JP5144359B2 - 羽根駆動装置及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、羽根駆動装置及び光学機器に関する。

特許文献１に開示されている装置は、マグネットロータの軸部を所定の磁極に着磁して、この軸部とステータヨークとの間に作用する磁力によって、ロータにスラスト方向の力を作用させ、これによりスラスト方向のガタつきを無くした装置が開示されている。また、特許文献１では、この装置を光学機器の絞り装置に採用することが提案されている。

特開平８−２８９５２９号公報

特許文献１に開示されている装置では、スラスト方向への力を磁力で生み出す必要がある。そのためには十分な磁力の強度、装置サイズが必要であり、設計的制約が大きいという問題があり、また微妙な力量の作り込みは困難である。また、軸部へ着磁する必要があるので、ロータの着磁工程の複雑化してコストが上昇する恐れがある。また、ステータの形状も複雑になる。

上記問題点を解消すべく、ロータへスラスト方向の力を作用させるために、バネなどの弾性部材を用いてロータを付勢することが考えられる。しかしながら、バネなどを採用した場合には、装置自体がスラスト方向へ大型化する恐れがある。

また、従来のステッピングモータにおいては非通電時に安定して停止できない位置が１パルスおきに発生する場合が多く、このため、絞り羽根の停止可能な位置が１パルスおきとなってしまい、高速で高精度な絞り羽根の制御ができないという問題を有している。

上記問題点を解消すべく、全パルスに絞り口径をあてがいたい場合には、非通電では停止できない位置で絞り羽根を停止させるために、その位置で駆動時の電圧より低い電圧を通電し続けてその電圧を維持する絞り装置がある。しかしながら、消費電力に問題が発生する恐れがある。

そこで、本発明は、ロータのスラスト方向のガタつきを抑制してアクチュエータの作動音を削減しつつ、ロータに対するスラスト方向への力の調整も容易であって、スラスト方向での大型化、製造コストの増大も抑制され、高速で高精度な絞り口径の制御が可能な羽根駆動装置及び光学機器を提供することを目的とする。

上記目的は、揺動自在に支持された羽根と、前記羽根を収納する羽根室を画定すると共に前記羽根によって開閉される開口をそれぞれ有した複数の基板と、を含むシャッタユニットと、回転軸を有したロータを含むと共に、前記羽根の動力源であるアクチュエータとを備え、前記回転軸は、前記羽根室内にまで貫通しており、前記羽根室に収納されて前記回転軸をスラスト方向に付勢する弾性部材を備えている、ことを特徴とする羽根駆動装置によって達成できる。

弾性部材は、羽根室に収納されており、回転軸は羽根室内にまで貫通しているので、弾性部材は回転軸をスラスト方向へ付勢することができる。これにより、ロータのスラスト方向でのガタつきが抑制され、アクチュエータの作動音を削減することができる。また、羽根室に収納された弾性部材は、羽根駆動装置の回転軸方向の厚みに影響を及ぼさないのでスラスト方向での大型化が抑制され薄型化が可能となる。また、弾性部材を交換することにより、ロータへのスラスト方向への力の調整も容易となる。また、回転軸を着磁する必要は無いので、製造コストの増大が抑制される。また、上記構成によりアクチュエータの全パルスにおいて非通電で停止させることができる。各パルスの停止位置において、所望の絞り口径となるように羽根を構成することにより、高速で高精度な絞り口径の制御が可能となる。

本発明によれば、ロータのスラスト方向のガタつきを抑制してアクチュエータの作動音を削減しつつ、ロータに対するスラスト方向への力の調整も容易であって、スラスト方向での大型化、製造コストの増大も抑制され、高速で高精度な絞り口径の制御が可能な羽根駆動装置及び光学機器を提供できる。

以下、本発明に係る一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、光学機器に採用される羽根駆動装置の断面図である。羽根駆動装置は、光学機器に搭載された撮像素子（不図示）への光量を調整する絞り装置として機能する。羽根駆動装置は、シャッタユニット１とアクチュエータ１００とを備える。シャッタユニット１は、基板１０、２０、基板１０、２０によって画定された羽根室Ｓに配置された駆動リング３０、後述する羽根４０ａ〜４０ｃ、ギヤ５５、５７を含む。アクチュエータ１００は、羽根４０ａ〜４０ｃの動力源であり、基板１０に固定されている。アクチュエータ１００からの動力が羽根４０ａ〜４０ｃへと伝達されることにより、羽根４０ａ〜４０ｃは、基板１０、２０のそれぞれに形成された開口１１、２１の開口量を調整する。開口１１、２１の開口量が調整されることにより、撮像素子へと入射する被写体光も調整される。

