JP4749207B2 - 運動変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換する運動変換装置に関する。

従来、入力軸と、入力軸の回転によって回転する偏心体と、偏心体に取り付けられ揺動する外歯歯車と、外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、外歯歯車の自転成分のみを取り出す取出部材を介して連結された出力軸とを備えた減速機が知られている（特許文献１参照）。
このような減速機によって、入力軸の回転を減速して出力軸に伝えることが可能となる。

また、このような減速機の出力軸に出力された回転出力を、入力軸方向の直線運動として出力するためには、上記の減速機に、回転出力を直線運動に変換するための機構を別途取り付ける必要がある。上記減速機に、回転出力を直線運動に変換するための機構を取り付けることにより、回転出力は減速されているので、入力軸方向での位置精度を向上することができる。これにより、入力軸方向の運動が伝達された部材についても、入力軸方向での位置精度が向上される。

特許第３０３４６３０号公報

しかし、上記減速機に、回転出力を入力軸方向の運動に変換するための機構を取り付けると、装置全体が大型化する。このため、小型化が要請される電子機器への採用は困難であった。

そこで本発明は、小型化されると共に、位置精度が向上した運動変換装置を提供することを目的とする。

上記目的は、入力軸に偏心して揺動する外歯歯車と、前記外歯歯車と僅少の歯数差を有し前記外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の自転成分のみを取り出す取出部材とを含む減速機構と、前記取出部材の外周を覆う固定円筒部材とを備え、前記取出部材の外周と前記固定円筒部材の内周には、互いに螺合し、前記取出部材がその回転量に伴って前記入力軸方向に移動自在に支持されるためのねじ部が形成されている運動変換装置によって達成できる。

この構成により、取出部材の回転出力は直接入力軸方向の運動に変換されるため、減速機構と回転出力を入力軸方向の運動に変換する機構とを個別に設けた場合と比較し、装置全体を小型化することができる。また、取出部材には、減速機構により減速されて回転出力がなされるため、取出部材の微小な回転により、取出部材の入力軸方向での位置精度を向上させることができる。

また、この減速機構は、入力軸に偏心して揺動する外歯歯車と、外歯歯車と僅少の歯数差を有し外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、外歯歯車の自転成分のみを出力する取出部材とから構成されるため、外歯歯車の歯数と内歯歯車の歯数とを変更することにより、減速比を容易に大きくすることができる。従って、減速比を大きくすることにより、取出部材の回転量を更に微小なものとし、取出部材の入力軸方向での位置精度を向上させることができる。

また、上記構成において、前記取出部材は、前記外歯歯車に対向する面の裏面に被押圧部材を押圧するための押圧部が形成されている、構成を採用できる。
この構成により、取出部材の入力軸方向での位置精度を向上させることができるので、取出部材に押圧される被押圧部材の位置精度についても向上することができる。
また、前述したように減速機構は、入力軸に偏心して揺動する外歯歯車と、外歯歯車と僅少の歯数差を有し外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、外歯歯車の自転成分のみを出力する取出部材とから構成されるため、取出部材に高いトルクで回転出力を取出すことができ、より安定して被押圧部材を押圧することができる。

また、上記構成において、前記円筒部材と前記内歯歯車とは一体に形成されている、構成を採用できる。
このような構成により、運動変換装置を構成する部品数を減らし、組立工程も簡易化することが出来る。

また、上記構成において、前記減速機構を位置決めする表面と、前記入力軸に駆動力を伝達するモータを位置決めする裏面とを備える位置決め板を備え、前記位置決め板と前記内歯歯車とは一体に形成されている、構成を採用できる。
このような構成によっても、運動変換装置を構成する部品数を減らし、組立工程も簡易化することが出来る。

また、上記構成において、前記入力軸に回転駆動力を与えるロータと、前記外歯歯車を前記入力軸に偏心して揺動させるための偏心体とを備え、前記ロータと前記偏心体とは一体に形成される、構成を採用できる。
このような構成により、ロータと偏心体との組み付け公差によるガタの発生を抑制でき、入力軸方向での位置精度が向上する。また部品数を減らし、組立工程も簡易化することが出来る。

また、上記構成において、前記入力軸は、前記偏心体と係合し前記取出部材に形成された貫通孔に貫通すると共に、前記被押圧部材に形成されたガイド孔に係合して前記被押圧部材の移動方向をガイドする、構成を採用できる。
このような構成により、入力軸は一の部材でロータと一体に形成された偏心体と係合すると共に、被押圧部材の移動方向をガイドすることができ、部品数を減らし、組立工程を簡易化することが出来る。

