JP2003116255A

JP2003116255A - 駆動装置及びレンズ駆動機構

Info

Publication number: JP2003116255A
Application number: JP2001310145A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kondo; 康宏近藤; Masaki Tagome; 正樹田米; Naoyuki Sumiya; 直之角谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2003-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】限られたスペースにコイルを配置可能で、レ
ンズの設置や信号線等の引き出しスペースも確保でき、
球面の精度も比較的要求されず、簡単な構造で大きな駆
動力を得ることができる駆動装置を提供する。【解決手段】回転自在に支持された球面体１または多
面体の表面に、Ｎ極に着磁された磁石２ａとＳ極に着磁
された磁石２ｂを設置し、球面体１または多面体の周囲
にこれら磁石２ａ、２ｂを周回する少なくとも１つの環
状コイル３を、特に３次元駆動する場合には２つ以上の
環状コイルを配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は駆動装置に関し、特
にカメラ用やロボット用などに好適に利用できる３次元
駆動可能な駆動装置、及びそれを用いたレンズ駆動機構
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カメラやロボットの関節等に、人
間の目、手、首と同様な３次元的な動きを持たせること
が要求されている。

【０００３】この種の駆動装置の従来の技術として、圧
電素子モータを使用する方法が知られている。例えば、
特開平１０−２２５１５５号公報には、２組の圧電素子
を９０度の機械的位相差で球体面に接するように配置し
たものが開示されている。

【０００４】また、電磁的手段を使用したものとして、
特公平７−３４６３９号公報には、２極に着磁された球
面体磁石の内部に、ＸＹＺの互いに直交する軸を持つ３
つのリング状コイルを配置したものが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−２２５１５５号公報に開示されている方法では、
２組の圧電素子を制御することによって、球面体を３次
元動作させることができるが、圧電素子の性質上、駆動
時に球面体に接触させておく必要があり、寿命や信頼性
の面で課題がある。また、球面体に接触する圧電素子及
び振動増幅素子を精度良く作成することはコスト高に繋
がり、球面体に配置する摩擦材も精度の良い球状にする
必要があり、材料・製造面で課題がある。

【０００６】一方、圧電素子を使用しない特公平７−３
４６３９号公報に開示された方法では、３次元動作をさ
せるために直交する３軸を中心に持つ巻線を設ける必要
があり、巻線スペースが３次元的に全方位にわたって必
要であり、例えばカメラのように、レンズを装着するス
ペース、またレンズから出る信号線を引き出すためのス
ペース、及びこの信号線が移動するためのスペースが必
要となる用途には不向きになるという欠点を有する。ま
た、コイルが回転する構造であり、整流子やスリップリ
ングを必要とし、構造上複雑な物となるという問題があ
る。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、限ら
れたスペースにコイルを配置可能で、レンズの設置や信
号線等の引き出しスペースも確保でき、球面の精度も比
較的要求されず、簡単な構造で大きな駆動力を得ること
ができる駆動装置及びレンズ駆動機構を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の駆動装置は、回
転自在に支持された球面体または多面体の表面に、Ｎ極
に着磁された磁石とＳ極に着磁された磁石を設置し、こ
れら磁石を周回する少なくとも１つの環状コイルを配設
したものであり、両磁石を周回する少なくとも１つの環
状コイルに任意の方向に電流を流すことにより磁石を設
置した球面体または多面体を回転することができ、球面
の精度も比較的要求されず、簡単な構造で大きな駆動力
を得ることができる。

【０００９】また、回転自在に支持された球面体または
多面体の表面に、Ｎ極に着磁された磁石とＳ極に着磁さ
れた磁石を設置し、これら磁石を周回する少なくとも２
つの環状コイルを配設し、これら環状コイルの一部は、
永久磁石に対する距離が他の部分よりも離した構成とす
ると、コイルの磁石に近い部分には磁石からの磁束が多
く鎖交してコイルに電流を流したときに相互作用による
力が大きく作用し、離れた部分に作用する力は小さいこ
とにより、部分的に永久磁石に近づけられた少なくとも
２つのコイルと磁石の相互作用によって、永久磁石を含
む球面体または多面体に任意に３次元動作をさせること
ができ、球面の精度も比較的要求されず、簡単な構造で
大きな駆動力が得られ、概ね上下、左右に１８０度程度
の回転自由度を確保することができる。

【００１０】また、回転自在に支持された球面体または
多面体の表面に、Ｎ極に着磁された磁石とＳ極に着磁さ
れた磁石を設置し、これら磁石を囲む位置に少なくとも
２つの環状コイルを配設し、これら環状コイルの一部
を、磁気的にシールドした構成としても、同様の作用が
得られるとともに、シールドした部分としない部分で磁
石からの鎖交磁束の差が確実に得られ、上記作用が効率
的に得られる。

