JP2004064876A - ステッピングモータ及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができ、かつ、小型化を達成する。
【解決手段】ロータ１と、第１のコイル３と、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと、第１の内側磁極部２ｇと、第２のコイル４と、前記第１の外側磁極部に対して、（（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ）度位相がずれて前記マグネット部の外周面に対向する第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと、第２の内側磁極部２ｇとを有し、マグネット部の周方向に分割されて着磁されている極数をＮＡ、マグネット部の外径寸法をＤ１、マグネット部の内径寸法をＤ２とすると、前記第１及び第２の外側磁極部が、マグネット部の外周面に（７２０／ＮＡ）度の整数倍の角度で等分配置されかつ各々が所定の角度Ａ度だけ対向するものであって、「（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）」で構成される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型に構成するのに好適な円筒形状のステッピングモータ及び該ステッピングモータを具備する光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２２は従来のステッピングモータの一構成例を示す模式的縦断面図であり、図２３は図２２のステップモータのステータから流れる磁束の状態を模式的に示す部分断面図である。
【０００３】
図２２において、ステータコイル１０５が同心状に巻回されたボビン１０１が軸方向に並んで２個配置され、これらの２個のボビン１０１はそれぞれ別のステータヨーク１０６に挟持固定されている。各ステータヨーク１０６の内径面には、ボビン１０１の内径面円周方向に沿って交互に配置されるステータ歯１０６ａ及び１０６ｂが形成されている。該ステータ歯１０６ａ又は１０６ｂと一体のステータヨーク１０６が、２個のケース１０３それぞれに固定されている。こうして、励磁用の２個のステータコイル１０５のそれぞれに対応する２個のステータ１０２が構成されている。
【０００４】
２個のケース１０３のうちの一方にはフランジ１１５と軸受１０８が固定され、他方のケース１０３には他の軸受１０８が固定されている。ロータ１０９はロータ軸１１０に固定されたロータマグネット１１１から成り、該ロータマグネット１１１は各ステータ１０２のステータヨーク１０６と放射状の空隙部を形成している。そして、ロータ軸１１０は２個の軸受１０８によって回転可能に支持されている。
【０００５】
上記従来の小型のステッピングモータにおいては、ロータ１０９の外周にケース１０３、ボビン１０１、ステータコイル１０５及びステータヨーク１０６が同心状に配置されているため、モータの外形寸法が大きくなってしまうという課題があった。また、ステータコイル１０５への通電により発生する磁束は、図２３に示すように、主としてステータ歯１０６ａの端面１０６ａ１とステータ歯１０６ｂの端面１０６ｂ１とを通過するため、ロータマグネット１１１に効果的に作用せず、モータの出力が高くならないという課題もあった。
【０００６】
このような技術的な課題を解決することを目的として、本願出願人は特開平０９−３３１６６６号公報に記載されているような構成のモータを提案している。この提案に係るモータは、円筒形状の永久磁石を円周方向に等分割して異なる極に交互に着磁させたロータ（ロータマグネット）を形成し、該ロータの軸方向（モータの軸方向）に、第１のコイル、ロータ及び第２のコイルを順に配置し、第１のコイルにより励磁される第１の外側磁極部及び第１の内側磁極部をロータの軸方向の一半部の外周面及び内周面に対向させ、第２のコイルにより励磁される第２の外側磁極部及び第２の内側磁極部をロータの軸方向の他半部の外周面及び内周面に対向させるように構成したものであり、ロータ軸である回転軸が円筒形状の永久磁石（マグネット）から取り出されている。
【０００７】
このような構成のモータならば、出力が高く、該モータの外形寸法を小さいものとすることができる。更に、マグネットを薄くすることにより、第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間の距離、並びに、第２の外側磁極部と第２の内側磁極部との間の距離を小さくすることができ、それにより磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。そのため、第１のコイル及び第２のコイルに流す電流が少なくても、多くの磁束を発生させることができ、高い出力を維持できる。
【０００８】
図２４は、上記構成のモータを示す模式的縦断面図である。
【０００９】
