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技術 一方向入出力回転伝達機構及び一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置

出願人 リコーイメージング株式会社
発明者 浜崎拓司小林孝裕
出願日 2008年3月28日 (12年10ヶ月経過) 出願番号 2008-085176
公開日 2008年11月6日 (12年3ヶ月経過) 公開番号 2008-267600
状態 特許登録済
技術分野 一方向・自動クラッチ、異種クラッチ組合わせ 超音波モータ、圧電モータ、静電モータ
主要キーワード 食い付き力 ボールベアリング装置 超音波発生部材 円形中心孔 筒状リテーナ 溝形成部材 固定筒部材 横断面形
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この項目の情報は公開日時点(2008年11月6日)のものです。
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図面 (15)

課題

部品点数が少なく簡単な構造でありながら、入力回転軸出力回転軸の間に強い力で食い込んだ複数の回転力伝達球を同時かつ円滑に食い込み状態から解放可能な一方向入出力回転伝達機構及びこの一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置を得る。

解決手段

入力回転部材軸方向直交面と対向する部分に、軸線方向に見たときに該軸線を囲むように形成された、互いに同一形状の複数の周方向案内溝と、軸方向直交面、内側円筒面、及び複数の周方向案内溝の間にそれぞれ転動自在に挿入され、周方向案内溝及び軸方向直交面によって常に挟持された回転力伝達球と、を備える。

概要

背景

入力回転軸回転力出力回転軸に伝達するが出力回転軸の回転力は入力回転軸に伝達しない一方向入出力回転伝達機構の従来例としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。
この特許文献1の一方向入出力回転伝達機構は、互いに同心をなす環状部材である外輪入力回転部材)及び内輪出力回転部材)と、内輪と外輪の間に両者に対して相対回転可能(外輪が回転すると外輪に遅れながら同方向に回転する)に位置する保持器リテーナ)と、保持器に形成した周方向に並ぶ複数のポケット貫通孔)にそれぞれ回転可能に保持された複数のローラ回転力伝達部材)と、を備えている。この内輪の外周面円筒面となっており、外輪の内周面には周方向位置によって径方向の深さが異なる複数のカム面(周方向不等幅溝)が周方向に並べて形成してある。
この一方向入出力回転伝達機構では、外輪が回転すると保持器が外輪に遅れながら同方向に回転するので、各ローラが各カム面の端部と内輪の外周面(円筒面)の間に強い力で食い込む。すると、外輪の回転力がローラを介して内輪に伝わるので、内輪が外輪に遅れて同方向に回転する。一方、内輪を回転させても内輪の外周面(円筒面)からローラに回転力は伝達されない(ローラがカム面の端部に移動しない)ので、内輪の回転力は外輪に伝達されない。

特開平8−177878号公報

概要

部品点数が少なく簡単な構造でありながら、入力回転軸と出力回転軸の間に強い力で食い込んだ複数の回転力伝達球を同時かつ円滑に食い込み状態から解放可能な一方向入出力回転伝達機構及びこの一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置を得る。入力回転部材の軸方向直交面と対向する部分に、軸線方向に見たときに該軸線を囲むように形成された、互いに同一形状の複数の周方向案内溝と、軸方向直交面、内側円筒面、及び複数の周方向案内溝の間にそれぞれ転動自在に挿入され、周方向案内溝及び軸方向直交面によって常に挟持された回転力伝達球と、を備える。

目的

本発明の目的は、部品点数が少なく簡単な構造でありながら、入力回転軸と出力回転軸の間に強い力で食い込んだ(出力回転軸に強い力で圧接した)複数の回転力伝達球を同時かつ円滑に食い込み状態(圧接状態)から解放可能な一方向入出力回転伝達機構及びこの一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

軸線回りに回転可能な入力回転部材と、上記軸線に直交する軸方向直交面を有する挟持部材と、上記入回転部材同軸相対回転可能に位置し、その内周面に上記軸線を中心とする内側円筒面を有する筒状出力回転軸と、上記入力回転部材の上記軸方向直交面と対向する部分に、上記軸線方向に見たときに該軸線を囲むように形成された、互いに同一形状の複数の周方向案内溝と、上記軸方向直交面、上記内側円筒面、及び複数の周方向案内溝の間にそれぞれ転動自在に挿入され、上記周方向案内溝及び軸方向直交面によって常に挟持された回転力伝達球と、を備え、上記周方向案内溝は、上記入力回転部材が回転したときに、上記回転力伝達部材を上記入力回転部材に遅れながら同方向に公転させると共に上記内側円筒面に圧接させ、上記入力回転部材の回転力を上記筒状出力回転軸に伝達する形状をなしていることを特徴とする一方向入出力回転伝達機構

請求項2

請求項1記載の一方向入出力回転伝達機構において、上記周方向案内溝の横断面形状が所定径の円弧であり、上記回転力伝達球が該円弧と同じ曲率である一方向入出力回転伝達機構。

請求項3

請求項1または2記載の一方向入出力回転伝達機構において、上記入力回転部材が、上記軸線回りに回転する入力回転軸と、該入力回転軸に対して相対回転不能かつ相対スライド可能で上記上記周方向案内溝を形成した溝形成部材と、を有し、さらに、該溝形成部材を常に上記軸方向直交面側に付勢する付勢手段を備える一方向入出力回転伝達機構。