アクチュエータ１００について説明する。アクチュエータ１００は、所謂ステッピングモータであり、所定の回転角度で停止することができる。アクチュエータ１００は、ケース板１１０、１２０、回転可能に支持され周方向に複数の磁極に着磁されたロータ１３０、ロータ１３０との間で磁力が作用するステータ１４１、ステータ１４１に巻回されステータ１４１を励磁するためのコイル１４３を含む。

ロータ１３０は、マグネット樹脂により成形されている。また、ロータ１３０は回転軸１３１と共にインサート成形により一体に形成される。従って、回転軸１３１は、ロータ１３０と一体に回転する。ロータ１３０、ステータ１４１、コイル１４３は、ケース板１１０、１２０間に配置されている。ケース板１２０には、回転軸１３１の一端１３１ａが貫通した軸孔１２３が形成されている。また、ケース板１１０には、回転軸１３１の他端１３１ｂが回転自在に挿入した軸孔１１３が形成されている。ケース板１１０は、支持部材に相当する。

ケース板１１０の外側には、コイル１４３と電気的に接続されたプリント基板１５０が貼付されている。プリント基板１５０は、光学機器に搭載された、不図示のＣＰＵなどによって、コイル１４３への通電状態が制御される。これにより、ロータ１３０の回転が制御される。

ケース板１２０には、外側に突出した凸部１２２を有しており、凸部１２２は、基板１０に形成された穴部１２と係合している。これにより、シャッタユニット１にアクチュエータ１００が組みつけられている。また、基板１０には、回転軸１３１が貫通した挿入口１３が形成されている。また、回転軸１３１の一端１３１ａには、ロータ１３０の回転動力を外部へと伝達するためのピニオンギヤ７０が圧入嵌合している。一端１３１ａ、ピニオンギヤ７０は、羽根室Ｓ内に配置されている。尚、ピニオンギヤ７０は、樹脂により形成されている。

また、ピニオンギヤ７０と基板２０との間には、コイルばね６０が配置されている。コイルばね６０は、ピニオンギヤ７０と当接してピニオンギヤ７０をスラスト方向に付勢している。ピニオンギヤ７０は、回転軸１３１の一端１３１ａに圧入されているので、ピニオンギヤ７０がスラスト方向に付勢されることにより、ロータ１３０、回転軸１３１がスラスト方向に付勢されることになる。換言すれば、回転軸１３１は、ケース板１１０に向けて付勢されている。コイルばね６０、ピニオンギヤ７０の詳細については後述する。

次に、アクチュエータ１００の動力の伝達経路について説明する。図２は、羽根駆動装置の正面図であり、開口１１から退避した全開状態での羽根駆動装置の正面図である。尚、図２において基板２０については省略してある。ピニオンギヤ７０は、外周部に歯部７３ａが形成されている。歯部７３ａは、ギヤ５５の大径歯部５５ａと噛合っている。ギヤ５５は、基板１０に形成されたピン１５に回転自在に嵌合している。また、ギヤ５５は、大径歯部５５ａよりも径の小さい小径歯部５５ｂを有している。小径歯部５５ｂは、ギヤ５７の大径歯部５７ａと噛合っている。ギヤ５７も同様に、基板１０に形成されたピン１７に回転自在に嵌合している。また、ギヤ５７は、大径歯部５７ａよりも径の小さい小径歯部５７ｂを有している。ピニオンギヤ７０の回転動力は、ギヤ５５、５７を介して減速される。尚、ピン１５、１７は、それぞれ基板２０に形成された係合凹部２５、２７と係合している。これにより、基板１０と基板２０とが組み付けられている。

羽根室Ｓ内には、回転自在に支持された駆動リング３０が配置されている。駆動リング３０は、開口１１、２１と略同心円状に配置されている。駆動リング３０の外周部には、図２に示すように、所定の範囲に亘って歯部３５が形成されている。歯部３５は、ギヤ５７の小径歯部５７ｂと噛合っている。このように、ロータ１３０の回転動力は、ピニオンギヤ７０、ギヤ５５、５７を介して減速されて駆動リング３０へと伝達される。

