ギア、208、モータ

Claims (10)

  1. 第1軸線を中心として回転する第1ローラと、
    前記第1ローラの周りに配置され、前記第1ローラと接触して加圧され、前記第1ローラの回転によって、前記第1軸線を中心として公転するとともに、各々の軸線である第2軸線を中心として自転する複数の第2ローラと、
    前記第1ローラを前記第1軸線の方向に加圧する加圧部と、を備え、
    前記第1ローラと前記第2ローラとが接触する接触部に接する接線が、前記第1軸線に対して傾いており
    前記第2ローラは、前記第1軸線の方向に移動可能である減速装置。
  2. 請求項1に記載の減速装置において、
    前記第1ローラの前記第2ローラに対する接触部である第1接触部、および、前記第2ローラの前記第1ローラに対する接触部である第2接触部のうちの一方は、前記第1軸線に沿った断面形状が曲線状である減速装置。
  3. 請求項2に記載の減速装置において、
    前記第1接触部および前記第2接触部のうちの他方は前記第1軸線に沿った断面形状が直線状である減速装置。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載の減速装置において、
    前記第2ローラの外周に配置され、前記第2ローラと接触して加圧され、前記第2ローラが自転しつつ内周を公転する円環部材を備え、
    前記第2ローラと前記円環部材とが接触する接触部の接する接線が、前記第1軸線に対して傾いている減速装置。
  5. 請求項に記載の減速装置において、
    前記円環部材の前記第2ローラに対する接触部である第3接触部、および、前記第2ローラの前記円環部材に対する接触部である第4接触部のうちの一方は、前記第1軸線に沿った断面形状が曲線状である減速装置。
  6. 請求項5に記載の減速装置において、
    前記第3接触部および前記第4接触部のうちの他方は前記第1軸線に沿った断面形状が直線状である減速装置。
  7. 請求項1から6のいずれか1項に記載の減速装置において、
    前記第1ローラおよび前記第2ローラの外周を覆う外装部と、
    前記外装部の開口部を覆い、前記第1ローラを相対回転可能に保持する蓋部と、を備え、
    前記加圧部は、前記蓋部を前記外装部に装着することにより、前記第1ローラを前記第1軸線に沿った方向に加圧する減速装置。
  8. 請求項7に記載の減速装置において、
    前記加圧部は、前記蓋部に設けられた板バネである減速装置。
  9. 請求項1から8のいずれか1項に記載の減速装置において、
    前記第2ローラは前記第1ローラの周囲に3以上配置され、前記第2ローラによって前記第1ローラがセンタリングされる減速装置。
  10. 駆動力を発生するアクチュエータと、
    前記駆動力をレンズに伝達して駆動する駆動部と、を有し、
    請求項1からのいずれか1項に記載の減速装置を、前記駆動部と前記アクチュエータとの間に備える光学機器。
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