【００１１】また、少なくとも２つの環状コイルを概ね
同軸上に配設しても上記作用を奏することができ、そう
することで球面体または多面体にレンズを設置したり、
その信号線等の引き出しスペースを容易に確保すること
ができる。

【００１２】また、少なくとも２つの環状コイルにおい
て、磁石から離れた部分または磁気的にシールドされた
部分と、磁石に近づけた部分または非シールド部分とを
互いに交互に位置させた構成とすると、容易に球面体ま
たは多面体に任意の３次元動作をさせることができる。

【００１３】また、上記シールド手段として球面体また
は多面体の表面に近接する位置に、一部に切欠を有する
ヨークを設置するのが好適である。

【００１４】また、三次元的に回転自在に支持された球
面体または多面体の表面にＮ極に着磁された磁石とＳ極
に着磁された磁石を設置し、これらの磁石に近接して球
面体または多面体の周囲に、これら磁石を周回しない少
なくとも２つの環状コイルを互いに約９０度の間隔で配
置すると、これら２つの環状コイルに適宜の向きに電流
を流すことにより、磁石の相互作用によって球面体また
は多面体に任意の３次元動作をさせることができる。

【００１５】特に、その２つの環状コイルは、環状の一
辺が磁石に近接し、他の一辺は磁石から離れた位置に配
置すると、磁石から近い部分と遠い部分で鎖交磁束との
相互作用の大きさが差があり、より効率的に球面体また
は多面体に任意の３次元動作をさせることができる。

【００１６】また、三次元的に回転自在に支持された球
面体または多面体の表面にＮ極に着磁された磁石とＳ極
に着磁された磁石を設置し、これら磁石に近接して球面
体または多面体の周囲に、少なくとも３つの環状コイル
を、互いに約１２０度の間隔でかつその中間部が磁極の
異なる磁石の境界線に近接するように配置すると、コイ
ルに通電する電流の向きによって両磁石に対して吸引力
又は反発力が作用し、球面体または多面体に任意の３次
元動作をさせることができる。

【００１７】また、上記磁石と環状コイルは、球面体ま
たは多面体の内側に設置しても、同様の作用を奏するこ
とができる。

【００１８】また、三次元的に回転自在に支持された球
面体または多面体の表面にＮ極に着磁された磁石とＳ極
に着磁された磁石を設置し、これら磁石を囲む位置に少
なくとも１つの環状コイルを配設し、球面体または多面
体の内面に前記永久磁石と９０度回転した位置にＮ極と
Ｓ極に着磁された磁石を配置し、これら永久磁石の内周
面にこれら永久磁石を周回する少なくとも１つの環状コ
イルを配置した構成としても、外面又は内面の磁石を周
回するコイルに適宜方向に電流を流すことにより、球面
体又は多面体を３次元回転駆動することができる。

【００１９】また、球面体または多面体は１つの軸で回
転自在に支持され、この軸の支持体は円環状または多角
形状であり、この支持体も１つの軸で回転自在に支持さ
れ、球面体または多面体が２軸軸受構造で支持されてい
ると、球面体又は多面体を小さい抵抗で３次元回転自在
に支持できる。

【００２０】また、その軸部分に弾性体のブレーキ材を
設置すると、球面体や多面体にブレーキが働き、特別な
ブレーキ機構を設けることなく、非通電時の球面体又は
多面体を保持できる。

【００２１】また、磁石を設置した内部球面体と、内部
球面体を囲む外部球面体を備え、内部球面体と外部球面
体の間に隙間を有し、内部球面体と外部球面体の少なく
とも何れか一方又は両方の一部に、内部球面体より小さ
な球形窪みを有し、この球形窪みに弾性体からなるボー
ルを配置すると、ボールを多少圧縮される状態で配置す
ることで、球面体又は多面体にブレーキが働き、特別な
ブレーキ機構を設けることなく、非通電時の球面体又は
多面体を保持できる。

【００２２】また、球面体または多面体の表面にばねに
て圧接される１つの車輪と、この車輪と直交する位置に
同様に球面体または多面体の表面にばねにて圧接される
１つの車輪と、これら２つの車輪に連結された回転角検
出器を備えると、球面体または多面体の３次元的な位置
を的確に検出でき、３次元駆動時の位置制御を適切に行
うことができる。

【００２３】また、球面体または多面体の表面に接する
弾性体で形成された１つの車輪と、この車輪と直交する
位置に同様に球面体または多面体の表面に接する弾性体
で形成された１つの車輪と、これら２つの車輪に連結さ
れた回転角検出器を備えても、同様に３次元駆動時の位
置制御を適切に行うことができる。

【００２４】また、球面体または多面体の表面に設置さ
れた磁石とは別に、近接する磁石とは逆極性に着磁され
た検出用磁石を球面体または多面体に設置し、これら磁
石の位置を検出する磁気検出素子を設けると、球面体ま
たは多面体の３次元駆動制御時の原点位置を適切に検出
することができる。