請求項4

請求項1から3のいずれか1項記載の一方向入出力回転伝達機構において、複数の上記周方向案内溝に上記回転力伝達球をそれぞれ挿入した一方向入出力回転伝達機構。

請求項5

請求項1から4のいずれか1項記載の一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置において、超音波発生部と、該超音波発生部に相対回転可能に接触すると共に上記入力回転部材に対して相対回転不能であり、該超音波発生部で発生した超音波振動により回転する回転出力部と、を備える超音波モータを備える超音波回転駆動装置。

請求項6

軸線回りに回転可能な筒状入力回転部材と、上記軸線に直交する軸方向直交面を有する挟持部材と、上記筒状入力回転部材と同軸に相対回転可能に位置し、その外周面に上記軸線を中心とする外側円筒面を有する出力回転軸と、上記筒状入力回転部材の上記軸方向直交面と対向する部分に、上記軸線方向に見たときに該軸線を囲むように形成された、互いに同一形状の複数の周方向案内溝と、上記軸方向直交面、上記外側円筒面、及び複数の周方向案内溝の間にそれぞれ転動自在に挿入され、上記周方向案内溝及び軸方向直交面によって常に挟持された回転力伝達球と、を備え、上記周方向案内溝は、上記筒状入力回転部材が回転したときに、上記回転力伝達部材を上記筒状入力回転部材に遅れながら同方向に公転させると共に上記外側円筒面に圧接させ、上記筒状入力回転部材の回転力を上記出力回転軸に伝達する形状をなしていることを特徴とする一方向入出力回転伝達機構。

請求項7

請求項6記載の一方向入出力回転伝達機構において、上記周方向案内溝の横断面形状が所定径の円弧であり、上記回転力伝達球が該円弧と同じ曲率である一方向入出力回転伝達機構。

請求項8

請求項6または7記載の一方向入出力回転伝達機構において、上記筒状入力回転部材が、上記軸線回りに回転する筒状入力回転軸と、該筒状入力回転軸に対して相対回転不能かつ相対スライド可能で上記上記周方向案内溝を形成した溝形成部材と、を有し、さらに、該溝形成部材を常に上記軸方向直交面側に付勢する付勢手段を備える一方向入出力回転伝達機構。

請求項9

請求項6から8のいずれか1項記載の一方向入出力回転伝達機構において、複数の上記周方向案内溝に上記回転力伝達球をそれぞれ挿入した一方向入出力回転伝達機構。

請求項10

請求項6から9のいずれか1項記載の一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置において、超音波発生部と、該超音波発生部に相対回転可能に接触すると共に上記筒状入力回転部材に対して相対回転不能であり、該超音波発生部で発生した超音波振動により回転する回転出力部と、を備える超音波モータを備える超音波回転駆動装置。

技術分野

0001

本発明は、入力回転軸回転力出力回転軸に伝達するが出力回転軸の回転力は入力回転軸に伝達しない一方向入出力回転伝達機構、及びこの一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置に関する。

背景技術

0002

入力回転軸の回転力は出力回転軸に伝達するが出力回転軸の回転力は入力回転軸に伝達しない一方向入出力回転伝達機構の従来例としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。
この特許文献1の一方向入出力回転伝達機構は、互いに同心をなす環状部材である外輪入力回転部材)及び内輪出力回転部材)と、内輪と外輪の間に両者に対して相対回転可能(外輪が回転すると外輪に遅れながら同方向に回転する)に位置する保持器リテーナ)と、保持器に形成した周方向に並ぶ複数のポケット貫通孔)にそれぞれ回転可能に保持された複数のローラ回転力伝達部材)と、を備えている。この内輪の外周面円筒面となっており、外輪の内周面には周方向位置によって径方向の深さが異なる複数のカム面(周方向不等幅溝)が周方向に並べて形成してある。
この一方向入出力回転伝達機構では、外輪が回転すると保持器が外輪に遅れながら同方向に回転するので、各ローラが各カム面の端部と内輪の外周面(円筒面)の間に強い力で食い込む。すると、外輪の回転力がローラを介して内輪に伝わるので、内輪が外輪に遅れて同方向に回転する。一方、内輪を回転させても内輪の外周面(円筒面)からローラに回転力は伝達されない(ローラがカム面の端部に移動しない)ので、内輪の回転力は外輪に伝達されない。

0003

特開平8−177878号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1の一方向入出力回転伝達機構は、外輪(入力回転部材)と相対回転する保持器(リテーナ)を必要とするので、部品点数が多く構造が複雑である。
しかし、特許文献1の一方向入出力回転伝達機構から保持器(リテーナ)を省略(あるいは保持器の外周筒状部(ポケットが形成された部分)を省略)してしまうと、複数のローラが内輪と外輪の間でそれぞれ自由に動いてしまうので、各ローラの動きが同期しなくなってしまう。このように各ローラの動きが同期しない場合に、各ローラが各カム面の端部と内輪の外周面(円筒面)の間に食い込んだ状態で外輪を食い込む直前の回転方向と反対方向に回転させると、各ローラはカム面の端部と円筒面の間から同時に脱出せず時間差を生じながら脱出する。各ローラが時間差を生じながら脱出すると、食い込み力が完全に消滅するまでに時間が掛かるので、外輪を円滑に逆回転させるのが難しくなってしまう。