同図において、３１１はマグネット、３１２は第１のコイル、３１３は第２のコイル、３１４は第１のステータ、３１４ａ，３１４ｂは第１の外側磁極部、３１４ｃ，３１４ｄは第１の内側磁極部、３１５は第２のステータ、３１５ａ，３１５ｂは第２の外側磁極部、３１５ｃ，３１５ｄは第２の内側磁極部、３１６は第１のステータ３１４と第２のステータ３１５を保持する連結リングである。３１７はマグネット３１１が固着され、該マグネット３１１と一体に回転する出力軸であり、該出力軸３１７は第１のステータ３１４と第２のステータ３１５の軸受部３１４ｅ，３１５ｅに回転可能に支持されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開平９−３３１６６６号公報等に記載されているタイプのモータでも、図２２に示す従来のステッピングモータと同様に、軸方向の長さが長くなってしまう欠点があった。又図２２、図２３に記載されているタイプのモータの場合、第１のコイルへの通電により発生する磁束がマグネットに作用する位置と、第２のコイルへの通電により発生する磁束がマグネットに作用する位置とが、マグネットの軸方向にずれている。そのためマグネットが、該マグネットの軸と平行方向における位置で（つまり、図２４でいう３１４側の位置と３１５側の位置とで）着磁のむらがある場合は、マグネットの回転停止位置の精度が悪くなることもある。
【００１１】
上記軸方向の長さが短いモータとしては、例えば特開平７−２１３０４１号公報や特開２０００−５０６０１号公報等で提案されている、図２５に示すものがあり、これは複数のコイル３０１〜３０３と円盤形状のマグネット３０４で構成されている。コイルは図に示すように薄型コイン形状であり、その軸はマグネットの軸と平行に配置されている。円盤形状のマグネットはその軸方向に着磁されており、該マグネットの着磁面とコイルの軸は対向する様に配置されている。
【００１２】
しかしこの構成の場合、コイルから発生する磁束は、図２６中の矢印で示すように完全には有効にマグネットに作用していない。また、マグネットに作用する回転力の中心は図２６に示すようにモータの外径からＬだけ離れた位置となるので、モータの大きさの割には発生するトルクが小さくなってしまう。また、このモータの中心部はコイルやマグネットが占有してしまっているので、モータ内に別の部品を配置することは困難である。更には複数のコイルが必要であることからコイルへの通電制御が複雑になったり、コストが上がってしまったりする欠点がある。
【００１３】
また、上記のモータを用いて、カメラの絞り羽根、シャッタやレンズ等を駆動する装置が知られている。しかしながら、上述した特開平９−３３１６６６号公報等に記載されているタイプのモータは、中実（中心部にも部材が存在するものを意味する）の細長い円筒形状であるため、絞り羽根やシャッタ、あるいはレンズ等の駆動源として用いる場合は、カメラの鏡筒内で光軸と平行になるように配置する必要がある。よって、鏡筒の半径寸法がレンズの半径や絞り開口の半径寸法だけではなく、これにモータの直径を加えた値となっていた。
【００１４】
図２７は、図１４に示すような中実の円筒形状のステッピングモータを使用する場合の鏡筒地板あるいは光量調節装置の横断面の大きさを説明する為の図であり、同図において、モータをＭ、鏡筒地板あるいは光量調節装置を３００、開口部を３０１とし、モータＭの直径をＤ１、開口部３０１の直径をＤ２、鏡筒地板又は光量調節装置３００の直径をＤ３とすると、鏡筒地板又は光量調節装置３００の直径Ｄ３は少なくとも「２×Ｄ１＋Ｄ２」以上になってしまう。特に図２２に示すモータを用いた場合には、モータＭの直径Ｄ１はコイルとマグネット、ステータを加えたものだから非常に大きくなってしまう。
【００１５】
一方、鏡筒装置あるいは光量調節装置はコンパクト化が望まれており、そのためには半径方向の厚さ寸法の薄いリング状の断面形状を有するモータが望まれている。更には、他のレンズ群の移動の妨げならぬように光軸方向と平行方向に関する長さについても短いものが望まれている。図２４に示すタイプのものはモータの長さが長くなってしまう。
【００１６】
また、中空円筒状（円筒状の中央部（内径側）に貫通された開口部をもつ形状のものを意味する）のモータにより絞り羽根を駆動するものは、例えば特開昭５３−３７７４５号公報や特開昭５７−１６６４７号公報等で提案されている。これらは中空状のマグネットの外側にコイルを巻回する構造になっているため、コイルの厚み、マグネットの厚み及びステータの厚みとの全てが半径方向の厚みに加算されてしまい、半径方向の厚さ寸法の薄いリング状のモータとしては十分ではなかった。
【００１７】
レンズを駆動するモータは他にも実開昭５６−１７２８２７号公報等で提案されている。これは、コイルの中心軸が鏡筒の光軸中心に向かう方向に配置されているため、コイル形状の複雑化、組み立ての複雑化、コイルの個数の増加という不都合があり、更には部品点数の増加によって装置自体の小型化が難しく、コストも高くなってしまっていた。
【００１８】
以上のように、従来のモータや該モータを用いる装置は、コンパクトの面やコストの面に難があった。さらには、マグネットをロータとし、コイルにより軟磁性材料のステータを励磁してロータを回転させていくような構成のモータにおいては、マグネットの位相によりマグネットとステータとの間の吸引力が変化し、この変化した吸引力が、コイルへの通電によるステータが励磁された際に発生する電磁力よりも大きい場合には、モータを起動させることができない、安定して滑らかに回らない、といった事も生じることがあった。
【００１９】
（発明の目的）
本発明の第１の目的は、第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部とロータのマグネット部との間に発生する吸引力を最小限に抑えることができる構成とし、出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができ、かつ、小型化を達成することのできるステッピングモータを提供しようとするものである。