【００２５】また、球面体または多面体に設置した磁石
は、この球面体または多面体と一体に成形すると、磁石
の配置構成が簡単かつコンパクトにできる。

【００２６】また、本発明のレンズ駆動機構は、上記駆
動装置の球面体にレンズを配置したものであり、レンズ
の設置や信号線等の引き出しスペースも確保でき、コン
パクトな構成にてレンズの３次元調整することができ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の駆動装置の各実施
形態について、図１〜図２１を参照して説明する。

【００２８】（第１の実施形態）本発明の駆動装置の第
１の実施形態について、図１を参照して説明する。本実
施形態の駆動装置は、上下又は左右の一方向にだけ回転
する駆動装置である。

【００２９】図１において、１は球面体、２ａは球面体
１の外面に設置されたＮ極磁石、２ｂは球面体１の外面
に設置されたＳ極磁石、３は磁石２ａ、２ｂを周回する
コイル、３ａはコイル３の給電部、４は球面体１を回転
自在に支持する軸であり、磁石２ａ、２ｂを区切る平面
を通るとともにコイル３の配置平面と平行に配設されて
いる。

【００３０】以上の構成による動作を説明すると、コイ
ル３には、磁石２ａによって球面体１から外部に向かう
磁束が、磁石２ｂによって外部から球面体１に向かう磁
束がそれぞれ鎖交しており、ここでコイル３に矢印５
ａ、５ｂの向きに電流を流すと、磁束と電流の相互作用
で、図１のコイル３の上半部には右から左に押す力が、
コイル３の下半部には左から右に押す力が作用する。こ
こで、コイル３が固定子側として回転しない構成とすれ
ば、上記力の反作用で球面体１を軸４の回りに白抜き矢
印６ａ、６ｂの向きに回転させる力が作用する。コイル
３に流す電流を逆向きにすれば、球面体１を白抜き矢印
６ａ、６ｂとは逆向きに回転させる力が作用する。かく
して、コイル３に流す電流の向きによって球面体１を軸
４を中心とした任意の向きに回転させることができる。

【００３１】（第２の実施形態）次に、本発明の駆動装
置の第２の実施形態について、図２〜図８を参照して説
明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行
する実施形態と同一の構成要素については、同一の参照
符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

【００３２】図２、図３において、球面体１の外面にＮ
極とＳ極の磁石２ａ、２ｂが設置され、球面体１を軸４
を中心として回転自在に支持する環状部材７が設けられ
ている。球面体１の回りに、磁石２ａ、２ｂを周回する
２つのコイル８、９が同軸上若しくはほぼ同軸上に配設
されている。コイル８、９には、磁石２ａ、２ｂに近い
部分８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂと、遠い部分８ｃ、８ｄ、
９ｃ、９ｄがそれぞれ９０°間隔で２箇所づつ設けら
れ、かつ８ａ、８ｂと９ｃ、９ｄが対向位置し、８ｃ、
８ｄと９ａ、９ｂが対向位置するように配設されてい
る。これらコイル８、９はフレーム１０に固定され、ま
たこのフレーム１０に環状部材７が軸４とは直交する軸
１１を中心として回転自在に支持されている。

【００３３】以上の構成による動作を図３を参照して説
明する。まず、コイル８を例にとって説明すると、図３
に示す状態において、コイル８の磁石に近い部分８ａに
は磁石２ａにより中心から外向きの磁束が、磁石に近い
部分８ｂには磁石２ｂにより外部から中心部向きの磁束
が作用している。このコイル８に給電部８ｅから矢印１
２ａ、１２ｂの向きに電流を流すと、磁石に近い部分８
ａでは紙面の表面から裏面に押す力が、磁石に近い部分
８ｂでは紙面の裏面から表面に押す力が作用する。一
方、磁石から遠い部分８ｃ、８ｄは、近い部分８ａ、８
ｂに比べて鎖交磁束が相対的に少ないので、作用する力
は小さい。かくして、矢印１２ａ、１２ｂ向きに電流を
流すと、コイル８には軸１１に対して左部が紙面の裏面
に、右部が紙面の表面に向けて回転する回転力が作用す
る。

【００３４】次に、コイル９に関しても、給電部９ｅか
ら矢印１３ａ、１３ｂの向きに電流を流すと、コイル９
には軸４に対して上部が紙面の裏面に、下部が紙面の表
面に向けて回転する回転力が作用する。また、コイル
８、９共に、電流の向きを逆にすれば回転力は逆に作用
する。

【００３５】ここで、コイル８、９はともにフレーム１
０に固定されているので、コイル８、９に作用する力の
反作用で、磁石２ａ、２ｂを固定した球面体１に回転力
が作用し、コイル８、９に作用した力と逆向きに回転さ
れる。この２つの動きを各々任意の移動量だけ組み合わ
せれば、球面体１は上下左右に任意の方向に自在に回転
させることができる。