また、上記構成において、前記被押圧部材は、光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズホルダである、構成を採用できる。
この構成により、前記運動変換装置を、レンズ駆動装置に適用することにより、光軸方向でのレンズの位置精度を確保することができる。

本発明によれば、小型化されると共に、位置精度が向上した運動変換装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１及び図２を参照しながら、本発明に係る運動変換装置の構成について説明する。図１は、運動変換装置１の斜視図である。図２は、運動変換装置１の断面図である。
図１及び図２に示すように、運動変換装置１は、入力軸１０、偏心体１１、入力軸１０に偏心して揺動する外歯歯車２０、外歯歯車２０と僅少の歯数差を有し外歯歯車２０が内接噛合する内歯歯車３０、外歯歯車２０の自転成分のみが出力されるディスク（取出部材）５０、位置決め板７０、ロータ８０、ステータ９０、コイル１００、モータカバー１１０とを備える。尚、モータ２００は、入力軸１０、ロータ８０、ステータ９０、コイル１００、モータカバー１１０から構成される。減速機構３００は、入力軸１０、偏心体１１、外歯歯車２０、内歯歯車３０、ディスク５０を含む。

入力軸１０は、コイル１００に通電されて回転するロータ８０の回転により一体的に回転する。入力軸１０は、位置決め板７０に形成された入力軸用の穴を貫通して軸支されている。また、入力軸１０は、軸端部において偏心体１１を介して外歯歯車２０と連結して外歯歯車２０を入力軸１０の回転方向に回転させる。

外歯歯車２０には、その外周にトロコイド系歯形（トロコイドの特殊解であるサイクロイド部分が用いられるときの円弧歯形）の外歯２１が形成されている。外歯２１は、内歯歯車３０の内歯３１と内接噛合している。また、外歯歯車２０の外歯２１には、外歯歯車２０の平面から垂直方向に延伸するようにピン２２が形成されている。ピン２２は、ディスク５０に形成されたピン穴５２に遊嵌される。

偏心体１１は、入力軸１０に対して偏心しており、入力軸１０と一体に回転する。また、偏心体１１は、外歯歯車２０に嵌合している。

内歯歯車３０は、その内周に内歯３１が形成されている。内歯３１には外歯歯車２０の外歯２１が内接噛合している。内歯歯車３０は、位置決め板７０上に一体に形成されている。内歯歯車３０には、その外周の一部に、入力軸１０方向に延伸してディスク５０の外周を囲むように、固定円筒部３３が形成されている。
固定円筒部３３の内周には、雌ねじ部（ねじ部）３４が形成されている。
また、固定円筒部３３と内歯歯車３０と位置決め板７０とは一体に形成されている。これにより、運動変換装置１を構成する部品数を減らし、組立工程も簡易化することが出来る。

ディスク５０には、その外周に固定円筒部３３の内周に形成された雌ねじ部３４と螺合する雄ねじ部（ねじ部）５４が形成されている。また、ディスク５０には、ピン２２を遊嵌するピン穴５２が形成されている。この固定円筒部３３に形成された雌ねじ部３４と、ディスク５０の外周に形成された雄ねじ部５４とは、ディスク５０がその回転量に伴って入力軸１０方向に移動自在に支持されるための機能を有するねじ部を構成している。詳しくは後述する。
また、ディスク５０には、被押圧部材を押圧するための押圧部５５が形成されている。押圧部５５は、外歯歯車２０に対向する面の裏面に、入力軸方向に突出して形成されている。

ステータ９０には、コイル１００が巻回されている。
モータカバー１１０は、位置決め板７０に固定されることにより入力軸１０を回転可能に支持すると共に、コイル１００が巻回されたステータ９０を保持する。

図２に示すように、位置決め板７０には、入力軸１０が貫通する入力軸軸支用の穴が形成されている。これにより、入力軸１０は位置決め板７０により位置決めされる。また、位置決め板７０には、コイル１００が巻回されたステータ９０及びモータカバー１１０を位置決めするための、共に不図示の位置決めガイド部が形成されている。これにより、モータ２００が位置決めされる。