0005

本発明の目的は、部品点数が少なく簡単な構造でありながら、入力回転軸と出力回転軸の間に強い力で食い込んだ(出力回転軸に強い力で圧接した)複数の回転力伝達球を同時かつ円滑に食い込み状態圧接状態)から解放可能な一方向入出力回転伝達機構及びこの一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明の一方向入出力回転伝達機構は、軸線回りに回転可能な入力回転部材と、上記軸線に直交する軸方向直交面を有する挟持部材と、上記入回転部材同軸に相対回転可能に位置し、その内周面に上記軸線を中心とする内側円筒面を有する筒状出力回転軸と、上記入力回転部材の上記軸方向直交面と対向する部分に、上記軸線方向に見たときに該軸線を囲むように形成された、互いに同一形状の複数の周方向案内溝と、上記軸方向直交面、上記内側円筒面、及び複数の周方向案内溝の間にそれぞれ転動自在に挿入され、上記周方向案内溝及び軸方向直交面によって常に挟持された回転力伝達球と、を備え、上記周方向案内溝は、上記入力回転部材が回転したときに、上記回転力伝達部材を上記入力回転部材に遅れながら同方向に公転させると共に上記内側円筒面に圧接させ、上記入力回転部材の回転力を上記筒状出力回転軸に伝達する形状をなしていることを特徴としている。

0007

また本発明の一方向入出力回転伝達機構は、軸線回りに回転可能な筒状入力回転部材と、上記軸線に直交する軸方向直交面を有する挟持部材と、上記筒状入力回転部材と同軸に相対回転可能に位置し、その外周面に上記軸線を中心とする外側円筒面を有する出力回転軸と、上記筒状入力回転部材の上記軸方向直交面と対向する部分に、上記軸線方向に見たときに該軸線を囲むように形成された、互いに同一形状の複数の周方向案内溝と、上記軸方向直交面、上記外側円筒面、及び複数の周方向案内溝の間にそれぞれ転動自在に挿入され、上記周方向案内溝及び軸方向直交面によって常に挟持された回転力伝達球と、を備え、上記周方向案内溝は、上記筒状入力回転部材が回転したときに、上記回転力伝達部材を上記筒状入力回転部材に遅れながら同方向に公転させると共に上記外側円筒面に圧接させ、上記筒状入力回転部材の回転力を上記出力回転軸に伝達する形状をなしていることを特徴としている。

0008

上記周方向案内溝の横断面形状が所定径の円弧であり、上記回転力伝達球が該円弧と同じ曲率であれば、入力回転部材から筒状出力回転軸(または筒状入力回転部材から出力回転軸)への回転トルク伝達効率を高めることができるので好ましい。

0009

上記入力回転部材(または筒状入力回転部材)を、上記軸線回りに回転する入力回転軸と、該入力回転軸に対して相対回転不能かつ相対スライド可能で上記上記周方向案内溝を形成した溝形成部材と、を有し、さらに、該溝形成部材を常に上記軸方向直交面側に付勢する付勢手段を備えるものとして構成してもよい。

0010

複数の上記周方向案内溝に上記回転力伝達球をそれぞれ挿入するのが好ましい。

0011

超音波発生部と、該超音波発生部に相対回転可能に接触すると共に上記入力回転部材(または筒状入力回転部材)に対して相対回転不能であり、該超音波発生部で発生した超音波振動により回転する回転出力部と、を備える超音波モータを備えることにより、上記一方向入出力回転伝達機構を利用した超音波回転駆動装置が得られる。

発明の効果

0012

本発明によれば、各回転力伝達球の動きは各周方向案内溝によって規制(案内)される。従って、筒状出力回転軸の内側円筒面に各回転力伝達球が強い力で圧接された状態で、入力回転部材を各回転力伝達球が筒状出力回転軸の内側円筒面に圧接する直前の回転方向と逆方向(解放方向)に回転させると、各回転力伝達球は各周方向案内溝に従って圧接状態から解放される。従って、各回転力伝達球を同時かつ円滑に圧接状態から解放できる。
しかも、入力回転部材に対して相対回転するリテーナ(各ローラを保持する部材)を必要としないので、構造は簡単である。
また、入力回転部材を筒状入力回転部材として形成し、出力回転部材をこの筒状入力回転部材と同軸の出力回転軸として形成した本発明の別の態様によっても、各回転力伝達球の動きは各周方向案内溝によって規制(案内)される。従って、出力回転軸の外側円筒面に各回転力伝達球が強い力で圧接された状態で、筒状入力回転部材を各回転力伝達球が出力回転軸の外側円筒面に圧接する直前の回転方向と逆方向(解放方向)に回転させると、各回転力伝達球は各周方向案内溝に従って圧接状態から解放される。従って、各回転力伝達球を同時かつ円滑に圧接状態から解放できる。
しかも、筒状入力回転部材に対して相対回転するリテーナ(各ローラを保持する部材)を必要としないので、構造は簡単である。

0013

さらに請求項5または10の発明のように、本発明の一方向入出力回転伝達機構に超音波モータを組み合わせると、超音波モータの超音波発生部で超音波が発生して回転出力部が回転すると、回転出力部の回転力が一方向入出力回転伝達機構の入力回転部材(または筒状入力回転部材)から筒状出力回転軸(または出力回転軸)に伝わる。しかし、一方向入出力回転伝達機構の筒状出力回転軸(または出力回転軸)が回転したとき、この回転力は一方向入出力回転伝達機構の入力回転部材(または筒状入力回転部材)に伝わらない。
従って、超音波モータの超音波発生部が非作動状態にあるときに一方向入出力回転伝達機構の筒状出力回転軸または出力回転軸)が回転しても、超音波モータの回転出力部と超音波発生部の間に回転による摩耗が生じることはない。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、本発明の超音波回転駆動装置MUの第1の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態は超音波回転駆動装置MUを撮影状態オートフォーカスAF)とマニュアルフォーカスMF)とに切り替え可能なカメラ交換式レンズ鏡筒(図示略)に適用したものである。