駆動リング３０には、３箇所にわたって均等な間隔を有して駆動ピン３４ａ〜３４ｃが形成されている。また、羽根室Ｓ内には、３枚の羽根４０ａ〜４０ｃが配置されている。ここで、駆動リング３０と羽根４０ａ〜４０ｃ間には羽根受板５０が設けられており、駆動リング３０と羽根４０ａ〜４０ｃを仕切り、それぞれの動きの干渉を防止する機能を有する。また、羽根４０ａ〜４０ｃは、同一形状に形成されている。羽根４０ａ〜４０ｃのそれぞれには、円弧状に形成されたカム溝４４ａ〜４４ｃが形成されている。駆動ピン３４ａ〜３４ｃは、それぞれカム溝４４ａ〜４４ｃ内を摺動自在に係合している。また、羽根４０ａ〜４０ｃは、基板１０に形成された支軸１４ａ〜１４ｃにより揺動自在に支持されている。支軸１４ａ〜１４ｃは、駆動リング３０よりも径方向外側に設けられている。

また羽根４０ａ〜４０ｃは、それぞれ溝４９ａ〜４９ｃが形成されている。溝４９ａ〜４９ｃは、それぞれカム溝４４ａ〜４４ｃよりも羽根４０ａ〜４０ｃの中央部に近い位置に形成されている。また、基板１０には、図２に示すように単一の規制ピン１９が形成されている。この規制ピン１９は、溝４９ａと係合している。規制ピン１９は、溝４９ａの内周端部と当接することにより、羽根４０ａの揺動範囲を規制している。

例えば、図２に示した状態から、駆動リング３０が反時計方向に回転すると、駆動ピン３４ａ〜３４ｃの位置も反時計方向に移動する。駆動ピン３４ａ〜３４ｃは、それぞれカム溝４４ａ〜４４ｃ内を摺接して移動し、羽根４０ａ〜４０ｃは、それぞれ支軸１４ａ〜１４ｃを支点として、開口１１に臨む位置へと揺動する。羽根４０ａ〜４０ｃが開口１１に臨む位置に位置付けられることにより、開口１１の開口量が調整される。また、アクチュエータ１００は、ステッピングモータであるので、ロータ１３０の停止角度を調整できる。これにより、羽根４０ａ〜４０ｃの位置を調整することができる。従って、開口１１の開口量を微調整することができる。

次に、コイルばね６０、ピニオンギヤ７０について詳細に説明する。コイルばね６０は、基板２０の内面側に形成された凸部２３に嵌合している。凸部２３は、ピニオンギヤ７０と対向する位置に形成されている。凸部２３は、コイルばね６０の径よりも若干小さく形成されている。これにより、コイルばね６０の位置ズレが防止されている。

ピニオンギヤ７０について詳細に説明する。図１に示すように、ピニオンギヤ７０は、外周部に歯部７３ａを有しており、歯部７３ａよりも軸端側には歯部７３ａが形成された箇所よりも小さい径を有した小径部７３ｂを有している。コイルばね６０は、小径部７３ｂを囲うように配置されている。小径部７３ｂの径はコイルばね６０よりも小さく形成されており、円筒状に形成されている。

このようにコイルばね６０は、一端が凸部２３と嵌合し、他端が小径部７３ｂと所定の遊びを有して嵌合している。これにより、コイルばね６０の位置ズレなどが防止されている。

ピニオンギヤ７０とコイルばね６０との間にはリング状に形成された摺動部材８０が配置されている。摺動部材８０は、歯部７３ａと小径部７３ｂとによって画定される段部に配置されており、小径部７３ｂに所定の遊びを有して嵌合している。摺動部材８０は、潤滑処理を施したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの摺動性の高い材料により形成されている。これにより、コイルばね６０とピニオンギヤ７０との間の摩擦抵抗を低減できる。