【００２０】
本発明の第２の目的は、出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができる小型のステッピングモータを駆動源として用いる装置自身の小型化を達成することのできる光学装置を提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１〜３に記載の発明は、外周面が周方向に複数に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネット部を備え、その中心を軸として回転可能なロータと、前記ロータの回転軸方向に隣り合わせて配置される第１のコイルと、前記第１のコイルにより励磁され、前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第１の外側磁極部と、前記第１のコイルにより励磁され、前記ロータの前記マグネットの内周面に対向する第１の内側磁極部と、前記ロータの回転軸方向に隣り合わせて配置される第２のコイルと、前記第２のコイルにより励磁され、前記第１の外側磁極部に対して、（（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ）度位相がずれて前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第２の外側磁極部と、前記第２のコイルにより励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第２の内側磁極部とを有し、前記マグネット部の周方向に分割されて着磁されている極数をＮＡ、前記マグネット部の外径寸法をＤ１、前記マグネット部の内径寸法をＤ２とすると、前記第１及び第２の外側磁極部は、前記マグネット部の外周面に（７２０／ＮＡ）度の整数倍の角度で等分配置されかつ各々が所定の角度Ａ度だけ対向するものであって、
（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）
で構成されるステッピングモータとするものである。
【００２２】
上記請求項１のように、前記第１及び第２の外側磁極部の前記マグネット部の外周面に対する角度（Ａ度）が、「（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）」の条件を満たす構成にし、前記第１及び第２の外側磁極部とロータのマグネット部との間に発生する吸引力（コギングトルク）がほぼ０或いは極めて小さいものにしている。
【００２３】
また、請求項２のように、前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部を、前記ロータの回転軸方向と垂直な面において同一円周上に配置することで、各部材が前記マグネット部の同じ箇所（外周面の）に対して磁束を作用させることになり、着磁むらがあっても各部材に同様に作用することになる。
【００２４】
また、請求項３のように、前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部を同一部材とすることで、各部材のバラツキをなくし、それぞれの機能を発揮させ得る構成にしている。
【００２５】
また、上記第２の目的を達成するために、請求項４又は５に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載のステッピングモータと、該ステッピングモータの回転出力を用いて光軸方向に移動させられるレンズとを有し、前記ステッピングモータに具備される前記第１のコイルと前記第２のコイルそれぞれの巻回中心が前記レンズの光軸を中心とした概略同一円上に位置するように、前記ステッピングモータを配置した光学装置とするものである。
【００２６】
同じく上記第２の目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載のステッピングモータと、光路としての開口部の開口面積を変更する開口量調節部材とを有し、前記ステッピングモータに具備される前記第１のコイルと前記第２のコイルそれぞれの巻回中心が前記開口部の開口中心を中心とした概略同一円上に位置するように、前記ステッピングモータを配置した光学装置とするものである。
【００２７】
上記請求項４〜６においては、請求項１〜３に記載のステッピングモータを駆動源として用いる装置において、該ステッピングモータの配置を所定の要件を満たす構成にして、小型化を実現する構成にしている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施の第１の形態に係るステッピングモータを示す分解斜視図であり、図２は図１のステッピングモータの軸を通り、該軸方向に平行な面での断面図であり、図３は図１のステッピングモータのコイルを通り、軸方向と垂直な面での断面図である。
【００３０】