0015

超音波回転駆動装置MUは、超音波モータUMと一方向入出力回転伝達機構DM一体化したものである。まずは一方向入出力回転伝達機構DMの構造について説明する。
前後両端図1矢線で示すように、図1の左側を「前方」、図1の右側を「後方」として説明する)が開放する筒形状をなす固定筒部材(挟持部材)10には、固定ねじ(図示略)によってカメラボディ内面に固定される環状の外方フランジ11と、同じく環状の内方フランジ12が突設してある。固定筒部材10の前面中央部は、入力回転軸20の中心軸A1(及びカメラ光軸)に対して直交する平面である軸方向直交面13となっている。固定筒部材10の内周面には外環14がスライド可能に嵌合しており(相対回転は不能)、外環14の内周側には複数のベアリングボール15を介して外環14と同心をなす内環16が、外環14に対して相対回転可能かつ軸線方向に相対移動不能として位置している。即ち、外環14、ベアリングボール15及び内環16によってボールベアリング装置17が構成されている。

0016

内環16の内周面にはカメラ光軸と平行な略円柱形状の入力回転軸(入力回転部材)20が相対回転不能かつ相対スライド可能に嵌合されている(その中心軸がA1(軸線))。入力回転軸20の外周面の長手方向中央部には、周方向に180°間隔で一対の突起21が突設してある。入力回転軸20の前端部にはばね用リテーナ22が固定ねじ23によって固定されている。ばね用リテーナ22の外周面には、入力回転軸20と同軸をなす筒状出力回転軸25の内周面前端部が相対回転可能(相対スライドは不能)に嵌合している。筒状出力回転軸25の内周面は中心軸A1を中心とする円筒面であり、その前半部をなしばね用リテーナ22に嵌合された小径円筒面26と、後半部をなし小径円筒面26と同心かつ小径円筒面26より大径の大径円筒面(内側円筒面)27とからなっている。筒状出力回転軸25の外周面の前端部には、交換式レンズ鏡筒内に配設されたフォーカシング機構(図示略)の入力ギヤと噛合する出力ギヤ28が形成してある。

0017

入力回転軸20の外周面の突起21の直前には、入力回転軸20と同心をなす環状部材である溝形成部材(入力回転部材)29の円形中心孔32が、入力回転軸20に対して中心軸A1方向に相対移動可能かつ相対回転不能として嵌合している。溝形成部材29の前面とばね用リテーナ22の対向面の間には、入力回転軸20の外周側に位置する圧縮コイルばね(付勢手段)S1が縮設されており、この圧縮コイルばねS1の付勢力によって溝形成部材29は常に後方に付勢されている。
図3から図6に示すように、溝形成部材29の後半部の外周部には周方向に90°間隔で計4つの周方向案内溝33が形成してある(図3中に仮想線で示した円弧状の矢印A1、A2、A3、A4は各周方向案内溝33の領域を示している)。各周方向案内溝33の形状は互いに同一であり、隣合う周方向案内溝33同士は互いに連続しているので、4つの周方向案内溝33は全体として環状の溝を構成している。さらに、図6に示すように、周方向案内溝33の長手方向に直交する断面形状は所定曲率(所定径)の円弧である。さらに各周方向案内溝33は、その長手方向の中央部が最も大径円筒面27から離れ両端部に向かうに連れて大径円筒面27に徐々に近づく形状なので、各周方向案内溝33の内周面34から筒状出力回転軸25の大径円筒面27までの径方向距離R(回転力伝達球Bの中心と同じ前後方向位置における大径円筒面27と内周面34の入力回転軸20の径方向の直線距離図1及び図3参照。)は、各周方向案内溝33の長手方向の中央部が最も長く、両端部に向かうに連れて徐々に短くなる。

0018

そして、4つの周方向案内溝33には周方向案内溝33の断面の曲率と同じ曲率の球状部材である金属製の回転力伝達球Bが挿入してある。各回転力伝達球Bの前端部及び内周側端部は対応する周方向案内溝33に回転可能に嵌合しており、各回転力伝達球Bの後端部は軸方向直交面13に回転可能に接触している。図3のP1に示すように、一方向入出力回転伝達機構DMの初期状態において各回転力伝達球Bは各周方向案内溝33の中央部に位置し、その内周側端部が各周方向案内溝33の中央部の凹み34aに嵌合している。各回転力伝達球Bの前端部と周方向案内溝33(内周面34)の断面形状(曲率)は同じなので、各回転力伝達球Bは周方向案内溝33のいずれの位置に嵌合するときも、周方向案内溝33に対して線接触となる(図6参照)。さらに、溝形成部材29は圧縮コイルばねS1によって後方に弾性付勢されているので、各回転力伝達球Bは常に周方向案内溝33(の前部)と軸方向直交面13によって弾性的に挟持される。