【００３６】図４、図５は、本実施形態の第１の変形例
を示す。図４、図５の例では、各コイル８、９の磁石か
ら遠い部分８ｃ、８ｄ、９ｃ、９ｄを、球面体１外面の
磁石２ａ、２ｂに対して磁気的にシールドする磁気シー
ルド１４を配設している。このように、磁気シールド１
４を設けることで、各コイル８、９の磁石から遠い部分
８ｃ、８ｄ、９ｃ、９ｄに作用する力を減少させること
ができる。

【００３７】図６、図７は、磁気シールドをヨーク１５
にて構成した本実施形態の第２の変形例を示す。円環状
のヨーク１５に球面体１が入り込むように配設されると
ともに、このヨーク１５に切欠１５ａ〜１５ｄが形成さ
れ、コイル８はこれらの切欠１５ａ〜１５ｄにて分割さ
れたヨーク部１５ｅ〜１５ｈに対して交互に内外に位置
するように巻付けられ、コイル９はコイル８に対して内
外関係が逆になるように巻付けられている。

【００３８】図８は、ヨーク１５の形態を変化させた本
実施形態の第３の変形例を示す。図８の例では、ヨーク
部１５ｅ〜１５ｈに筒状シールド１６が形成され、この
筒状シールド１６にコイル８、９の磁石から遠い部分８
ｃ、８ｄ、９ｃ、９ｄを挿通している。これにより、コ
イル８、９の磁石から遠い部分８ｃ、８ｄ、９ｃ、９ｄ
がヨーク部１５ｅ〜１５ｈの磁石とは反対側に配置され
るだけでなく、回りを囲まれることで、より完全にシー
ルド効果が発揮される。

【００３９】（第３の実施形態）次に、本発明の駆動装
置の第３の実施形態について、図９、図１０を参照して
説明する。

【００４０】図９、図１０において、Ｎ極とＳ極の磁石
２ａ、２ｂが外面に設置された球面体１の周囲に、磁石
２ａ、２ｂを周回しない４つの環状コイル１７、１８、
１９、２０がほぼ９０度間隔で配置され、かつこれら環
状コイル１７、１８、１９、２０の一部１７ａ、１８
ａ、１９ａ、２０ａは磁石２ａ、２ｂの近くに、残りの
一部１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、２０ｂは磁石２ａ、２ｂ
から遠く離して配置されている。

【００４１】以上の構成による動作を図１０を参照して
説明する。まず、コイル１７、１８を例にとって説明す
ると、図１０に示す状態において、コイル１７の磁石に
近い部分１７ａには中心から外向きの磁束が、コイル１
８の磁石に近い部分１８ａには外部から中心向きの磁束
が作用している。その状態でコイル１７に給電部１７ｃ
から矢印２１ａ、２１ｂの向きに電流を流すと、コイル
１７の磁石に近い部分１７ａでは紙面の表面から裏面に
押す力、磁石から遠い部分１７ｂでは紙面の裏面から表
面に押す力が作用する。磁石から遠い部分１７ｂは磁石
に近い部分１７ａに比べて鎖交磁束が少ないので、作用
する力は磁石から近い部分１７ａに比べて小さい。

【００４２】同様に、コイル１８に給電部１８ｃから矢
印２２ａ、２２ｂの向きに電流を流すと、コイル１８の
磁石に近い部分１８ａでは紙面の裏面から表面に押す
力、磁石から遠い部分１８ｂでは紙面の表面から裏面に
押す力が作用する。磁石から遠い部分１８ｂは磁石に近
い部分１８ａに比べて鎖交磁束が少ないので、作用する
力は磁石から近い部分１８ａに比べて小さい。

【００４３】ここで、コイル１７、１８ともにフレーム
１０に固定されているので、コイル１７、１８に作用す
る力の反作用で、球面体１に回転力が作用し、コイル１
７、１８に作用した力とは逆向きの力、すなわち図１０
の水平な軸４に対して球面体１の上部が紙面の表面側
に、下部が紙面の裏面側に回転する力が作用する。

【００４４】コイル１９、２０に関しても、給電部１９
ｃ、２０ｃから矢印２３ａ、２３ｂ及び２４ａ、２４ｂ
の向きに電流を流すと、上記と同様に力が作用し、コイ
ル１９、２０共にフレーム１０に固定されているので、
これらコイル１９、２０に作用する力の反作用で、球面
体１に回転力が作用し、コイル１９、２０に作用した力
と逆向きに回転し、垂直な軸１１に対し、左部が紙面の
表面に、右部が紙面の裏面に向けて回転する回転力が作
用する。

