JP6091973B2 - 直進移動体の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、直進移動体を直進移動させる駆動装置に関し、特に直進移動体を駆動させる際の振動を抑制する機構に関する。

例えば撮影レンズのフォーカシングレンズ群（直進移動体）を、回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構に代えて、永久磁石とコイルによるボイスコイルモータ（リニア駆動機構）で直進駆動する駆動装置を備えたカメラが知られている。このタイプの駆動装置では、ボイスコイルモータの発振に対する不要な共振を抑制するために、直進移動体を直進案内する直進ガイド部にグリスを塗布する対策がとられていた（特許文献１）。しかし、グリスの塗布量を均一にすることが難しいこと、グリスの粘度の温度依存性が大きいこと、経年変化によりグリスの効果が低下しやすいこと等が原因で、安定した性能を得にくかった。また、グリスが漏れて他の部品に付着しやすいという問題もあった。

特開２０１１-２０３３８５号公報

本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で確実に駆動時の振動を抑えることが可能な直進移動体の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の直進移動体の駆動装置は、支持部材；支持部材に対して直進移動可能に支持される直進移動体；直進移動体に直進移動方向への駆動力を与えるリニア駆動手段；支持部材と直進移動体の一方に設けた、直進移動体の直進移動方向に向けて形成される中空部を有するシリンダ部；支持部材と直進移動体の他方に設けた、シリンダ部内に摺動可能に挿入されるピストン部；を有し、リニア駆動機構により直進移動体を駆動させるときの振動を、シリンダ部内をピストン部が移動するときの空気抵抗によって抑制するものであり、以下の構成を有することを特徴としている。

第1の形態として、直進移動体の移動方向に延設される少なくとも１つのガイド軸と、該ガイド軸を支持固定させるホルダによって支持部材を構成した上で、内部が中空状でガイド軸を挿通させる外側筒状部をホルダに形成し、ガイド軸の外周面と外側筒状部の内周面の間に摺動可能に挿入される内側筒状部を直進移動体に形成し、ホルダの外側筒状部をシリンダ部、直進移動体の内側筒状部をピストン部として用いることが可能である。

この形態では、直進移動体の内側筒状部に、外側筒状部の内周面に対して接触しない小径筒部と、外側筒状部の内周面に対して摺動可能に接する摺動環状部を設け、該摺動環状部に外側筒状部の内外での空気流通を可能にさせる連通部を形成することが好ましい。

第２の形態として、直進移動体の移動方向に延設される少なくとも１つのガイド軸を支持部材として備え、このガイド軸を挿通させる中空部が内部に形成され該ガイド軸の外周面に対して摺動可能に支持される筒状部を直進移動体に設け、ガイド軸の外周面上に筒状部の内周面に対して摺動可能に接する摺動環状部を設け、直進移動体の筒状部をシリンダ部、ガイド軸上の摺動環状部をピストン部として用いることが可能である。

この形態では、直進移動体の筒状部がその端部に取り付け可能な蓋部を有することが好ましい。蓋部は、非取り付け状態で中空部への摺動環状部の挿入を許し、取り付け状態で中空部からの摺動環状部の離脱を規制する。これによって、ガイド軸に対する直進移動体の組み付け性を向上させることができる。

本発明は、磁性体の磁界内に配したコイルへの通電によって直進移動体への推力を発生するボイスコイルモータをリニア駆動手段として用いる駆動装置に好適である。

本発明は様々な分野の直進移動体の駆動装置に適用可能であるが、特にレンズ鏡筒などの光学機器における光学要素の駆動装置に適している。より詳しくは、光学要素を保持する光学要素保持枠を撮影光学系の光軸方向へ直進移動させるための駆動装置に用いるとよい。