これらの図において、１はロータであり、軸部１ｔ，１ｓと永久磁石からなる円筒形状（図２参照）のマグネット部とから構成される。このマグネット部は、外周表面を円周方向に多分割して即ち着磁極数がＮＡとなるよう（本実施の形態では１６分割してＮＡ＝１６となるよう）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁されている。軸部と円筒形状のマグネット部は一体に成形されていても良いし、別に成形してから接着或いは圧入により結合して一体的にしても良い。また、マグネット部を、射出成形等により成形されるプラスチックマグネット材料により構成することで、半径方向の厚さを非常に薄くすることができる。該マグネット部の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がＳ極の場合はその範囲の内周面はＮ極に着磁されているもののいずれかである。ロータ１の軸部１ｓ，１ｔは後で述べるカバー５の嵌合穴５ａ、ステータ２の嵌合穴２ｈに回転可能に嵌合している。
【００３１】
２は軟磁性材料から成るステータであり、前記ロータ１の軸部１ｔを回転可能に嵌合している。特開平９−３３１６６６号公報に記載されたものとは異なり、ステータは一つだけで構成されている。該ステータ２は、内部磁極部を成す内筒部２ｇを有するとともに、該内筒部２ｇの軸方向と平行方向に延びる、外筒の先端方向から切り欠いて形成される櫛歯形状の第１の外側磁極部２ａ，２ｂ，２ｃと第２の外側磁極部２ｄ，２ｅ，２ｆを有している。そして、前記内筒部２ｇと第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ及び第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとで、ロータ１のマグネット部を挟む構成になる。本実施の形態では、内筒部２ｇも、前記第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ及び第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと一体的に構成されているが、別部材で成形してから結合する構成でも構わない。
【００３２】
前記第１の磁極部２ａ〜２ｃと第２の磁極部２ｄ〜２ｆに後述する第１、第２のコイル３，４が巻回され、該コイルによってステータ２が励磁された場合、外側磁極部とそれに対向している内筒部２ａとの間では磁束が発生するが、外側磁極部間は単なる空間でまた距離が長いため磁気抵抗が大きくなっているために磁束は発生しない。
【００３３】
上記のようにステータ２は単一の部材から構成されているため、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとの相互誤差は小さく抑えられ、組み立てによるステッピングモータの性能のばらつきを抑えることができる。
【００３４】
３は前記第１の外側磁極部２ａ〜２ｃの周りに巻回された（図３参照）第１のコイルであり、通電されることにより、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと該第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと対向する内側磁極部である内筒部２ｇの一部が励磁され、その磁極部間にはロータ１のマグネット部を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネット部に作用する。勿論この場合、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃとそれに対向する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。４は前記第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの周りに巻回された第２のコイルであり、通電されることにより、第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと該第２の外側磁極部２ａ〜２ｃと対向する内側磁極部である内筒部２ｇの一部が励磁され、その磁極部間にはロータ１のマグネット部を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネットに作用する。
【００３５】
前記第１のコイル３と第２のコイル４はともにロータ１の円筒形状のマグネット部の端面に隣接して配置され、該第１のコイル３と該第２のコイル４は軸と平行方向に関する位置において重なるように配置されている。
【００３６】
上記のように、内筒部２ｇの第１の外側磁極部２ａ〜２ｃに対向する部分は第１のコイル３によって励磁され、内筒部２ｇの第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆに対向する部分は第２のコイル４によって励磁されるのであるが、これらは互いに独立して励磁されている。前記第１のコイル３によって励磁される第１の外側磁極部２ａ〜２ｃに対向する部分を今後“第１の内側磁極部”と呼び、第２のコイル４によって励磁される第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆに対向する部分を今後“第２の内側磁極部”と呼ぶ。この第１の内側磁極部と第２の内側磁極部は、図１等に示すように一体で構成されても良いし、別体で構成されても良い。
【００３７】