【００４５】この２つの動きを各々任意の移動量だけ組
み合わせれば、球面体１は上下左右任意の方向に自在に
回転させることができる。

【００４６】（第４の実施形態）次に、本発明の駆動装
置の第４の実施形態について、図１１を参照して説明す
る。

【００４７】図１１において、上記第３の実施形態にお
いては、球面体１の外面に磁石２ａ、２ｂとコイル１
７、１８、１９、２０を配設したのに対して、本実施形
態では球面体１の内面に磁石２ａ、２ｂと、コイル１
７、１８、１９、２０を配設している。

【００４８】２５は球面体１に配設したレンズ部、２６
は信号線、２７は球面体１内でコイル１７〜２０を支持
するフレーム、２８はフレーム２７の固定支持部材、２
９は巻線枠である。４２はフレーム２７と球面体１内面
との間に介装されたボールであり、詳細は後述する。

【００４９】（第５の実施形態）次に、本発明の駆動装
置の第５の実施形態について、図１２〜図１４を参照し
て説明する。

【００５０】図１２、図１３において、球面体１の磁石
２ａ、２ｂの境界線３０を挟む位置において球面体１の
周囲を囲むように、３つのコイル３１、３２、３３が球
面体１及び磁石２ａ、２ｂに対して隙間をあけて配設さ
れている。

【００５１】ここで、コイル３１に矢印３４の向きに通
電したときにコイル３１から出る磁束は、コイル３１の
磁石と対向している面から反対面に向けて出ることにな
り、磁石２ａ、２ｂと対向している面がＳ極となるの
で、球面体１に装着されたＮ極の磁石２ａが吸引され、
Ｓ極の磁石２ｂは反発力を受け、球面体１は反時計回り
の力を受ける。電流の向きを逆にすれば、この力は逆向
きとなる。コイル３２、３３でも同様に通電の方向によ
って球面体１に作用する力の向きを制御することができ
る。この力を任意に組み合わせれば、球面体１は任意の
３次元動作をさせることができる。

【００５２】なお、図１２、図１３に示した例では３つ
のコイル３１〜３３を配設しているので、図１４に示す
ように、通常の三相モータと同様のＹ結線とし、この３
つのコイル３１〜３３に流す電流を正弦波的に制御し、
球面体１に任意の動きをさせることも可能である。勿
論、コイル３１〜３３はΔ結線としてもよい。なお、図
１４中、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３
３ｂは三相電流を制御するスイッチング素子である。

【００５３】（第６の実施形態）次に、本発明の駆動装
置の第６の実施形態について、図１５、図１６を参照し
て説明する。

【００５４】図１５、図１６において、本実施形態では
第１の実施形態における球面体１の内面側に、さらにそ
れぞれＮ極とＳ極に着磁された磁石２ｃ、２ｄが装着さ
れ、その内側を周回するコイル３５が配設されている。
磁石２ｃ、２ｄは、磁石２ａ、２ｂとは直交する境界線
３６で磁極が分かれている。境界線３６は、軸１１を通
り軸４と直交する平面上に位置している。

【００５５】以上の構成による動作を説明すると、コイ
ル３に給電部３ａから矢印５ａ、５ｂの向きに電流を流
せば、上述のように球面体１は軸４を中心に白抜き矢印
し６ａの向きに回転力を受ける。また、コイル３５に給
電部３５ａから矢印３７ａ、３７ｂの向きに電流を流す
と、コイル３５には磁石２ｃ、２ｄとの作用で、図１５
のコイル３５の手前の部分を左から右に回転させる力が
作用し、コイル３５は固定されているので、球面体１は
矢印３８の向きに回転力を受ける。

【００５６】コイル３、３５共にこの電流の向きを逆に
すれば、球面体１の受ける回転力も逆になる。これらの
力を組み合わせれば、球面体１は任意の方向に回転させ
ることができる。

【００５７】（第７の実施形態）次に、本発明の駆動装
置の第７の実施形態について、図１７を参照して説明す
る。本実施形態は、上記第２の実施形態における球面体
１の支持構成の具体例である。

【００５８】図１７において、２９はコイル８、９の巻
線枠で、フレーム１０に連設されている。３９は、軸１
１の部分のフレーム１０と環状部材７の間に介装された
弾性体のブレーキ材である。また、このブレーキ材３９
は、環状部材７と球面体１との間にも、スペーサ４０を
介して配設されている。

【００５９】以上の構成において、フレーム１０と軸１
１による環状部材７の支持構成及び環状部材７と軸４に
よる球面体１の支持構成は損失が少なく、効率が良いと
いう特色があるが、その反面非通電時のように力が作用
していない場合、信号線２６のたわみや、球面体１の質
量バランスによる重力作用のような外力によって動き易
いという欠点があるが、本実施形態ではブレーキ材３９
があるため、球面体１はコイル非通電時にも回転するこ
となく保持することができる。このブレーキ材３９によ
る摩擦力は、駆動装置の駆動力、外部から作用する力を
勘案して適当に設定される。