本発明によれば、リニア駆動機構により直進移動体を駆動させるときの振動を、直進移動体を直進移動可能に支持する機構に設けたシリンダ部（支持部材に設けられ内部にガイド軸を挿通する外側筒状部、あるいは直進移動体に設けられガイド軸の外周面に対して摺動可能に支持される筒状部）とピストン部（直進移動体に設けられ外側筒状部とガイド軸の間に摺動可能に挿入される内側筒状部、あるいはガイド軸の外周面上に設けられ筒状部の内周面に対して摺動可能に接する摺動環状部）における空気抵抗を用いて抑えるため、簡単な構成で確実な振動抑制を実現することができる。

本発明による直進移動体の駆動装置をレンズ鏡筒のフォーカシングレンズ群の駆動装置に適用した第1の実施形態を示す前方分解斜視図である。 図１のレンズ鏡筒の途中組立状態を示す前方分解斜視図である。 図１を異なる方向から見た後方分解斜視図である。 図２を異なる方向から見た後方分解斜視図である。 第１の実施形態で固定基板とリニア駆動機構を組み合わせた状態を示す前方斜視図である。 第１の実施形態のリニア駆動機構と可動レンズ枠の前方斜視図である。 第１の実施形態のホルダを外した状態のリニア駆動機構と可動レンズ枠の前方斜視図である。 第１の実施形態のホルダを外した状態のリニア駆動機構と可動レンズ枠を被写体側から見た図である。 第１の実施形態で可動レンズ枠が結像面側に位置する状態の可動レンズ枠の支持機構の断面図である。 第１の実施形態で可動レンズ枠が被写体側に位置する状態の可動レンズ枠の支持機構の断面図である。 本発明による直進移動体の駆動装置をレンズ鏡筒のフォーカシングレンズ群の駆動装置に適用した第２の実施形態を示す前方分解斜視図である。 図１１のレンズ鏡筒の途中組立状態を示す前方分解斜視図である。 図１１を異なる方向から見た後方分解斜視図である。 図１２を異なる方向から見た後方分解斜視図である。 第２の実施形態で固定基板とリニア駆動機構を組み合わせた状態を示す前方斜視図である。 第２の実施形態のリニア駆動機構と可動レンズ枠の前方斜視図である。 第２の実施形態で可動レンズ枠が結像面側に位置する状態の可動レンズ枠の支持機構の断面図である。 第２の実施形態で可動レンズ枠が被写体側に位置する状態の可動レンズ枠の支持機構の断面図である。

図１ないし図１０は、本発明による直進移動体の駆動装置をレンズ鏡筒のフォーカシングレンズ群（光学要素）Ｌ１の駆動装置に適用した第１の実施形態を示している。図示実施形態は、フォーカシングレンズ群Ｌ１の駆動装置のみを描くことを目的としており、この他の部分の構成を省略している。

レンズ鏡筒は、固定部材として、フォーカシングレンズ群Ｌ１を含む撮影レンズ系で形成される被写体像を結像させるイメージセンサ３１等を固定した固定基板３２と、撮影レンズ系を内部に支持する固定環３３を有している。撮影レンズ系の光軸Ｏ方向において、被写体側を前方、結像面側を後方とする。固定基板３２は固定環３３の後端部に組み付けられる。固定基板３２には、光軸Ｏと平行な２本のガイド軸（支持部材）３４、３５の後端部が固定されており、ガイド軸３４、３５の前端部は、後述するホルダ（支持部材）２１に固定されている（図９、図１０）。ガイド軸３４、３５はそれぞれ長手方向に一様な円形状の断面形状を有している。