以上のように、位置決め板７０は、減速機構３００とモータ２００とに挟まれ、表面に減速機構３００を位置決めする。また、裏面に、入力軸１０に駆動力を伝達するモータ２００を位置決めする。これにより、減速機構３００とモータ２００とを、一の部材で位置決めをすることができる。従って、モータ２００を含めた運動変換装置１の入力軸１０方向の厚みを減少することができる。また、一の部材で、減速機構３００とモータ２００とを位置決めすることができるので、組み付け性が向上し、これに伴い製造コストも低減する。

尚、コイル逃げ穴部７１は、コイル１００の厚みを逃がす機能を有する。これにより、運動変換装置１の入力軸１０方向の厚みを減少することができる。また、位置決め板７０には、運動変換装置１を位置決めするための取り付けガイド部７２を有する。

次に、図３及び図４を用いて、運動変換装置１の作用について説明する。図３は、ディスク５０の構成を示した図である。図４は、内歯歯車３０と外歯歯車２０との構成を示した図である。

図３に示すように、ピン穴５２にピン２２が遊嵌されている。入力軸１０が回転すると、入力軸１０に圧入されている偏心体１１が回転し、偏心体１１に嵌合されている外歯歯車２０が回転する。これにより、ピン２２を介してディスク５０に外歯歯車２０の自転成分が出力される。従って、外歯歯車２０の回転に伴ってディスク５０が回転駆動する。また、ピン穴５２によって、外歯歯車２０の、後述する公転成分が吸収される。

また、図４に示すように、外歯歯車２０は、入力軸１０の軸心に対して偏心して回転する。入力軸１０が１回転すると、それに伴って偏心体１１が１回転する。この偏心体１１の回転により外歯歯車２０も偏心して回転する。外歯歯車２０は、内歯歯車３０との噛合により、その自由な自転が拘束され、公転成分をもつ自転運動を行う。

このときの偏心量ΔＥとすると、外歯歯車２０は、軸心から半径ΔＥに相当する円周上を公転する。この結果、外歯歯車２０と内歯歯車３０との噛合位置が順次ずれてゆき、入力軸１０が１回転したところで、外歯歯車２０は内歯歯車３０との僅少の歯数差分（この実施形態の場合、８−７＝１）だけ位相がずれる。これは、入力軸１０の１回転が、外歯歯車２０の−１／７回転に減速されたことを意味する（マイナスは逆回転を示す）。

以上のように、ディスク５０には、外歯歯車２０の自転成分のみが出力される。これにより、入力軸１０とディスク５０との間で、減速比−１／７の減速が達成される。
このように、減速機構３００は、外歯歯車２０の歯数と内歯歯車３０の歯数を増やすことにより、減速比を容易に大きくすることができる。また、減速比を大きくすることにより、ディスク５０に高いトルクで回転出力することができる。

図５は、入力軸１０のモータ２００から離れる方向にディスク５０が移動した場合の運動変換装置１の斜視図である。
以上のように、ディスク５０の回転出力は直接入力軸１０方向の運動に変換されるため、減速機構３００と回転出力を入力軸方向の運動に変換する機構とを個別に設けた場合と比較し、装置全体を小型化することができる。特に、入力軸１０方向の厚みを減少することができる。
また、ディスク５０には、減速された回転出力がなされるため、ディスク５０を微小に回転させることができ、ディスク５０の入力軸１０方向での位置精度を向上させることができる。

また、この減速機構３００は、入力軸１０と、入力軸１０に偏心して公転する外歯歯車２０と、外歯歯車２０と僅少の歯数差を有し外歯歯車２０が内接噛合する内歯歯車３０と、外歯歯車２０の自転成分のみを出力するディスク５０とから構成されるため、外歯歯車２０の歯数と内歯歯車３０の歯数を変更することにより、減速比を容易に大きくすることができる。従って、減速比を大きくすることにより、ディスク５０の回転量を更に微小に制御でき、ディスク５０の入力軸１０方向での位置精度を向上させることができる。

また前述したようにディスク５０は、外歯歯車２０に対向する面の裏面に被押圧部材を押圧するための押圧部５５が形成されている。
この構成により、ディスク５０の入力軸１０方向での位置精度を向上させることができるので、ディスク５０に押圧される被押圧部材の位置精度についても向上することができる。
また、前述したように外歯歯車２０の歯数と内歯歯車３０の歯数を変更することにより、減速比を容易に大きくすることができる。減速比を大きくすることにより、ディスク５０の回転量を更に微小に制御でき、ディスク５０の入力軸１０方向での位置精度を向上させることができる。