上記ステータ２の第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ或いは第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆは前述のように外筒を先端方向から切欠き、マグネット外周面に沿ってステッピングモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯により構成されているので、ステッピングモータの直径を最小限に抑えることができる。仮に外側磁極部を円周方向に空間を挟むことで複数構成した櫛歯形状ではなく、半径方向に延びる凹凸で形成したとする。この場合、磁極部として効果的に作用させるためには凹部からの磁束の影響を少なく、凸部からの磁束の影響を大きくする必要があり、凹凸の差を大きくしなければならない。その凹凸の差の分だけステッピングモータの直径は大きくなってしまう。本実施の形態ではもちろんそのようなことはなく、外側磁極部１枚分の厚みだけで足りる。
【００３８】
また、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極部との距離及び第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと第２の内側磁極との距離を非常に小さくできるので、第１のコイル３と第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極により形成される磁気回路、及び、第２のコイル４と第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと第２の内側磁極により形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。これにより、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、ステッピングモータの出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化を達成することができる。
【００３９】
５はカバーであり、図２に示すようにその内周部が、ステータ２の第１の外側磁極部２ａ〜２ｃや第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの外周面に取り付けられ、嵌合穴５ａはロータ１の軸部１ｓを回転可能に嵌合している。
【００４０】
前記ロータ１のマグネット部とステータ２の位置関係を示した図４からわかるように、マグネット部はその外周表面を円周方向に均一に多分割して（本実施の形態では１６分割して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された着磁部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎ，１ｐ，１ｑ，１ｒが形成されている。ここでは、前記着磁部１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇ，１ｉ，１ｋ，１ｎ，１ｑがＳ極に着磁され、前記着磁部１ｂ，１ｄ，１ｆ，１ｈ，１ｊ，１ｍ，１ｐ，１ｒがＮ極に着磁されている。
【００４１】
ここで、マグネット部と外側磁極部との位置関係について説明する。
【００４２】
３個の第１の外側磁極部２ａ，２ｂ，２ｃと同じく、ロータ１のマグネット部の外周面に対向する３個の第２外側磁極部２ｄ，２ｅ，２ｆが形成されている。
【００４３】
マグネット部の外周表面の分割数をＮＡとすると、ステータ２の第１の外側磁極部２ａ，２ｂ，２ｃは着磁位相に対して同位相になるように「３６０／（ＮＡ／２）」度（７２０／ＮＡ度）の整数倍、すなわちθ１＝４５度の整数倍お互いにずらして形成されている。この式におけるＮＡは、図４からもわかるように「１６」である。また、ステータ２の第２の外側磁極部２ｄ，２ｅ，２ｆは着磁位相に対して同位相になるように「３６０／（ＮＡ／２）」度の整数倍、すなわちθ２＝４５度の整数倍お互いにずらして形成されている。第１の外側磁極部と第２の外側磁極部は全体が「θ３＝（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ」度、すなわち（１１．２５＋２２．５×ｍ）度ずれて配置されている。この式中のｍは整数である。この実施の形態では、ＮＡ＝１６，ｍ＝４としており、θ３＝１０１．２５度となっている。
【００４４】
上記の構成によれば、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとは、同一のロータ１に対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されている、詳しくは、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとが、軸に垂直な面において同一円周上に存在するようにしている。よって、ロータ１の外周面の一部分に着目すれば、該ロータ１が回転することにより、該ロータ１の一部分に対して第１の外側磁極部２ａ〜２ｃによる磁束と第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆによる磁束とが交互に作用することになる。二つの外側磁極部がロータ１のマグネット部の同じ個所に対して磁束を作用させるので、従来の特開平９−３３１６６６号公報に開示の装置が有する、着磁によるバラツキなどによる悪影響をなくすことができ、安定した性能となるステッピングモータとすることが可能となる。更に、この様な構成ゆえ、ロータ１は軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いステッピングモータとすることができる。