可動レンズ枠（直進移動体、光学要素保持枠）１０は、フォーカシングレンズ群Ｌ１を保持する円筒枠部１０ａと、円筒枠部１０ａから外径方向に延設される径方向腕部１０ｂを有し、径方向腕部１０ｂの先端部に、ガイド軸３４に摺動自在に嵌まる筒状部（ピストン部、内側筒状部、小径筒部）１０ｃと、ガイド軸３５に摺動自在に係合する二股部１０ｄが形成されている。図９及び図１０に示すように、筒状部１０ｃの内部には光軸Ｏ方向へ貫通する中空部１０ｅが形成され、この中空部１０ｅにガイド軸３４が挿入されている。中空部１０ｅに臨む筒状部１０ｃの内周面はガイド軸３４と同心の円筒状をなしており、筒状部１０ｃの内周面とガイド軸３４との間に所定のクリアランスがある（互いに非接触である）。筒状部１０ｃの前後端部の内側には中空部１０ｅよりも開口径の小さい支持環部１０ｆ、１０ｇが形成され、支持環部１０ｆ、１０ｇの内周面がガイド軸３４の外周面に対して摺動可能に接する。また、径方向腕部１０ｂの先端部には、筒状部１０ｃと二股部１０ｄの間に位置させて、リニア駆動機構を構成するコイル１１が固定されている。このコイル１１は、巻線中心を光軸Ｏと平行な方向とした偏平な空芯コイルである。可動レンズ枠１０には、コイル１１の空芯部と形状を対応させた横長貫通穴１０ｈ（図１、図３、図９及び図１０）が形成されている。

固定環３３と固定基板３２には、コイル１１とともにリニア駆動機構を構成する磁石ユニット２０が固定されている。磁石ユニット２０は、固定基板３２と固定環３３に対して固定されるホルダ２１に一対のヨーク２２、２３と永久磁石２４を支持した構成であり、図７及び図８ではホルダ２１の図示を省略している。ヨーク２２とヨーク２３はそれぞれ、光軸Ｏ方向に長い長手方向壁２２ａ、２３ａと、長手方向壁２２ａ、２３ａに対して略直交する短手方向壁２２ｂ、２３ｂを有しており、長手方向壁２２ａと長手方向壁２３ａが対向し、短手方向壁２２ｂと短手方向壁２３ｂが対向してヨーク２２とヨーク２３で閉断面を描くように結合されている。永久磁石２４はヨーク２３の長手方向壁２３ａ上に固定される細長形状を有している。ヨーク２２の長手方向壁２２ａは、可動レンズ枠１０の横長貫通穴１０ｈとコイル１１の空芯部に非接触で挿通される。永久磁石２４の磁界内にあるヨーク２２の長手方向壁２２ａとコイル１１がボイスコイルモータを構成しており、コイル１１に正逆に通電することにより、コイル１１と共に可動レンズ枠１０（フォーカシングレンズ群Ｌ１）がガイド軸３４、３５に沿って光軸Ｏ方向に移動する。

レンズ鏡筒は、可動レンズ枠１０を駆動する際のリニア駆動機構の発振による可動レンズ枠１０の共振を抑える振動抑制手段を備える。第１の実施形態では、ホルダ２１と可動レンズ枠１０の間に振動抑制手段が設けられている。

ホルダ２１は、光軸Ｏ方向に延びる一対の側辺部２１ａ、２１ｂと、一対の側辺部２１ａ、２１ｂの前端部を接続する橋絡部２１ｃを有する枠状をなしており、図９及び図１０に示すように、側辺部２１ａ、２１ｂの間にガイド軸３４、３５が配設されており、ガイド軸３４、３５の前端部が橋絡部２１ｃに形成した支持穴に挿入固定される。ヨーク２２、２３と永久磁石２４は側辺部２１ａ、２１ｂの間の空間に挿入保持される（図２、図４、図５及び図６）。ホルダ２１にはさらに、側辺部２１ａに沿って筒状ガイド部（シリンダ部、外側筒状部）２１ｄが形成されている。図９及び図１０に示すように、筒状ガイド部２１ｄは内部に中空部２１ｅを有している。中空部２１ｅの前端部は橋絡部２１ｃによって塞がれ、中空部２１ｅの後端部は開放されており、中空部２１ｅ内にガイド軸３４が挿入されている。中空部２１ｅに臨む筒状ガイド部２１ｄの内周面はガイド軸３４と同心の円筒状をなしており、この中空部２１ｅの内周面とガイド軸３４との間に所定のクリアランスがある（互いに非接触である）。