以上のように、コイルばね６０は、ピニオンギヤ７０を介してロータ１３０をスラスト方向に付勢する。また、コイルばね６０は、羽根室Ｓ内に配置されている。この構成により、羽根駆動装置の回転軸１３１方向の厚みは、コイルばね６０がない場合と比べても変化がない。羽根室Ｓ内に配置されたコイルばね６０は、羽根駆動装置の回転軸１３１方向の厚みに影響を及ぼさないのでスラスト方向での羽根駆動装置の大型化が抑制され薄型化が可能となる。また、ロータ１３０がスラスト方向へ付勢されるので、ロータ１３０のガタつきを抑制できる。これにより、アクチュエータ１００のハンチングを抑制でき、アクチュエータ１００の作動音を削減することができる。

また、バネ定数の異なるコイルばねを弾性部材として採用することによって、ロータ１３０への付勢力を容易に調整できる。また、従来の技術のように回転軸を磁性樹脂などの材料により成形し、軸端を所定の磁極によって着磁することなく、ロータ１３０のガタつきを抑制できる。これにより、着磁工程の煩雑化に伴う製造コストの増大も抑制できる。

また、羽根４０ａ〜４０ｃの駆動に支障をきたさないようにスラスト方向へ力を作用させ、ロータ１３０の回転方向に摩擦力を発生させることにより、アクチュエータ１００への通電を切った非通電時において、全パルスでロータ１３０を停止することができる。ここで、各パルスにおいて、所望の絞り口径で羽根４０ａ〜４０ｃが停止するように羽根４０ａ〜４０ｃのそれぞれのカム溝４４ａ〜４４ｃを形成することにより、高速で高精度な絞り口径の制御ができる。なぜなら、絞り口径の種類が同じであれば、従来の１パルスおきに所望の絞り口径を形成する羽根駆動装置に対して本発明の羽根駆動装置では、最大絞り口径から最小絞り口径までのロータ１３０および駆動リング３０の回転が半分になり、またこれに伴ってカム溝４４ａ〜４４ｃが短くなり羽根４０ａ〜４０ｃが小さくなる。すなわち、最大絞り口径から最小絞り口径までの時間が短くなるので高速な絞り羽根制御が可能で、また羽根４０ａ〜４０ｃが小さくなるので羽根駆動装置の大型化が抑制される。さらに、従来の１パルスおきに所望の絞り口径を形成する羽根駆動装置のロータ１３０の回転角であれば、本発明の羽根駆動装置では、最大絞り口径から最小絞り口径までで制御可能な絞り口径の種類が２倍になり、これにより、高精度な絞り口径の制御が可能である。

次に、羽根駆動装置の組立工程について簡単に説明する。まず、予め組み立てられたアクチュエータ１００を、基板１０へと組み付ける。この際に、ピニオンギヤ７０が挿入口１３へ挿入されるようにして、凸部１２２が穴部１２と係合するように組み付ける。挿入口１３は、ピニオンギヤ７０が挿入可能な大きさに形成されている。次に、ピニオンギヤ７０の歯部７３ａとギヤ５５の大径歯部５５ａとが、またギヤ５５の小径歯部５５ｂとギヤ５７の大径歯部５７ａとが噛合うようにギヤ５５とギヤ５７をそれぞれピン１５、１７に挿入する。また、歯部３５と小径歯部５７ｂとが噛合うように、駆動リング３０を基板１０に配置する。次に、羽根受板５０を取り付けた後に、羽根４０ａ〜４０ｃのそれぞれに形成された軸孔に、支軸１４ａ〜１４ｃを挿入し、かつ、カム溝４４ａ〜４４ｃに、それぞれ駆動ピン３４ａ〜３４ｃが挿入されるようにして、羽根４０ａ〜４０ｃを組み付ける。

次に、歯部７３ａと小径部７３ｂとによって画定される段部に摺動部材８０を配置する。次に、基板２０の凸部２３にコイルばね６０を嵌合させ、コイルばね６０に小径部７３ｂが挿入され、かつ、ピン１５、１７、と係合凹部２５、２７とが係合するようにして、基板１０に基板２０を組み付ける。以上のようにして、羽根駆動装置は組み立てられる。

次に、ケース板１１０に形成された軸孔１１３について説明する。図３は、軸孔１１３周辺の拡大図である。軸孔１１３は、図３に示すように底を有しており、回転軸１３１が軸孔１１３に向けて付勢されている状態で、軸孔１１３の底と他端１３１ｂの端面との間には空間が画定される。この空間内には軸孔１１３と回転軸１３１との摩擦力させるためのグリースＧが塗布されている。これにより、コイルばね６０の付勢力が強すぎることに伴う、摩擦力の増大を抑制できる。