0019

次に以上構成の一方向入出力回転伝達機構DMと一体をなす超音波モータUMの構造について説明する。
固定筒部材10の外周面には、中心軸A1を中心とする環状部材である超音波発生部材(超音波発生部)40の中心孔が嵌合固定してある。超音波発生部材40の後端部外周側は正面視環状をなす振動伝達部41となっており、振動伝達部41の後端面は中心軸A1に対して直交する平面となっている。
さらに、入力回転軸20の後端部には外側筒状部42と内側筒状部43を備える有底の筒状原動回転軸(回転出力部)44の中心孔45が嵌合固定してある。外側筒状部42の前端面は中心軸A1に対して直交する平面であり、振動伝達部41の後端面に相対回転可能に接触している。超音波発生部材40と筒状原動回転軸44の間に形成された内部空間には、固定筒部材10の後端部外周面に嵌合固定された筒状リテーナ47が位置している。この筒状リテーナ47と外環14の間には圧縮コイルばねS2が縮設されており、この圧縮コイルばねS2の付勢力によって外環14、ベアリングボール15及び内環16が前方に付勢され、内環16が突起21の後面に弾性接触している。
以上構成の超音波モータUMは、カメラボディ内に設けられたCPU等によって構成される制御手段(図示略)と電気的に接続している。

0020

次に、以上のような構成からなる超音波回転駆動装置MUの動作について説明する。
まず、AFによりフォーカシングを行う場合の超音波回転駆動装置MUの動作について説明する。
カメラボディに設けたAFスイッチ(図示略)を操作すると、カメラボディに内蔵された上記制御手段から超音波モータUMに回転信号が送られる。
例えばこの回転信号が正転信号の場合、振動伝達部41が周方向の一方向(正面視で反時計方向)に進む超音波振動を発生する。すると、振動伝達部41の後端面と接触している筒状原動回転軸44(外側筒状部42)が該超音波振動と同じ方向に回転するので、筒状原動回転軸44と一体をなす入力回転軸20が正面視で反時計方向に回転する。すると入力回転軸20に対して相対回転不能な溝形成部材29が入力回転軸20と一緒に正面視で反時計方向に回転し、軸方向直交面13と周方向案内溝33とによって挟持されている各回転力伝達球Bが、自身の中心点を中心に自転しつつ、各周方向案内溝33に沿って対応する周方向案内溝33(内周面34)に接触しながら中心軸A1を中心に入力回転軸20の周囲を正面視反時計方向に回転(公転)する(各回転力伝達球Bの公転軌跡図3に矢印Dで示している)。このときの各回転力伝達球Bの公転速度は入力回転軸20の回転速度の1/2であり、さらに各回転力伝達球Bの公転運動は互いに同期する。すると、初期状態において図3のP1に位置していた各回転力伝達球Bは、各周方向案内33の正面視時計方向側の端部側に移動し、内周面34の時計方向側の端部と筒状出力回転軸25の大径円筒面27との間に強い力で他の回転力伝達球Bと同時に食い込む(大径円筒面27に圧接する)(図3のP2参照)。この結果、入力回転軸20と筒状出力回転軸25が、溝形成部材29及び回転力伝達球Bを介して周方向に一体となるので、溝形成部材29(入力回転軸20)の回転力が筒状出力回転軸25に伝わり筒状出力回転軸25が正面視で反時計方向に回転する。すると、筒状出力回転軸25の回転力が出力ギヤ28から交換式レンズ鏡筒内のフォーカシング機構の入力ギヤに伝達されるので、フォーカシング機構によってフォーカスレンズ(図示略)が光軸に沿って前方に移動する。

0021

一方、上記制御手段が超音波モータUMに逆転信号(回転信号)を送る場合は、振動伝達部41が周方向の他方向(正面視で時計方向)の超音波振動を発生し、振動伝達部41の後端面と接触している筒状原動回転軸44が該超音波振動と同じ方向に回転するので、筒状原動回転軸44と一体をなす入力回転軸20が正面視で時計方向に回転する。そして、各回転力伝達球Bが入力回転軸20の1/2の回転速度で各周方向案内溝33に沿って(対応する周方向案内溝33(内周面34)に接触しながら)互いに同期しながら正面視時計方向に公転(回転)する。その結果、各回転力伝達球Bが、各周方向案内溝33内を正面視で時計方向に回転し、内周面34の反時計方向側の端部と筒状出力回転軸25の大径円筒面27との間に強い力で同時に食い込む(大径円筒面27に圧接する)(図3のP3参照)。すると入力回転軸20と筒状出力回転軸25が、溝形成部材29及び回転力伝達球Bを介して周方向に一体となるので、溝形成部材29(入力回転軸20)の回転力が筒状出力回転軸25に伝わり筒状出力回転軸25が正面視で時計方向に回転する。そして、筒状出力回転軸25の回転力が出力ギヤ28からフォーカシング機構の入力ギヤに伝達されるので、フォーカシング機構によってフォーカスレンズ(図示略)が光軸に沿って後方に移動する。
このように、制御手段が超音波モータUMを正逆両方向へ回転させることによりAFが行われる。

0022

さらに、このようにAFによって合焦すると、制御手段から超音波モータUMに信号が送られ、超音波モータUMは合焦直前の回転方向とは逆方向に僅かだけ(筒状出力回転軸25を回転させない程度)回転する。このとき例えば各回転力伝達球Bが図3のP2において大径円筒面27と内周面34の間に挟み込まれていたとすると、各回転力伝達球Bが同期しながらP1側に回転するので、各回転力伝達球Bによる食い付き力が同時に減少する。このように本実施形態では各回転力伝達球Bの食い付き力が同時に減少するので、各回転力伝達球Bの食い付き力を減少させるための超音波モータUM(及び入力回転軸20、溝形成部材29)の回転動作は円滑に行われる。
そして、このように各回転力伝達球Bの食い付き力を減少させることにより、この後に交換式レンズ鏡筒に設けられたマニュアルフォーカス環(図示略)をスムーズに回転させられるようになる。