図９及び図１０に示すように、ホルダ２１の中空部２１ｅ内（ガイド軸３４の外周面と筒状ガイド部２１ｄの内周面の間）に可動レンズ枠１０の筒状部１０ｃが挿入される。可動レンズ枠１０の筒状部１０ｃの前端付近には、筒状部１０ｃの他の箇所よりもわずかに外径サイズが大きい摺動環状部（ピストン部、内側筒状部）１０ｉが形成されている。図７及び図８に示すように、摺動環状部１０ｉの一部を切り欠いて流通切欠き（連通部）１０ｊが形成されている。図９は可動レンズ枠１０が光軸Ｏ方向における後方（結像面側）の移動端にある状態を示し、図１０は可動レンズ枠１０が光軸Ｏ方向における前方（被写体側）の移動端にある状態を示している。この可動レンズ枠１０の可動域の全体で摺動環状部１０ｉがホルダ２１の中空部２１ｅ内に位置している。摺動環状部１０ｉは中空部２１ｅの内周面に対してガタなく嵌る外径サイズに設定されており、摺動環状部１０ｉを含む筒状部１０ｃとガイド軸３４によって中空部２１ｅが塞がれ、流通切欠き１０ｊを通して中空部２１ｅの内外の空気の流通が許される。中空部２１ｅの断面積に比べて流通切欠き１０ｊの開口面積が非常に小さいため、可動レンズ枠１０が光軸Ｏ方向に進退移動するときに空気抵抗によるエアダンパ効果が得られ、可動レンズ枠１０の振動が抑制される。これにより、リニア駆動機構を構成するボイスコイルモータにおける発振を起因とする可動レンズ枠１０の共振を防ぐことができる。エアダンパの効果は流通切欠き１０ｊの大きさ、形状、数などによって調整することができる。

図１１ないし図１７は、本発明による直進移動体の駆動装置をレンズ鏡筒のフォーカシングレンズ群（光学要素）Ｌ１の駆動装置に適用した第２の実施形態を示している。第１の実施形態と共通する部分については、図中に共通の符号で示して説明を省略する。

第２の実施形態では、可動レンズ枠１０とガイド軸３４の間に振動抑制手段が設けられている。可動レンズ枠１０でガイド軸３４に対して摺動自在に嵌まる筒状部（シリンダ部）１０ｋは、支持環部１０ｆを含む前端部が別体の保持蓋部（シリンダ部）１０ｍになっており、保持蓋部１０ｍを外した状態で筒状部１０ｋ内の中空部１０ｅが前方に向けて開口される。筒状部１０ｋの前端には小径環部１０ｎ（図１１、図１７、図１８）が形成されており、図１７及び図１８に示すように小径環部１０ｎに対して保持蓋部１０ｍを嵌合される。

ガイド軸３４の軸方向の途中位置に、ガイド軸３４よりも大径の環状体であるパッキン（ピストン部、摺動環状部）４０が支持されている。パッキン４０の外径サイズは保持蓋部１０ｍにおける支持環部１０ｆの内径サイズよりも大きく、図１１や図１３のように筒状部１０ｋから保持蓋部１０ｍを外した状態で、前方から中空部１０ｅ内にパッキン４０を含むガイド軸３４を挿入させることができる。図１７は可動レンズ枠１０が光軸Ｏ方向における後方（結像面側）の移動端にある状態を示し、図１８は可動レンズ枠１０が光軸Ｏ方向における前方（被写体側）の移動端にある状態を示している。この可動レンズ枠１０の可動域の全体でパッキン４０が中空部１０ｅ内に位置している。筒状部１０ｋにガイド軸３４を挿入した状態で保持蓋部１０ｍを取り付けると、中空部１０ｅのうちパッキン４０と支持環部１０ｆによって挟まれる領域が外部との空気流通を制限され、可動レンズ枠１０が光軸Ｏ方向に進退移動するときに空気抵抗によるエアダンパ効果が得られ、可動レンズ枠１０の振動（共振）が抑制される。エアダンパの効果は、筒状部１０ｋの内周面とパッキン４０との間のクリアランスによって調整が可能である。また、パッキン４０の硬度によってもエアダンパ効果に影響を及ぼすため、意図する効果に応じてパッキン４０の硬度を変更してもよい。基本的に、パッキン４０が大径化しかつ柔らかくなるにつれて、パッキン４０の変形による中空部１０ｅ内の空気変動量や、筒状部１０ｋの内周面とパッキン４０の間のクリアランスの変動が大きくなり、エアダンパ効果のコントロールが難しくなるため、パッキン４０にはある程度の剛性を持たせることが好ましい。