【００６０】（第８の実施形態）次に、本発明の駆動装
置の第８の実施形態について、図１８を参照して説明す
る。本実施形態も、上記第２の実施形態における球面体
１の支持構成の具体例であり、特に環状部材７を用いた
構成程効率や耐久性には優れないが、もう少し簡便な球
面体１の支持構成である。

【００６１】図１８において、フレーム１０の一部に窪
み４１を設け、この窪み４１と球面体１との間にボール
４２を介装している。このボール４２を球面体１とフレ
ーム１０の間に僅かに摩擦力が働く程度の嵌め合いに設
定することにより、コイル８、９に通電がないときにも
球面体１に静止力が働くことになる。また、コイル８、
９に通電し、球面体１が運動する時には、ボール４２が
より摩擦力の大きい面で回転し、運動を助ける。勿論、
このボール４２の運動を完全なものにしたい時は、ボー
ル４２の巡回路をフレーム１０又はその近傍に設ければ
よい。また、ボール４２の巡回路は設けずに、ボール４
２をゴム質の弾性体で作成し、窪み４１に嵌め合うだけ
にすれば、静止時のブレーキ効果を大きくでき、かつ一
層簡便な構造とすることができる。

【００６２】（第９の実施形態）次に、本発明の駆動装
置の第９の実施形態について、図１９を参照して説明す
る。本実施形態は、上記第２の実施形態において３次元
駆動を制御する際に必要となるセンサの具体例である。

【００６３】図１９において、球面体１に接触する車輪
４３とこの車輪４３と同軸に結合したセンサ４４を設
け、また車輪４３と直交するように球面体１に接触する
車輪４５とこの車輪４５と同軸に結合したセンサ４６を
設けている。

【００６４】センサ４４、４６は、例えばポテンショメ
ータ、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダ、レゾルバ
等、角度を検出できるものであれば任意のものを使用で
きる。また、車輪４３、４５はゴム等の弾性体で構成す
るか、またはばね等で球面体１に押し付けるように設置
すれば、車輪４３又は４５に対し、球面体１が直交する
向きに回転するときは、車輪が球面体１から浮き上がる
ようになり、軸と直交する方向の回転を拾わない構造を
実現できる。

【００６５】なお、本実施形態の説明では、車輪４３、
４５、センサ４４、４６を球面体１の外面に配設した例
のみを説明したが、図１１に示した第４の実施形態や、
図１５、図１６に示した第６実施形態のように、球面体
１の内面側にコイル１７〜２０や、コイル３５を配設す
るような構成の場合に、球面体１の内面側に配設される
フレーム２７にこれら車輪４３、４５、センサ４４、４
６を配設してもよいことは言うまでもない。

【００６６】（第１０の実施形態）次に、本発明の駆動
装置の第１０の実施形態について、図２０、図２１を参
照して説明する。本実施形態は、上記第２の実施形態に
おいて３次元駆動を制御する際に必要となる原点位置検
出手段の具体例である。

【００６７】図２０及び図２１（ａ）に示すように、磁
石２ａの近傍で磁石２ａとは逆極性に着磁された検出用
磁石４７と、同様に磁石２ｂの近傍で磁石２ｂとは逆極
性に着磁された検出用磁石４８が、球面体１の信号線２
６の取り出し部近傍に配設され、これと近接してフレー
ム１０に検出器４９、５０が装着されている。また、図
２１（ｂ）に示すように、検出器４９は、検出用磁石４
７と磁石２ａの２箇所をそれぞれ検出する検出手段４９
ａ、４９ｂ、４９ｃを有している。検出器５０は、検出
用磁石４８と磁石２ｂの２箇所を検出する検出手段５０
ａ、５０ｂ、５０ｃを有している。検出器４９、５０
は、例えばホール素子や磁気抵抗素子で構成できる。

【００６８】以上の構成において、図２１（ｂ）に模式
的に展開して示すように、検出器４９の検出手段４９ａ
に検出用磁石４７が、検出手段４９ｂ、４９ｃに磁石２
ａが対向し、検出器５０の検出手段５０ａに検出用磁石
４８が、検出手段５０ｂ、５０ｃに磁石２ｂが対向した
ときを検出すれば、原点位置にあることを検出できる。
勿論、検出用磁石と検出器は１組だけ用いる簡便な検出
構成も可能である。

【００６９】以上の実施形態の説明では、球面体１の例
についてのみ説明したが、球面体１に代えて多面体を用
いることもできる。

【００７０】また、以上の実施形態の駆動装置は、小型
で簡便な構造で、大きな駆動力を出すことができるの
で、例えば非常な小型化が要求される携帯電話などの携
帯機器に設置されるカメラのレンズ駆動機構等に好適に
適用できる。また、大型化も容易であるため、ロボット
等の関節駆動装置としても使用できる。