また、固定円筒部３３の内周に形成された雌ねじ部３４及ディスク５０の外周部に設けられた雄ねじ部５４の条数を変更することによりディスク５０の入力軸１０方向の移動量を変更することができる。前記条数と前述した外歯歯車２０と歯歯車３０の歯数の組み合わせにより、前記移動量を多数設定することができる。
また、運動変換装置１の変形例として、図６に示すように、固定円筒部３３ａの内周にカム溝３４ａを形成し、前記カム溝３４ａに摺動可能に係合するカムフォロアー５４ａを設けることにより、前記移動量を任意に設定することができる。

次に、この運動変換装置１を、カメラ用のレンズ駆動装置として採用した場合について説明する。
図７は、運動変換装置１をカメラ用のレンズ駆動装置として適用した場合の正面図である。
運動変換装置１は、被押圧部材としてレンズホルダ４００を押圧する。このレンズホルダ４００は、撮像素子（不図示）へ導光するレンズ４１０を、光軸方向（図７の紙面に対して垂直方向）に移動自在に保持する。また、レンズホルダ４００には、レンズホルダ４００の光軸方向の移動をガイドするためのガイド穴４２０が形成されており、ガイド穴４２０にガイド棒（不図示）に摺動可能に係合している。また、レンズホルダ４００には、押し当て部４３０が形成されている。

図８は、運動変換装置１をカメラ用のレンズ駆動装置として適用した場合の断面図である。
ディスク５０の押圧部５５は、レンズホルダ４００の押し当て部４３０に当接する。また、押圧部５５は、摺動性のよい材料で形成されている。
また、レンズホルダ４００は、ばね等の弾性部材４４０によって運動変換装置１側に付勢されている。尚、図８において弾性部材４４０については簡略化して示している。
ディスク５０は、出力される回転に伴って光軸方向（入力軸１０方向）に移動するため、レンズホルダ４００を光軸方向に移動させることができる。詳細には、ディスク５０が回転して、被写体側（図７において紙面手前側）に移動する場合には、押圧部５５が押し当て部４３０を押圧して、レンズホルダ４００を被写体側に駆動させる。
ディスク５０が回転して、入力軸１０側に移動する場合には、レンズホルダ４００は弾性部材４４０によって運動変換装置１側に付勢されているため、押し当て部４３０が押圧部５５に当接した状態のまま、レンズホルダ４００は、被写体側と反対側に移動する。

このように、運動変換装置１を、カメラ用のレンズ駆動装置として採用することにより、光軸方向でのレンズの位置精度を向上することができる。
特に、小型カメラにおいては、レンズを駆動させるための装置に付いても小型化が要請されるため、本発明のような運動変換装置１は好適である。

次に、実施例２に係る運動変換装置について説明する。尚、実施例１の運動変換装置１と同様の部分には、同一の符号を付することで重複する説明を省略する。図９は、実施例２に係る運動変換装置１ａをカメラ用のレンズ駆動装置として適用した場合の断面図である。図１０は、実施例２に係る運動変換装置１ａをカメラ用のレンズ駆動装置として適用した場合の正面図である。

図９に示すように、偏心体１１ａと軸受部１１ｂとロータ８０とはインサート成形により一体に形成される。これにより、ロータ８０と偏心体１１ａと入力軸１０ａとの組み付け公差によるガタの発生を抑制できる。このため、偏心体１１ａは、外歯歯車２０をスムーズに揺動回転させることができる。

また、入力軸１０ａは、ロータ８０と一体に形成された偏心体１１ａと摺動可能に係合し、ディスク５０ａに形成された貫通孔５６ａを貫通して、延伸して形成される。また、入力軸１０ａは摺動性のよい材料で形成されている。
また、モータカバー１１０ａは、後述する、レンズホルダ４００ａの移動方向をガイドする入力軸１０ａを確実に保持するため、実施例１に係るモータカバー１１０よりも厚く形成されている。