以上の各実施形態では、可動レンズ枠１０を光軸Ｏ方向に可動に支持する支持機構にシリンダ部とピストン部を設け、このシリンダ部に対してピストン部が摺動するときの空気抵抗をエアダンパとして利用して、ボイスコイルモータからなるリニア駆動機構で可動レンズ枠１０を駆動する際の振動を抑えている。具体的には、第１の実施形態では、ガイド軸３４、３５の前端部を支持するホルダ２１に設けた筒状ガイド部２１ｄをシリンダ部とし、ガイド軸３４の案内を受ける可動レンズ枠１０の筒状部１０ｃ（摺動環状部１０ｉ）をピストン部としている。第２の実施形態では、可動レンズ枠１０の筒状部１０ｋと保持蓋部１０ｍをシリンダ部とし、ガイド軸３４に設けたパッキン４０をピストン部としている。これらの各実施形態の構成によると、グリスやその他のフリクション部材による粘性抵抗を用いて振動を抑える構成に比して、経年変化や温度変化による性能の変化が少なく、クリーンで安定したダンパ効果を得ることができる。さらに、可動レンズ枠１０の支持機構の一部を振動抑制手段として活用したことにより、省スペースで部品点数を抑えた構成が実現される。

可動レンズ枠１０に対するダンパ効果は、可動レンズ枠１０の不要な振動（共振）を確実に抑えることができ、かつ駆動力のロスが少なくリニア駆動機構の消費電力を抑えることができるように設定することが好ましい。前述のように、第１の実施形態では流通切欠き１０ｊの大きさ、形状、数などによってダンパ効果の調整が可能であり、第２の実施形態では筒状部１０ｋの内周面とパッキン４０との間のクリアランスや、パッキン４０の硬さなどによってダンパ効果の調整が可能である。これ以外にも、第１の実施形態で流通切欠き１０ｊを設けずに摺動環状部１０ｉの外周面と筒状ガイド部２１ｄの内周面の間のクリアランスの大きさでダンパ効果を調整したり、第２の実施形態でパッキン４０に流通切欠き１０ｊ相当の部位を形成してダンパ効果を調整したりすることも可能である。さらには、第１の実施形態における筒状ガイド部２１ｄの内周面や第２の実施形態における筒状部１０ｋの内周面に空気流通用の溝を形成してダンパ効果を調整したりすることも可能である。このように、可動レンズ枠１０の支持機構の一部を振動抑制手段として活用した構成によると、ダンパ効果の調整に関して高い自由度が得られる。

以上、図示実施形態に基づき説明したが、本発明は図示実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明は実施形態のようなフォーカシングレンズ群の駆動装置に好適であるが、フォーカシングレンズ群以外の直進移動体の駆動装置としても適用が可能である。光学機器の分野では、変倍用のズームレンズ群の駆動装置などにも適用できる。

Ｌ１ フォーカシングレンズ群（光学要素）
Ｏ 光軸
１０ 可動レンズ枠（直進移動体、光学要素保持枠）
１０ｃ 筒状部（ピストン部、内側筒状部、小径筒部）
１０ｅ 中空部
１０ｆ １０ｇ 支持環部
１０ｉ 摺動環状部（ピストン部、内側筒状部）
１０ｊ 流通切欠き（連通部）
１０ｋ 筒状部（シリンダ部）
１０ｍ 保持蓋部（シリンダ部）
１０ｎ 小径環部
１１ コイル（リニア駆動機構）
２０ 磁石ユニット（リニア駆動機構）
２１ ホルダ（支持部材）
２１ｄ 筒状ガイド部（シリンダ部、外側筒状部）
２１ｅ 中空部
２２ ２３ ヨーク
２４ 永久磁石
３２ 固定基板
３３ 固定環
３４ ３５ ガイド軸（支持部材）
４０ パッキン（摺動環状部）