0023

次に、MFによりフォーカシングを行う場合の超音波回転駆動装置MUの動作について説明する。
超音波モータUMを駆動させずに交換式レンズ鏡筒のマニュアルフォーカス環を回転させると、この回転力は、交換式レンズ鏡筒内のフォーカシング機構に伝達されMFが行われる。
マニュアルフォーカス環の回転力がフォーカシング機構に伝わると、この回転力はフォーカシング機構から筒状出力回転軸25の出力ギヤ28に伝達されるので、筒状出力回転軸25が入力回転軸20回りに正面視で時計方向または反時計方向に回転する。しかし、筒状出力回転軸25の大径円筒面27は中心軸A1を中心とする円筒面なので、筒状出力回転軸25から各回転力伝達球Bには回転力は伝達されない。このため、筒状出力回転軸25が回転しても各回転力伝達球B及び溝形成部材29は回転しない。従って、超音波モータUMの筒状原動回転軸44が回転することはなく、外側筒状部42と振動伝達部41の接触面同士が摩耗することはない。

0024

以上説明したように本実施形態の一方向入出力回転伝達機構DMは、溝形成部材29の各周方向案内溝33によって各回転力伝達球Bの入力回転軸20回りの回転(公転)軌跡を規制(案内)しているので、各回転力伝達球Bを各周方向案内溝33の対応する位置に互いに同期させながら移動させることができる。従って、各回転力伝達球B、溝形成部材29、筒状出力回転軸25の回転動作(特に筒状出力回転軸25の大径円筒面27と溝形成部材29の各周方向案内溝33の内周面34の間に食い込んだ各回転力伝達球Bを食い込み状態から解放する動作)を円滑に行うことが可能である。
しかも、溝形成部材29は入力回転軸20と一緒に回転する部材なので、特許文献1のように入力回転軸と相対回転する保持器(リテーナ)を必要とするものに比べて構造は簡単である。

0025

さらに本実施形態のように一方向入出力回転伝達機構DMと超音波モータUMを組み合わせると、超音波モータUMが回転駆動したときは筒状出力回転軸25が回転し、超音波モータUMを回転駆動しない状態で筒状出力回転軸25を回転させた場合は超音波モータUMの筒状原動回転軸44が回転しないので、超音波モータUMの外側筒状部42と振動伝達部41の間の回転による摩耗を最小限に抑えることが可能である。
また、一方向入出力回転伝達機構DMは、カメラの使用条件(例えば撮影時のカメラの温度等)の影響を受けにくく、使用条件が変わっても円滑に作動する。
また、本実施形態のような構成にすれば、撮影状態をAFとMFとに切り替えるための切替スイッチを設けることなく、撮影状態をAFとMFとに切り替えることが可能になる。

0026

また、入力回転軸20に遅れながら各回転力伝達球Bを同方向に公転(回転)させ、この回転力伝達球Bを溝形成部材29と筒状出力回転軸25の間に強固に食い込ませているので(回転力伝達球Bを回転力伝達部材として機能させているので)、入力回転軸20から筒状出力回転軸25へのトルク伝達を確実に行うことができる。

0027

以上本実施形態について説明したが、本発明は様々な変形を施しながら実施可能である。
例えば、入力回転軸20と溝形成部材29を一体化した入力回転部材を一体成形し、軸方向直交面13と各周方向案内溝33の間で各回転力伝達球Bを常に挟持する構造にしてもよい。このような構造にしても上記実施形態と同じ作用効果が得られ、しかも圧縮コイルばねS1が不要になるので一方向入出力回転伝達機構DMの構造をさらに簡単にすることが可能になる。

0028

なお、周方向案内溝33の断面形状は上記実施形態のものには限られず、例えば図7に示す断面形状の周方向案内溝35を採用してもよい。この場合は、各回転力伝達球Bと周方向案内溝35は線接触ではなく3箇所で点接触する。
さらに、図8及び図9に示すように、溝形成部材29の小径部30の断面形状を略正三角形略六角形にしてもよい。このようにすれば、周方向案内溝33の数がそれぞれ3つと6つとなるので、入力回転軸20から筒状出力回転軸25への回転トルクの伝達効率を変えることができる。なお、溝形成部材29の断面形状は略三角形や略六角形以外の略多角形であってもよい。また、総ての各周方向案内溝33に回転力伝達球Bを挿入する必要はなく、必要な入力回転軸20から筒状出力回転軸25への回転トルクの伝達効率に応じて、挿入する回転力伝達球Bの数を変えても良い。

0029

また、筒状出力回転軸25の大径円筒面27と各周方向案内溝33の内周面34の端部とで形成される楔状の空間の角、圧縮コイルばねS1の強さ、軸方向直交面13及び周方向案内溝33(周方向案内溝35)の面粗さを変えることによって、入力回転軸20から筒状出力回転軸25への回転トルクの伝達効率を変えることが可能である。

0030

さらに本実施形態では、超音波回転駆動装置MUをAF用交換式レンズ鏡筒に適用したが、レンズ鏡筒に設けたズーム環連動するズーミング機構との間に適用し、超音波モータUM(ズーム用モータ)の回転力はズーミング機構に伝達するが、ズーム環の回転力は超音波モータUMに伝達させないようにすることも可能である。このようにすれば、オートズームマニュアルズームの切り替えを行うための切替スイッチを設けることなく、オートズーム及びマニュアルズームを行えるようになる。