【００４５】
次に、図４〜図７を参照して、本発明の実施の形態に係るステッピングステッピングモータの動作を説明する。
【００４６】
図４では、第１のコイル３に通電してステータ２の第１の外側磁極部２ａ〜２ｃをＮ極とし、第１の内側磁極部をＳ極となるように励磁している状態である。この状態では第２のコイル４には通電は行っていない。
【００４７】
図４の状態から第１のコイル３への通電を遮断し、同時に第２のコイル４に通電してステータ１の第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆをＮ極とし、第２の内側磁極部をＳ極となるように励磁すると、図５に示すようにロータ１は反時計方向に１１．２５度回転する。なお、マグネット部の回転がわかり易いように、着磁部１ａのみグレーで示している。
【００４８】
図５の状態から第２のコイル４への通電を遮断し、同時に第１のコイル３に図４の状態とは逆方向の通電、即ち第１の外側磁極部２ａ〜２ｃをＳ極、第１の内側磁極部をＮ極となるように励磁すると、図６に示すようにロータ１は反時計方向にさらに１１．２５度回転する。
【００４９】
図６の状態から第１のコイル３への通電を遮断し、同時に第２のコイル４に図５の状態とは逆方向の通電、即ち第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆをＳ極、第２の内側磁極部をＮ極となるように励磁すると、図７に示すようにロータ１は反時計方向に更に１１．２５度回転する。
【００５０】
以後、このように第１のコイル３及び第２のコイル４への通電方向を順次切り換えることと遮断を繰り返すことにより、前記櫛歯形状の第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆは異なるタイミングで励磁の切り換えが行われ、ロータ１は通電位相に応じた位置へと回転していくことになる。
【００５１】
本実施の第１の形態では、第１の通電状態として、第１のコイル３を正方向通電、第２のコイル４を非通電にし、第２の通電状態として、第１のコイル３を非通電、第２のコイル４を正方向通電にし、第３の通電状態として、第１のコイル３を逆方向通電、第２のコイル４を非通電にし、第４の通電状態として、第１のコイル３を非通電、第２のコイル４を逆方向通電にして、第１の通電状態から第２の通電状態、第３の通電状態、第４の通電状態へ切り換えを行い、ロータ１を回転させていったが、第５の通電状態として、第１のコイル３を正方向通電、第２のコイル４を正方向通電にし、第６の通電状態として、第１のコイル３を正方向通電、第２のコイル４を逆方向通電にし、第７の通電状態として、第１のコイル３を逆方向通電、第２のコイル４を逆方向通電にし、第８の通電状態として、第１のコイル３を逆方向通電、第２のコイル４を正方向通電にして、第５の通電状態から第６の通電状態、第７の通電状態、第８の通電状態へと通電状態を切り換える、或いは、その逆に第５の通電状態から第８の通電状態、第７の通電状態、第６の通電状態へと通電状態を切り換えるような通電の切り換えを行っても良い。それによってもロータ１は通電位相に応じた回転位置へと回転していく。
【００５２】
図４等にて第１及び第２の外側磁極部ａ〜ｆの位置関係について前述したが、以下にマグネット部と第１及び第２の外側磁極部ａ〜ｆの位置関係について説明する。
【００５３】
最初に、上記したように第１の通電状態、第２の通電状態、第３の通電状態、第４の通電状態の間で通電状態を切り換えると、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆは一方ずつ励磁される極性の切り換えが行われる通電が行われる。このとき、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃの励磁が行われるように第１のコイル３に通電を行えば、それぞれの状態における該第１の外側磁極部２ａ〜２ｃの中心部が、マグネット部の着磁部（極）の中心部と対向し、それぞれの状態における第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの中心部は、マグネット部の着磁部の境界と対向する。つまり、図４及び図６の状態となる。
【００５４】
反対に、第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの励磁が行われるように第２のコイル４に通電を行えば、それぞれの状態における第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの中心部が、マグネット部の着磁部の中心部と対向し、それぞれの第１の外側磁極部２ａ〜２ｃの中心部が、マグネット部の着磁部の境界と対向する。つまり、図５及び図７の状態となる。
【００５５】
上記のように第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとで、マグネットの着磁部の半領域分だけ位相がずれているため、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとで通電を切り換える度に、ロータ１は着磁部の半分の面積に相当する回転を行うことになる。つまり、１６分割されたマグネット部を有していれば１１．２５（＝３６０／１６／２）度ずつ回転することになる。