【００７１】

【発明の効果】本発明の駆動装置によれば、以上の説明
から明らかなように、球面体又は多面体の表面又は内面
に２極に着磁された磁石を設け、これら磁石を周回する
少なくとも１つ、３次元駆動する場合には２つ以上の環
状コイルを設けるという、極く簡単な構成で、球面体又
は多面体の全面にわたって駆動のためのコイル等を配置
することなく、球面体または多面体を駆動することがで
きる。このため、カメラ等を組み込んでも、レンズの配
置や信号線の引き出し、及びそのレンズの動作の妨げと
なることがない。また、コイルを静止側に配設できるの
で、ブラシ等の機械的な給電装置を必要とせず、ブラシ
レス構造にすることができ、簡単な構成で信頼性の高い
駆動装置を提供できる。

【００７２】また、上記磁石を周回しない少なくとも２
つの環状コイルを球面体または多面体の周囲に９０°間
隔で配置したり、３つの環状コイルを球面体または多面
体の周囲に１２０°間隔で、その中間部が磁極の異なる
磁石の境界線に近接するように配置しても、同様の作用
効果を奏することができる。

【００７３】また、球面体又は多面体を軸回りに回転自
在に支持する環状部材を設けたり、球面体又は多面体と
フレームとの間にボールを配置することにより、球面体
又は多面体を簡単な構成で３次元駆動可能に支持するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の駆動装置の第１の実施形態の概略構成
を示す斜視図である。