0031

本発明の超音波回転駆動装置MUの第2の実施形態について図10から図14を参照しながら説明する。なおこの実施形態での第1の実施形態と同様の部材には同一符号を付して示している。第2の実施形態の超音波回転駆動装置MUに設けられた一方向入出力回転伝達機構DM’は第1の実施形態の超音波回転駆動装置MUに設けられた一方向入出力回転伝達機構DMと構造が異なる。この点を除いては第2の実施形態の超音波回転駆動装置MUは第1の実施形態の超音波回転駆動装置MUと同一構成を有している。
第1の実施形態の超音波回転駆動装置MUでは出力回転軸が入力回転軸の周囲に位置するのに対し、第2の実施形態の超音波回転駆動装置MUでは入力回転軸が出力回転軸の周囲に位置する。すなわち、一方向入出力回転伝達機構DM’は、中心軸A1’を中心として筒状原動回転軸44と一体に回転するように筒状原動回転軸44(内側筒状部43)の中心孔45に圧入固定された筒状入力回転軸(入力回転部材)200を備え、さらに筒状入力回転軸200に形成された小径中心円形孔201に嵌入して筒状入力回転軸200と同心をなす出力回転軸250を備えている。出力回転軸250は、その中心軸(筒状入力回転軸200の中心軸A1’と同軸をなす中心軸)を中心として筒状入力回転軸200に対して回転自在に小径中心円形孔201に嵌入している。出力回転軸250の後端部は超音波モータUMの筒状原動回転軸44の後端から後方へ突出し、この突出した出力回転軸250の後端部には周方向溝251が形成されている。周方向溝251には環状のロックワッシャ252が嵌合され、超音波モータUMの筒状原動回転軸44に対する出力回転軸250の前方移動が防止されている。

0032

一方向入出力回転伝達機構DM’には、第1の実施形態の超音波回転駆動装置MUに設けられた固定筒部材10に相当する、前後両端が開放された筒形状をなす固定筒部材(挟持部材)100が設けられている。固定筒部材100は、前端部の構造が固定筒部材10と異なる。詳細には、固定筒部材100には、前方に延長されたその前端部に、第1の実施形態の超音波回転駆動装置MUに設けられた内方フランジ12に相当する環状の内方フランジ112が設けられている。内方フランジ12は中心軸A1方向で回転力伝達球Bの直後に位置しているのに対し、内方フランジ112は中心軸A1’方向で回転力伝達球Bの直前に位置している。内方フランジ112の後面(内面)は、筒状入力回転軸200の中心軸A1’に対して直交する平面である軸方向直交面113となっている。

0033

筒状入力回転軸200の前端には、周方向に180°間隔で一対の係合溝202が形成されている。一対の係合溝202は、機能的には第1の実施形態の超音波回転駆動装置MUに設けられた入力回転軸20の外周面の突起21と同じである。一方向入出力回転伝達機構DM’には、固定筒部材100の径方向内側に、内方フランジ112と筒状入力回転軸200の前端の間に位置し且つ出力回転軸250に遊嵌して出力回転軸250と同心をなす環状部材である溝形成部材(入力回転部材)290が設けられている。出力回転軸250の前端部は内方フランジ112から前方に突出し、この突出した出力回転軸250の前端部には、交換式レンズ鏡筒内に配設されたフォーカシング機構(図示略)の入力ギヤと噛合する出力ギヤ280が形成されている。出力回転軸250には、出力ギヤ280の直後に、中心軸A1’を中心とする大径円筒面(外側円筒面)270が形成されている。大径円筒面270は、中心軸A1’方向後方に延び、溝形成部材290の径方向内縁の直前の位置まで延長されている。中心軸A1’方向で大径円筒面270から後方に位置する出力回転軸250の部分は、中心軸A1’を中心とする小径円筒部とされている。従ってこの出力回転軸250の小径円筒部は、出力回転軸250が筒状入力回転軸200に対して転動自在となるように、筒状入力回転軸200の小径中心円形孔201に嵌入されている。

0034

筒状入力回転軸200の内周面の前半部分には、径方向外側に向かって凹となる筒状凹部203が形成されており、この筒状凹部203内には、出力回転軸250に嵌合された圧縮コイルばね(付勢手段)S3が配設されている。圧縮コイルばねS3は、中心軸A1’方向で互いに対向する溝形成部材290の後端面と筒状凹部203の後端面205の間に縮設されており、圧縮コイルばねS3の付勢力によって溝形成部材290は常に前方に付勢されている。筒状入力回転軸200の筒状凹部203内に位置する内周面は、筒状入力回転軸200の大径円筒面(内側円筒面)とされている。

0035

溝形成部材290には中心軸A1’を中心とする円形中心孔292が貫通孔として形成されており、溝形成部材290は、出力回転軸250に対して中心軸A1’方向に移動可能に出力回転軸250(出力回転軸250の小径円筒部)に嵌合している。溝形成部材290の後面には後方に突出する一対の係合突起291が形成されており、これら一対の係合突起291は筒状入力回転軸200に設けた一対の係合溝202にそれぞれ係入している。この一対の係合突起291と一対の係合溝202の係合関係により、溝形成部材290は筒状入力回転軸200と一体に回転する(即ち溝形成部材290の筒状入力回転軸200に対する回転が防止されている)。

0036

溝形成部材290の前半部の内周部には周方向に90°間隔で計4つの周方向案内溝330(第1の実施形態の溝形成部材29に設けられた周方向案内溝33に相当)が形成されている(図11中に仮想線で示した円弧状の矢印A1、A2、A3、A4は各周方向案内溝330の領域を示している)。周方向案内溝330の形状は互いに同一であり、隣合う周方向案内溝330同士は互いに連続しているので、4つの周方向案内溝330は全体として環状の溝を構成している。