【００５６】
本実施の形態では、コイルを巻回しやすいという理由から、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃをロータ１の片側にまとめて配置し、第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆをロータ１の反対側にまとめて配置したが、これに限らず、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とが交互に配置されていても構わない。ただしこの場合は、外側磁極部を励磁させる第１のコイルと第２のコイルとの配置を工夫する必要がある。例えば、交互に配置された第１の外側磁極部と第２の外側磁極部を励磁するために交互に独立したコイルを配置する方法がある。
【００５７】
上記のロータ１は軸部１ｓ，１ｔを備えており、この部分で回転可能に保持されているが、マグネット部やその他の円周部で例えばカバー５の内周面に回転可能に保持される構造をとれば、中空な、つまり内径側に貫通された開口部のある円筒形状のステッピングモータとすることが可能となる。そのような場合の構造を変形例として図８に示す。なお、ロータ１、ステータ２、カバー５は図１〜図７とは形状が一部異なる（内径側に貫通された開口部がある）が、同等の機能を有する部材であるので、同一の符号を付してある。
【００５８】
ロータ１の外周面には溝１ｕが１周形成されており、カバー５の突起５ｂと嵌合している。これにより、ロータ１はカバー５に回転可能に保持されることになる。ロータ１は内径部に突起を設けたりして例えばカメラのレンズやシャッタや絞り羽根を駆動する用途に用いることが可能である。
【００５９】
図９は、上記構成のモータを駆動源として備えたレンズ鏡筒装置を示す模式的縦断面図であり、上記実施の第１の形態と同様な部分の説明は省略する。
【００６０】
図９において、５０はステータ２の外側磁極部に固定されたヘリコイド地板であり、５１はレンズホルダーである。前記ヘリコイド地板５０の内径部にはメスヘリコイド部５０ａが形成されており、前記レンズホルダー５１の外径部にはオスヘリコイド部５１ａが形成されており、該オスヘリコイド部５１ａを前記メスヘリコイド部５０ａに摺動可能に嵌合することにより、該レンズホルダー５１を前記ヘリコイド地板５０に対して相対回転させることにより軸方向に移動させることができる。
【００６１】
前記レンズホルダー５１にはレンズ５２が固定されており、前記レンズホルダー５１が光軸方向に移動（変位）することにより、これに伴って該レンズ５２も移動し、光軸方向の該レンズ５２の位置を調節できるようになっている。
【００６２】
ロータ１はヘリコイド地板５０の嵌合部５０ｅに対して１ｖ部で回転可能に取り付けられている。前記レンズホルダー５１の内側端面部には溝５１ｂが形成されており、この溝５１ｂにはロータ１のピン部１ｗが嵌合している。従って、ロータ１の回転に伴って前記レンズホルダー５１が回転し、前記レンズ５２が装置の軸方向に移動するように構成されている。つまり、ロータ１が回転することでレンズ５２の光軸方向の位置が変化するように構成されている。
【００６３】
図９に示すような構成のレンズ鏡筒装置において、モータ自体の内径側の開口部を光路として配置できるので、装置全体の外径寸法は、前記内径側の開口部の直径をＤ１１とすると、概略「（ロータ１の厚さ＋内側磁極部の厚さ＋外側磁極部の厚さ）×４＋Ｄ１１」で済ませることが可能となる。しかも外側磁極部はモータ軸に平行な方向に延出する歯により形成するので、レンズ鏡筒装置全体を非常にコンパクトなものにすることができる。
【００６４】
上記の実施の第１の形態によれば、第１のコイル３、第２のコイル４により外側磁極部と内側磁極部との間にあるロータ１のマグネット部を横切る磁束を発生させることで、磁束を効果的に作用させることができる。その結果、モータの出力の向上を図ることが可能となる。
【００６５】
また、図８のような構成の場合、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ及び第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆを、モータ軸と平行な方向に延出する櫛歯により構成したので、モータの占有体積、つまりモータの外径と内径の間の体積（円筒形状の幅寸法）を最小限に抑えることができる。もし外側磁極部を半径方向に延びる凹凸で形成すると、効果的に磁束を作用させるためには凹凸差を大きくしなければならず、その分モータの外径と内径の間の体積は大きくなってしまう。つまり、図８のようなモータでは、該モータの外径と内径の間の体積を最小限に抑えることができる。
【００６６】
以上の図１〜図９の構成によれば、第１のコイル３と第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と、第２のコイル４と第１の外側磁極部２ｄ〜２ｆと第２の内側磁極により形成される磁気回路において発生する磁束とが、ロータ１の同一のマグネット部に作用する構成になっている。そして、ロータ１が回転することにより、それぞれの磁気回路はマグネット部の同一円周上に作用し、マグネット部の同一の部位を利用する構成となっているので、着磁によるバラツキなどによる悪影響を受けずに安定した性能となるモータとすることができる。
【００６７】