Claims (6)

1. 支持部材；
   上記支持部材に対して直進移動可能に支持される直進移動体；
   上記直進移動体に上記直進移動方向への駆動力を与えるリニア駆動機構；
   上記支持部材と上記直進移動体の一方に設けた、上記直進移動体の直進移動方向に向けて形成される中空部を有するシリンダ部；及び
   上記支持部材と上記直進移動体の他方に設けた、上記シリンダ部内に摺動可能に挿入されるピストン部；
   を有し、
   上記支持部材は、上記直進移動体の移動方向に延設される少なくとも１つのガイド軸と、該ガイド軸を支持固定させるホルダを有し、
   上記シリンダ部として、上記ホルダに内部を中空状とした外側筒状部が形成され、該外側筒状部内に上記ガイド軸が挿通され、
   上記ピストン部として、上記直進移動体に、上記ガイド軸の外周面と上記外側筒状部の内周面の間に摺動可能に挿入される内側筒状部が形成され、
   上記リニア駆動機構により上記直進移動体を駆動させるときの振動を、上記シリンダ部を構成する上記外側筒状部内を上記ピストン部を構成する上記内側筒状部が移動するときの空気抵抗によって抑制することを特徴とする直進移動体の駆動装置。
2. 請求項１記載の直進移動体の駆動装置において、上記内側筒状部は、上記外側筒状部の内周面に対して接触しない小径筒部と、上記外側筒状部の内周面に対して摺動可能に接する大径の摺動環状部を有し、該摺動環状部に上記外側筒状部の内外での空気流通を可能にさせる連通部が形成される直進移動体の駆動装置。
3. 支持部材；
   上記支持部材に対して直進移動可能に支持される直進移動体；
   上記直進移動体に上記直進移動方向への駆動力を与えるリニア駆動機構；
   上記支持部材と上記直進移動体の一方に設けた、上記直進移動体の直進移動方向に向けて形成される中空部を有するシリンダ部；及び
   上記支持部材と上記直進移動体の他方に設けた、上記シリンダ部内に摺動可能に挿入されるピストン部；
   を有し、
   上記支持部材は、上記直進移動体の移動方向に延設される少なくとも１つのガイド軸を有し、
   上記シリンダ部として、上記直進移動体に、上記ガイド軸を挿通させる中空部が内部に形成され該ガイド軸の外周面に対して摺動可能に支持される筒状部を有し、
   上記ピストン部として、上記ガイド軸の外周面上に設けられ上記筒状部の内周面に対して摺動可能に接する摺動環状部を有し、
   上記リニア駆動機構により上記直進移動体を駆動させるときの振動を、上記シリンダ部を構成する上記筒状部内を上記ピストン部を構成する上記摺動環状部が移動するときの空気抵抗によって抑制することを特徴とする直進移動体の駆動装置。
4. 請求項３記載の直進移動体の駆動装置において、上記筒状部は、端部に取り付け可能で、非取り付け状態で上記中空部への上記摺動環状部の挿入を許し、取り付け状態で上記中空部からの上記摺動環状部の離脱を規制する蓋部を有する直進移動体の駆動装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の直進移動体の駆動装置において、上記リニア駆動機構は、永久磁石を含む磁性体と、該磁性体の磁界内に設けたコイルを有し、上記コイルへの通電によって上記直進移動体への推力を発生するボイスコイルモータである直進移動体の駆動装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項記載の直進移動体の駆動装置において、上記直進移動体は、撮影光学系を構成する光学要素を保持し、上記撮影光学系の光軸方向へ直進移動可能に支持された光学要素保持枠である直進移動体の駆動装置。

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