尚、付勢力の弱いコイルばねを採用することにより、軸孔１１３と回転軸１３１との摩擦を抑制することも考えられる。しかしながら、付勢力の弱いコイルばねを採用すると、アクチュエータ１００への衝撃などによって、ロータ１３０を安定した状態で付勢することができない恐れがある。上述したように軸孔１１３内にグリースを塗布することにより、軸孔１１３と回転軸１３１との摩擦を抑制しつつ、付勢力の強いコイルばねを採用することができる。これにより、ロータ１３０を安定した状態で付勢することができる。

尚、グリースＧは、シャッタユニット１から離れた側に位置するケース板１１０に形成された軸孔１１３に塗布される。このように、シャッタユニット１から離れた側の軸孔１１３にグリースＧを塗布することにより、グリースが外部へ漏れて、シャッタユニット１内に浸入することを防止できる。また、上述したように回転軸１３１は、軸孔１１３に向けて付勢されている。従って、グリースＧは軸孔１１３内からアクチュエータ１００内に漏れることも抑制される。

尚、グリースＧの塗布は、アクチュエータ１００の組立工程において、軸孔１１３へ回転軸１３１を挿入する前に予め塗布しておく必要がある。

また、軸孔１１３は、回転軸１３１の一端１３１ａから他端１３１ｂに向かって径の小さくなるテーパー面１１３ａを有している。これにより、回転軸１３１がスラスト方向に付勢された際の、ラジアル方向でのガタつきについても抑制される。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

本実施例において、ロータ１３０と回転軸１３１がインサート成形により一体に形成された例を挙げたが、ロータと回転軸を別部品で構成し、圧入等により一体に形成してもよい。

羽根駆動装置の断面図である。 羽根駆動装置の正面図である。 軸孔周辺の拡大図である

符号の説明

Ｓ 羽根室
１ シャッタユニット
１０、２０ 基板
１１、２１ 開口
１３ 挿入口
３０ 駆動リング
４０ａ〜４０ｃ 羽根
７０ ピニオンギヤ（ギヤ）
７３ａ 歯部
７３ｂ 小径部
８０ 摺動部材
１００ アクチュエータ
１１０ ケース板（支持部材）
１１３ 軸孔
１１３ａ テーパー面

Claims (8)

1. 揺動自在に支持された羽根と、前記羽根を収納する羽根室を画定すると共に前記羽根によって開閉される開口をそれぞれ有した複数の基板と、を含むシャッタユニットと、
   回転軸を有したロータを含むと共に、前記羽根の動力源であるアクチュエータとを備え、
   前記回転軸は、前記羽根室内にまで貫通しており、
   前記羽根室に収納されて前記回転軸をスラスト方向に付勢する弾性部材を備えている、ことを特徴とする羽根駆動装置。
2. 前記回転軸の一端には前記羽根に動力を伝達するギヤが嵌合しており、
   前記アクチュエータは、前記回転軸の他端を回転可能に支持する軸孔を有した支持部材を含み、
   前記弾性部材は、前記ギヤを前記支持部材に向けて付勢する、ことを特徴とする請求項１に記載の羽根駆動装置。
3. 前記ギヤと前記弾性部材との間には摺動部材が配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の羽根駆動装置。
4. 前記ギヤは、歯部と、前記歯部が形成された箇所よりも径の小さい小径部とを含み、
   前記弾性部材は、前記小径部を囲うように配置されたコイルばねである、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の羽根駆動装置。
5. 前記コイルばねは、前記複数の基板の一方と前記ギヤとの間に配置され、
   前記一方の基板は、前記コイルばねが嵌合した突起部を有している、ことを特徴とする請求項４に記載の羽根駆動装置。
6. 前記支持部材の前記軸孔は、底を有しており、
   前記回転軸が前記支持部材に向けて付勢された状態で、前記軸孔の底と前記回転軸の他端との間に空間が画定される、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の羽根駆動装置。
7. 前記軸孔は、前記回転軸の一端から他端に向かって径の小さくなるテーパー面を有している、ことを特徴とする請求項６に記載の羽根駆動装置。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の羽根駆動装置を備えた光学機器。

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