JP7451079B2

JP7451079B2 - 駆動装置

Info

Publication number: JP7451079B2
Application number: JP2018239596A
Authority: JP
Inventors: 力横塚
Original assignee: NIDEC PRECISION CORPORATION
Current assignee: NIDEC PRECISION CORPORATION
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2024-03-18
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: CN211852706U; JP2020101233A

Description

本発明は、駆動装置に係り、特にレンズやカメラなどの駆動対象物を軸方向に沿って移動させる駆動装置に関するものである。

近年、レーザ照射型ディスク装置やスマートフォンなどの電子機器においては、レンズやカメラなどを必要に応じて移動させる機構（駆動装置）が搭載されることが増えてきている。例えば、カメラを備えたスマートフォンにおいては、カメラをスマートフォン本体から出し入れする機能を付加することがある。このようなレンズやカメラなどの駆動対象物を移動させるために、例えばリードスクリューを用いた駆動装置を用いることが考えられる（例えば、特許文献１参照）。

このようなリードスクリューを用いた駆動装置においては、リードスクリューに取り付けられた可動部にレンズやカメラなどの駆動対象物が固定され、モータの回転を歯車機構により減速してリードスクリューを回転させることにより駆動対象物を軸方向に移動するようになっている。一般的に、このような歯車機構やリードスクリューを支持するフレームなどは、小さくて複雑な構造の成形に好適な金属粉末射出成形（ＭＩＭ（Metal Injection Molding））により形成されている。

しかしながら、ＭＩＭを用いた成形では、焼結時に材料の収縮が生じるため、成形された部品の寸法精度が十分に確保できず、装置の性能にも影響を与えるという問題がある。また、製造コストの観点から、ＭＩＭ成形材料に代えて安価な樹脂を使用したいという要望もある。一方で、樹脂により成形した部品は、ＭＩＭ成形材料により成形した部品に比べて強度や放熱性の点で劣るという問題がある。

中国実用新案公告第２０７５２６９７９号明細書

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、全体としての強度を維持しつつ、寸法精度の高い部品を用いて性能を向上させることができる安価な駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、全体としての強度を維持しつつ、寸法精度の高い部品を用いて性能を向上させることができる安価な駆動装置が提供される。この駆動装置は、駆動対象物を軸方向に沿って移動させるために使用される。上記駆動装置は、金属粉末射出成形材料からなるフレームと、上記軸方向に延びるリードスクリューと、可動フランジ部と、上記リードスクリューに連結される歯車機構と、上記歯車機構の一部を構成する内歯車が内周面に一体的に形成されたギアケースと、上記ギアケース内の上記歯車機構を介して上記リードスクリューを回転させるモータとを備える。上記可動フランジ部は、上記リードスクリューに螺合するナット部と、上記駆動対象物が取り付けられる取付部とを有する。上記ギアケースは樹脂により形成される。上記フレームは、上記リードスクリューを支持するフランジと、該フレーム内に一体的に形成されたギア収容部であって、内部に上記ギアケースを固定的に収容し、上記ギアケースの外周を覆うギア収容部とを有する。上記ギアケースの外周面は上記ギア収容部の内周面に密着する。

このように、ギアケースを樹脂により形成することにより、ギアケースを金属粉末射出成形材料により形成する場合に比べて、安価な構成とすることができるとともに、ギアケースの寸法精度を高めることができる。したがって、駆動装置の製造コストを低減することができ、組み立てられた駆動装置の性能も向上する。また、このようにギアケースを樹脂により形成した場合においても、ギアケースを覆うギア収容部が金属粉末射出成形材料により構成されているため、駆動装置全体の強度を確保することができる。

上記モータは、上記フレームの上記ギア収容部の端部に固定されることが好ましい。従来のように金属粉末射出成形材料で形成したギアケースを用いる場合には、ギアケースとフレームとの間及びギアケースとモータとの間の２箇所を溶接や接着材により結合する必要があるが、ギアケースはフレームのギア収容部の内部に収容されているため、ギアケースとフレームとの間を溶接や接着材により結合する必要がなくなる。これにより、結合箇所が１箇所となるので、駆動装置の組立工数を少なくすることができる。また、相対的に強度が低くなる結合箇所が２箇所から１箇所に減るため、駆動装置全体の部品保持強度を高くすることができる。さらに、モータは、金属粉末射出成形材料からなるフレームのギア収容部の端部に固定されているため、モータで発生した熱がフレームを通って効果的に外部に放出される。

本発明によれば、ギアケース及び歯車機構を樹脂により形成することにより、これらの部材を金属粉末射出成形材料により形成する場合に比べて、安価な構成とすることができるとともに、部材の寸法精度を高めることができる。したがって、駆動装置の製造コストを低減することができ、組み立てられた駆動装置の性能も向上する。また、このようにギアケース及び歯車機構を樹脂により形成した場合においても、ギアケースを覆うギア収容部が金属粉末射出成形材料により構成されているため、駆動装置全体の強度を確保することができる。