0037

また、溝形成部材29に設けられた周方向案内溝33の内周面と同様に、各周方向案内溝330の内周面は、周方向案内溝330の長手方向に直交する断面形状が所定曲率(所定径)の円弧である。さらに各周方向案内溝330は、その長手方向の中央部が最も大径円筒面270から離れ、両端部に向かうに連れて大径円筒面270に徐々に近づく形状なので、各周方向案内溝330の内周面340から出力回転軸250の大径円筒面270までの径方向距離は、各周方向案内溝330の長手方向の中央部が最も長く、両端部に向かうに連れて徐々に短くなる。

0038

4つの周方向案内溝330には回転力伝達球Bがそれぞれ挿入してある。各回転力伝達球Bの後端部及び外周側端部は対応する周方向案内溝330に回転可能に嵌合しており、各回転力伝達球Bの前端部は軸方向直交面113に回転可能に接触している。図11のP1に示すように、一方向入出力回転伝達機構DM’の初期状態において各回転力伝達球Bは各周方向案内溝330の中央部に位置し、その外周側端部が各周方向案内溝330の中央部の凹み340aに嵌合している。各回転力伝達球Bの後端部と周方向案内溝330(内周面340)の断面形状(曲率)は同じなので、各回転力伝達球Bは周方向案内溝330のいずれの位置に嵌合するときも、周方向案内溝330に対して線接触となる。さらに、溝形成部材290は圧縮コイルばねS3によって前方に弾性付勢されているので、各回転力伝達球Bは常に周方向案内溝330(の後部)と軸方向直交面113によって弾性的に挟持される。

0039

以上説明したように、一方向入出力回転伝達機構DM’を備えた第2の実施形態の超音波回転駆動装置MUによっても、第1の実施形態の超音波回転駆動装置MUによって得られた作用効果と同様の作用効果が得られる。すなわち、溝形成部材290の各周方向案内溝330によって各回転力伝達球Bの出力回転軸250回りの回転(公転)軌跡を規制(案内)しているので、回転力伝達球Bを周方向案内溝330の対応する位置に互いに同期させながら移動させることができる。従って、各回転力伝達球B、溝形成部材290、出力回転軸250の回転動作(特に出力回転軸250の大径円筒面270と溝形成部材290の各周方向案内溝330の内周面340の間に食い込んだ各回転力伝達球Bを食い込み状態から解放する動作)を円滑に行うことが可能である。
しかも、溝形成部材290は筒状入力回転軸200と一緒に回転する部材なので、特許文献1のように入力回転軸と相対回転する保持器(リテーナ)を必要とするものに比べて構造は簡単である。

0040

第2の実施形態の超音波回転駆動装置MUにおいて、例えば、筒状入力回転軸200と溝形成部材290を一体化した入力回転部材を一体成形し、軸方向直交面113と各周方向案内溝330の間で各回転力伝達球Bを常に挟持する構造にしてもよい。このような構造にしても上記第2の実施形態と同じ作用効果が得られ、しかも圧縮コイルばねS3が不要になるので一方向入出力回転伝達機構DM’の構造をさらに簡単にすることが可能になる。
さらに、第2の実施形態の超音波回転駆動装置MUに対しても図7から図9に示した第一、第二及び第三の変形例と同様の変更を加えることが可能である。

図面の簡単な説明

0041

本発明の第1の実施形態の超音波回転駆動装置の縦断側面図である。
超音波回転駆動装置の分解斜視図である。
図1のIII−III矢線に沿う断面図である。
溝構成部材単体の斜視図である。
溝構成部材に形成した周方向案内溝に回転力伝達球を嵌合した状態の斜視図である。
溝形成部材の横断面図である。
第一の変形例の図6と同様の断面図である。
第二の変形例の溝構成部材との正面図である。
第三の変形例の溝構成部材の正面図である。
本発明の第2の実施形態の超音波回転駆動装置の縦断側面図である。
本発明の第2の実施形態の溝構成部材にベアリングボールを嵌めたときの正面図である。
図10に示す溝形成部材の正面図である。
同溝形成部材に形成した周方向案内溝に回転力伝達球を嵌合した状態の斜視図である。
同溝形成部材の単体斜視図である。

符号の説明

0042

10 100固定筒部材(挟持部材)
11外方フランジ
12 112内方フランジ
13 113軸方向直交面
14外環
15ベアリングボール
16内環
17ボールベアリング装置
20入力回転軸(入力回転部材)
21突起
22 ばね用リテーナ
23固定ねじ
25筒状出力回転軸(出力回転部材)
26 260小径円筒面
27 270 大径円筒面(内側円筒面)(外側円筒面)
28 280出力ギヤ
29 290溝形成部材(入力回転部材)
30小径部
32中心円形孔
33 330周方向案内溝
34 340内周面
34a 340a 凹部
35 周方向案内溝
40超音波発生部材(超音波発生部)
41振動伝達部
42外側筒状部
43内側筒状部
44筒状原動回転軸(回転出力部)
45中心孔
47筒状リテーナ
200筒状入力回転軸(入力回転部材)
250出力回転軸(出力回転部材)
A1 A1’ 入力回転軸の中心軸(軸線)
B回転力伝達球
D 回転力伝達球の公転軌跡
DMDM’ 一方向入出力回転伝達機構
MU超音波回転駆動装置
S1 S3圧縮コイルばね(付勢手段)
S2 圧縮コイルばね
UM 超音波モータ

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