【図２】本発明の駆動装置の第２の実施形態の概略構成
を示す斜視図である。

【図３】同実施形態の構成を正面から見た模式図であ
る。

【図４】同実施形態の第１の変形例の概略構成を示す斜
視図である。

【図５】同実施形態の第１の変形例の構成を正面から見
た模式図である。

【図６】同実施形態の第２の変形例の概略構成を示す斜
視図である。

【図７】同実施形態の第２の変形例の構成を正面から見
た模式図である。

【図８】同実施形態の第３の変形例の要部の斜視図であ
る。

【図９】本発明の駆動装置の第３の実施形態の概略構成
を示す斜視図である。

【図１０】同実施形態の構成を正面から見た模式図であ
る。

【図１１】本発明の駆動装置の第４の実施形態の概略構
成を示す縦断側面図である。

【図１２】本発明の駆動装置の第５の実施形態の概略構
成を示す側面図である。

【図１３】同実施形態の正面図である。

【図１４】同実施形態のコイルの結線と駆動回路を示す
図である。

【図１５】本発明の駆動装置の第６の実施形態の概略構
成を示す斜視図である。

【図１６】同実施形態の縦断側面図である。

【図１７】本発明の駆動装置の第７の実施形態の概略構
成を示す縦断側面図である。

【図１８】本発明の駆動装置の第８の実施形態の概略構
成を示す縦断側面図である。

【図１９】本発明の駆動装置の第９の実施形態の概略構
成を示す側面図である。

【図２０】本発明の駆動装置の第１０の実施形態の概略
構成を示す縦断側面図である。

【図２１】同実施形態の要部構成を示し、（ａ）は検出
用磁石の配置状態を示す背面図、（ｂ）は原点検出状態
を展開して示す模式図である。

【符号の説明】

１球面体２ａＮ極磁石２ｂＳ極磁石２ｃＮ極磁石２ｄＳ極磁石３コイル８、９コイル１４磁気シールド１５ヨーク１５ａ〜１５ｄ切欠１７〜２０コイル２５レンズ部３１〜３３コイル３５コイル３９ブレーキ材４１窪み４２ボール４３、４５車輪４４、４６センサ（回転角検出器）４７、４８検出用磁石４９、５０検出器（磁気検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 41/03 Ｇ０２Ｂ 7/04 ＥＨ０４Ｎ 5/232 Ｈ０２Ｋ 11/00 Ｃ (72)発明者角谷直之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H044 BE01 BE09 DB00 5C022 AB45 AC74 5H611 AA01 BB09 PP05 QQ03 RR00 RR02 UA01 UA07 5H633 BB03 BB15 BB16 BB20 GG02 GG06 GG09 GG12 GG13 GG16 GG17 GG21 GG23 HH03 HH04 HH08 HH28 JA04 JA09 5H641 BB06 BB15 BB16 BB17 BB19 GG02 GG08 GG12 GG24 GG26 HH03 HH05 HH06 HH17 HH20 JA03 JA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転自在に支持された球面体または多面
体の表面に、Ｎ極に着磁された磁石とＳ極に着磁された
磁石を設置し、これら磁石を周回する少なくとも１つの
環状コイルを配設したことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】回転自在に支持された球面体または多面
体の表面に、Ｎ極に着磁された磁石とＳ極に着磁された
磁石を設置し、これら磁石を周回する少なくとも２つの
環状コイルを配設し、これら環状コイルの一部は、永久
磁石に対する距離が他の部分よりも離したことを特徴と
する駆動装置。
【請求項３】回転自在に支持された球面体または多面
体の表面に、Ｎ極に着磁された磁石とＳ極に着磁された
磁石を設置し、これら磁石を周回する少なくとも２つの
環状コイルを配設し、これら環状コイルの一部を、磁気
的にシールドしたことを特徴とする駆動装置。
【請求項４】少なくとも２つの環状コイルを概ね同軸
上に配設したことを特徴とする請求項２又は３に記載の
駆動装置。
【請求項５】少なくとも２つの環状コイルにおいて、
磁石から離れた部分または磁気的にシールドされた部分
と、磁石に近づけた部分または非シールド部分とを互い
に交互に位置させたことを特徴とする請求項２〜４の何
れかに記載の駆動装置。
【請求項６】シールド手段として球面体または多面体
の表面に近接する位置に、一部に切欠を有するヨークを
設置したことを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載
の駆動装置。
【請求項７】三次元的に回転自在に支持された球面体
または多面体の表面にＮ極に着磁された磁石とＳ極に着
磁された磁石を設置し、これらの磁石に近接して球面体
または多面体の周囲に、これら磁石を周回しない少なく
とも２つの環状コイルを互いに約９０度の間隔で配置し
たことを特徴とする駆動装置。
【請求項８】２つの環状コイルは、環状の一辺が磁石
に近接し、他の一辺は磁石から離れた位置に配置したこ
とを特徴とする請求項７記載の駆動装置。
【請求項９】三次元的に回転自在に支持された球面体
または多面体の表面にＮ極に着磁された磁石とＳ極に着
磁された磁石を設置し、これら磁石に近接して球面体ま
たは多面体の周囲に、少なくとも３つの環状コイルを、
互いに約１２０度の間隔でかつその中間部が磁極の異な
る磁石の境界線に近接するように配置したことを特徴と
する駆動装置。
【請求項１０】磁石と環状コイルは、球面体または多
面体の内側に設置したことを特徴とする請求項１〜９の
何れかに記載の駆動装置。
【請求項１１】三次元的に回転自在に支持された球面
体または多面体の表面にＮ極に着磁された磁石とＳ極に
着磁された磁石を設置し、これら磁石を囲む位置に少な
くとも１つの環状コイルを配設し、球面体または多面体
の内面に前記永久磁石と９０度回転位置にＮ極とＳ極に
着磁された磁石を配置し、これら永久磁石の内周面にこ
れら永久磁石を周回する少なくとも１つの環状コイルを
配置したことを特徴とする駆動装置。
【請求項１２】球面体または多面体は１つの軸で回転
自在に支持され、この軸の支持体は円環状または多角形
状であり、この支持体も１つの軸で回転自在に支持さ
れ、球面体または多面体が２軸軸受構造で支持されてい
ることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の駆
動装置。
【請求項１３】軸部分に弾性体のブレーキ材を設置し
たことを特徴とする請求項１２記載の駆動装置。
【請求項１４】磁石を設置した内部球面体と、内部球
面体を囲む外部球面体を備え、内部球面体と外部球面体
の間に隙間を有し、内部球面体と外部球面体の少なくと
も何れか一方又は両方の一部に、内部球面体より小さな
球形窪みを有し、この球形窪みに弾性体からなるボール
を配置したことを特徴とする請求項１〜１１の何れかに
記載の駆動装置。
【請求項１５】球面体または多面体の表面にばねにて
圧接される１つの車輪と、この車輪と直交する位置に同
様に球面体または多面体の表面にばねにて圧接される１
つの車輪と、これら２つの車輪に連結された回転角検出
器を備えたことを特徴とする請求項１〜１４の何れかに
記載の駆動装置。
【請求項１６】球面体または多面体の表面に接する弾
性体で形成された１つの車輪と、この車輪と直交する位
置に同様に球面体または多面体の表面に接する弾性体で
形成された１つの車輪と、これら２つの車輪に連結され
た回転角検出器を備えたことを特徴とする請求項１〜１
４の何れかに記載の駆動装置。
【請求項１７】球面体または多面体の表面に設置され
た磁石とは別に、近接する磁石とは逆極性に着磁された
検出用磁石を球面体または多面体に設置し、これら磁石
の位置を検出する磁気検出素子を設けたことを特徴とす
る請求項１〜１６の何れかに記載の駆動装置。
【請求項１８】球面体または多面体に設置した永久磁
石は、この球面体または多面体と一体に成形したことを
特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載の駆動装置。
【請求項１９】請求項１〜１８の何れかに記載の駆動
装置の球面体にレンズを配置したことを特徴とするレン
ズ駆動機構。