運動変換装置１ａ、被押圧部材としてレンズホルダ４００ａを押圧する。このレンズホルダ４００ａは、撮像素子（不図示）へ導光するレンズ４１０を、光軸方向（図１０の紙面に対して垂直方向）に移動自在に保持する。また、レンズホルダ４００ａには、レンズホルダ４００ａの光軸方向の移動をガイドするためのガイド穴４２０、４２０ａが形成されており、一方のガイド孔４２０にガイド棒（不図示）に摺動可能に係合している。また、他方のガイド孔４２０ａに、運動変換装置１ａの入力軸１０ａが摺動可能に係合している。
また、押圧部５５ａは、貫通孔５６ａの周囲に形成されている。
このように、入力軸１０ａは、ディスク５０に形成された貫通孔５６ａに貫通すると共に、レンズホルダ４００ａに形成されたガイド孔４２０ａに係合してレンズホルダ４００ａの移動方向をガイドする。これにより入力軸１０ａは、一の部材で、ロータ８０と一体に形成された偏心体１１ａと摺動可能に係合すると共に、レンズホルダ４００ａの移動方向をガイドすることができる。これにより部品数を減らし、組立工程を簡易化することが出来る。

また、モータカバー１１０ａが厚く形成されているため、延伸した入力軸１０ａを安定した状態で回転可能に支持することができる。尚、モータカバー１１０ａを用いる代わりに、運動変換装置１ａが搭載される筐体枠によって入力軸１０ａを回転可能に支持するように構成してもよい。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
上記実施例において、入力軸とモータ軸とを兼用しているがこのような構成に限定されない。

また、上記実施例において、内歯歯車と位置決め板は一体に形成されている例を挙げたが、このような構成に限らず、内歯歯車と位置決め板は別部材で構成されていてもよい。

また、上記実施例において、被押圧部材としてレンズホルダを例にとり説明したが、このような構成に限定されない。
また、上記実施例において、ロータと偏心体とが一体に形成される例をとり説明したが、入力軸とロータと偏心体とが一体に形成されていてもよい。

運動変換装置の斜視図である。 運動変換装置の断面図である。 ディスクの構成を示した図である。 内歯歯車と外歯歯車との構成を示した図である。 入力軸方向にディスクが移動した場合の運動変換装置の斜視図である。 運動変換装置の変形例を示した図である。 運動変換装置をカメラ用のレンズ駆動装置として適用した場合の正面図である。 運動変換装置をカメラ用のレンズ駆動装置として適用した場合の断面図である。 実施例２に係る運動変換装置をカメラ用のレンズ駆動装置として適用した場合の断面図である。 実施例２に係る運動変換装置をカメラ用のレンズ駆動装置として適用した場合の正面図である。

符号の説明

１、１ａ 運動変換装置
１０、１０ａ 入力軸
１１、１１ａ 偏心体
２０ 外歯歯車
２１ 外歯
３０ 内歯歯車
３１ 内歯
３３、３３ａ 固定円筒部（固定円筒部材）
３４ ねじ部
３４ａ カム溝
５０ ディスク（取出部材）
５２ ピン穴
５４ ねじ部
５４ａ カムフォロアー
５５、５５ａ 押圧部
７０ 位置決め板
７１ コイル逃げ穴部
８０ ロータ
９０ ステータ
１００ コイル
１１０ モータカバー
２００ モータ
３００ 減速機構
４００、４００ａ レンズホルダ
４２０、４２０ａ ガイド孔

Claims (6)

1. 入力軸と、前記入力軸に偏心して揺動する外歯歯車と、前記外歯歯車と僅少の歯数差を有し前記外歯歯車が内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の自転成分のみを取り出す取出部材とを含む減速機構と、
   前記取出部材の外周を囲む固定円筒部材とを備え、
   前記取出部材の外周と前記固定円筒部材の内周には、互いに螺合し、前記取出部材がその回転量に伴って前記入力軸方向に移動自在に支持されるためのねじ部が形成されていることを特徴とする運動変換装置。
2. 前記取出部材は、前記外歯歯車に対向する面の裏面に被押圧部材を押圧するための押圧部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の運動変換装置。
3. 前記固定円筒部材と前記内歯歯車とは一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の運動変換装置。
4. 前記入力軸に回転駆動力を与えるロータと
   前記外歯歯車を前記入力軸に偏心して揺動させるための偏心体とを備え、
   前記ロータと前記偏心体とは一体に形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の運動変換装置。
5. 前記入力軸は、前記取出部材に形成された貫通孔に貫通すると共に、前記被押圧部材に形成されたガイド孔に係合して前記被押圧部材の移動方向をガイドすることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の運動変換装置。
6. 前記被押圧部材は、光軸方向に移動自在にレンズを保持するレンズホルダであることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の運動変換装置。

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