図１は、本発明の一実施形態における駆動装置を駆動対象物とともに示す正面図である。図２は、図１の駆動装置の分解斜視図である。図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。

以下、本発明に係る駆動装置の実施形態について図１から図３を参照して詳細に説明する。なお、図１から図３において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図３においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

図１は、本発明の一実施形態における駆動装置１を駆動対象物としてのカメラユニット２とともに示す正面図である。例えば、駆動装置１は、スマートフォン本体３の内部に設けられるものであり、撮像レンズ及び撮像素子を含むカメラユニット２をＺ方向に移動させるものである。図１は、カメラユニット２が使用されていない状態を示しており、この状態ではカメラユニット２がスマートフォン本体３の内部に収容されている。カメラを使用する際には、駆動装置１によりカメラユニット２を上方に移動して、カメラユニット２をスマートフォン本体３から外部に突出させる。なお、本実施形態では、便宜的に、図１における＋Ｚ方向を「上」又は「上方」といい、－Ｚ方向を「下」又は「下方」ということとする。

図２は駆動装置１を示す分解斜視図、図３は図２のＡ－Ａ線断面図である。図３においては、一部の部材のみが断面で示されている。図１から図３に示すように、駆動装置１は、ＭＩＭ成形材料からなるフレーム１０と、フレーム１０に取り付けられたステッピングモータ２０とを含んでいる。フレーム１０は、＋Ｚ方向側に設けられた上側フランジ１１と、－Ｚ方向側に設けられた下側フランジ１２と、下側フランジ１２の－Ｚ方向側に設けられたギア収容部１３とを有している。ステッピングモータ２０は、フレーム１０のギア収容部１３の－Ｚ方向側の端部１３Ａに例えば溶接により固定される。なお、本明細書において「ＭＩＭ成形材料」は、金属粉末とバインダーを混合し、射出成形した後、焼結することにより得られる材料を意味する。

また、駆動装置１は、フレーム１０の下側フランジ１２と上側フランジ１１との間でＺ方向（軸方向）に延びるリードスクリュー３０と、フレーム１０の下側フランジ１２と上側フランジ１１との間でＺ方向に延びるガイドシャフト３２と、リードスクリュー３０に係合しつつガイドシャフト３２上をＺ方向に沿って摺動可能な可動フランジ部４０とを備えている。可動フランジ部４０は、リードスクリュー３０に螺合するナット部４２と、ガイドシャフト３２にガイドされつつガイドシャフト３２上を摺動可能な摺動部４４と、カメラユニット２が取り付けられる取付部４６とを有している。可動フランジ部４０の取付部４６に取り付けられたカメラユニット２は、可動フランジ部４０とともにＺ方向に移動するようになっている。

図２に示すように、フレーム１０のギア収容部１３の内部には、円筒状の空間Ｓが形成されており、－Ｚ方向側の端部が開放されている。このギア収容部１３の内部には、樹脂から形成される円筒状のギアケース５０が収容されている。このように、フレーム１０のギア収容部１３は、内部に樹脂製のギアケース５０を収容しつつ、その外周を覆うものである。

ギアケース５０の内周面には内歯車５１が形成されており、ギアケース５０の内部には、前段ギアユニット５５Ａ及び後段ギアユニット５５Ｂからなるギアアセンブリ５２が収容されている。前段ギアユニット５５Ａ及び後段ギアユニット５５Ｂは、それぞれ太陽歯車、遊星歯車、及び遊星キャリアを含んでいる。前段ギアユニット５５Ａに含まれる太陽歯車、遊星歯車、及び遊星キャリアは、ギアケース５０と同様に樹脂から構成されている。後段ギアユニット５５Ｂに含まれる太陽歯車、遊星歯車、及び遊星キャリアは、ＭＩＭ成形材料で構成されている。後段ギアユニット５５Ｂは、前段ギアユニット５５Ａに比べて減速比が大きく、より大きな荷重がかかるが、このような後段ギアユニット５５ＢをＭＩＭ成形材料で構成することで、後段ギアユニット５５Ｂに含まれる歯車の摩耗を低減することができる。ギアケース５０の－Ｚ方向型の端部には、ステッピングモータ２０のモータシャフト（図示せず）が挿通される貫通孔５４Ａが形成されたフランジ５４が取り付けられている。

前段ギアユニット５５Ａの太陽歯車には、ステッピングモータ２０のモータシャフトに連結される入力軸５６が形成されており、後段ギアユニット５５Ｂのキャリアには、リードスクリュー３０の下端部に連結される出力軸５８が形成されている。後段ギアユニット５５Ｂの出力軸５８には、周方向に沿って伸びる溝５８Ａが形成されており、この溝５８Ａにはワッシャ６０が嵌め込まれている。このようなギアケース５０の内歯車５１及びギアアセンブリ５２により、ステッピングモータ２０のモータシャフトの回転を減速してリードスクリュー３０に伝達する遊星歯車機構５３が構成される。

リードスクリュー３０の上端部は、ベアリング７０を介してフレーム１０の上側フランジ１１に固定されており、リードスクリュー３０は、ベアリング７０によりフレーム１０に対して回転可能に構成されている。なお、ベアリング７０は固定プレート７２によって軸方向の位置が固定されている。

このような構成において、ステッピングモータ２０を駆動すると、ステッピングモータ２０のモータシャフトの回転が遊星歯車機構５３を介してリードスクリュー３０に伝達され、リードスクリュー３０が回転するようになっている。リードスクリュー３０が回転すると、リードスクリュー３０に螺合するナット部４２を介して可動フランジ部４０及びこれに取り付けられたカメラユニット２が上下動するようになっている。

このように、本実施形態では、ギアケース５０及びその内部のギアアセンブリ５２の一部（前段ギアユニット５５Ａの太陽歯車、遊星歯車、及び遊星キャリア）を樹脂により形成している。樹脂による成形はＭＩＭによる成形よりも安価であるため、このようにギアケース５０及びギアアセンブリ５２の一部を樹脂により形成することで、すべてをＭＩＭ成形材料により形成する場合に比べて、安価な構成とすることができ、駆動装置１の製造コストを低減することができる。また、樹脂による成形品はＭＩＭによる成形品よりも寸法精度が良いため、ギアケース５０及びギアアセンブリ５２の一部を樹脂により形成することで、すべてをＭＩＭ成形材料により形成する場合に比べて、部品の寸法精度を高めることができ、これらの部品を用いて組み立てられた駆動装置１の性能も向上する。一方、ギアケース５０を樹脂により形成した場合には、その強度が問題となるが、ギアケース５０を覆うフレーム１０のギア収容部１３がＭＩＭ成形材料により構成されているため、駆動装置１全体の強度は維持される。

従来のようにＭＩＭ成形材料で形成したギアケースを用いた場合には、ギアケースとフレームとの間及びギアケースとモータとの間の２箇所を溶接又は接着材により結合する必要がある。これに対して、本実施形態では、ギアケース５０はフレーム１０のギア収容部１３の内部に収容されているため、ギアケース５０とフレーム１０との間を溶接や接着材により結合する必要がなくなる。これにより、結合箇所が１箇所となるので、駆動装置１の組立工数を少なくすることができる。また、相対的に強度の低くなる結合箇所が２箇所から１箇所に減るため、駆動装置１全体の部品保持強度を高くすることができる。さらに、ステッピングモータ２０は、ＭＩＭ成形材料からなるフレーム１０のギア収容部１３の端部１３Ａに固定されるため、ステッピングモータ２０で発生した熱はフレーム１０を通って効果的に外部に放出される。

上述した実施形態では、リードスクリュー３０を回転させるためにステッピングモータ２０を用いた例を説明したが、リードスクリュー３０を回転させるモータはステッピングモータに限られるものではない。ただし、カメラユニット２の移動量を正確に制御するためには、リードスクリュー３０を回転させるモータとしてステッピングモータを用いることが好ましい。

また、上述した実施形態では、ステッピングモータ２０の出力軸の回転を減速する歯車機構として遊星歯車機構５３を用いた例を説明したが、ステッピングモータ２０の出力軸の回転を減速する歯車機構としては任意の歯車機構を用いることができる。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１駆動装置
２カメラユニット
３スマートフォン本体
１０フレーム
１１上側フランジ
１２下側フランジ
１３ギア収容部
１３Ａ端部
２０ステッピングモータ
３０リードスクリュー
３２ガイドシャフト
４０可動フランジ部
４２ナット部
４４摺動部
４６取付部
５０ギアケース
５１内歯車
５２ギアアセンブリ
５３遊星歯車機構
５４フランジ
５５Ａ前段ギアユニット
５５Ｂ後段ギアユニット
５６入力軸
５８出力軸
６０ワッシャ
７０ベアリング
７２固定プレート

Claims

駆動対象物を軸方向に沿って移動させる駆動装置であって、
金属粉末射出成形材料からなるフレームと、
前記軸方向に延びるリードスクリューと、
前記リードスクリューに螺合するナット部と、前記駆動対象物が取り付けられる取付部とを有する可動フランジ部と、
前記リードスクリューに連結される歯車機構と、
前記歯車機構の一部を構成する内歯車が内周面に一体的に形成されたギアケースと、
前記ギアケース内の前記歯車機構を介して前記リードスクリューを回転させるモータと
を備え、
前記ギアケースは樹脂により形成され、
前記フレームは、
前記リードスクリューを支持するフランジと、
該フレーム内に一体的に形成されるギア収容部であって、内部に前記ギアケースを固定的に収容し、前記ギアケースの外周を覆うギア収容部と
を有し、
前記ギアケースの外周面は前記ギア収容部の内周面に密着する、
駆動装置。
前記モータは、前記フレームの前記ギア収容部の端部に固定される、請求項１に記載の駆動装置。