また、第１のコイル３と第２のコイル４はともにロータ１の円筒形状のマグネット部の端面に隣接して配置され、該第１のコイル３と該第２のコイル４は軸と平行方向に関する位置において重なるように配置され、上記したように第１のコイル３と第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と第２のコイル４と第１の外側磁極部２ｄ〜２ｆと第２の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束とが、ロータ１の同一マグネット部に作用する構成になっているので、本モータの軸方向に関する寸法は短く構成できる。
【００６８】
また、前記第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと前記第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとを同一部材から構成しているので、前記第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとの相互の誤差を小さく抑えることができる。
【００６９】
また更に、前記ロータ１の外周面の着磁極数をＮＡとすると、前記第１の外側磁極部２ａ〜２ｃは前記第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆに対して（１８０／ＮＡ）度（マグネットの着磁部の半領域分だけ）位相がずれて形成されているので、第１のコイル及び第２のコイルへの通電方向を順次変える事により通電状態に応じた位置へ前記ロータ１を回転していくことができ、ステッピングモータとして機能させることができる。
【００７０】
次に、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ及び第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの形状について詳細に説明する。
【００７１】
ロータ１は第１のコイル３及び第２のコイル４への無通電時にそれに応じた状態で回転位置が保持される。この様子を図１０、図１１を用いて説明する。ここでは第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極部と第１のコイル３とロータ１の関係を例にとって説明する。実際のモータ１では第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと第２の内側磁極部と第２のコイル４とロータ１の関係が１８０／ＮＡ度位相がずれてこれに合成される。
【００７２】
図１０において、縦軸は、第１のコイル３への無通電時におけるロータ１のマグネット部に作用する、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極部との間で発生する磁力を示し、横軸は、ロータ１の回転位相を示す。
【００７３】
Ｅ１点、Ｅ２点で示されるところは正回転しようとするとマイナスの力が働いて元の位置に戻ろうとし、逆回転しようとするとプラスの力が働いて元の位置に戻される。すなわち、マグネットと第１の外側磁極部の間の磁力の力によってロータ１のマグネット部がＥ１点或いはＥ２点に安定的に位置決めされようとするコギングの位置である。Ｆ１点、Ｆ２点、Ｆ３点はマグネットの位相が少しでもずれると前後のＥ１点或いはＥ２点の位置に回転する力が働く不安定な均衡状態にある停止位置である。第１のコイル３への通電がなされない状態では、振動や姿勢の変化によってＦ１点、Ｆ２点、Ｆ３点に停止していることはなく、Ｅ１点或いはＥ２点の位置で停止する。
【００７４】
Ｅ１点、Ｅ２点のようなコギング安定点はマグネットの着磁極数をＮＡとすると、「３６０／ＮＡ」度の周期で存在し、その中間位置がＦ１点、Ｆ２点、Ｆ３点のような不安定点になる。
【００７５】
有限要素法による数値シミュレーションの結果、着磁される極の角度と外側磁極部のマグネット部の外周面に対向する角度（外側磁極部のマグネットに対向する角度は図４において、Ａに相当する角度）との関係により、コイルへの通電がなされていない状態での外側磁極部とマグネットとの吸引状態の様子が変化することが明らかになった。それによると、外側磁極部のマグネット部の外周面に対向する角度により該マグネットのコギング位置が変化する。すなわち、外側磁極部のマグネット部の外周面に対向する角度が所定値以下の場合には、該マグネットの極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持される。つまり、図１０で述べたＥ１点及びＥ２点がこの状態である。逆に、外側磁極部のマグネット部の外周面に対向する角度が所定値を超える場合には、該マグネットの極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持され、この位置が図１０で述べたＥ１点及びＥ２点となる。その様子を図１１を用いて説明する。
【００７６】
図１１は、外側磁極部の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を示す図である。
【００７７】
図１１において、横軸は「マグネットの厚み（径方向の厚み）／マグネット１極あたりの外周長さ」、縦軸は「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」である。
【００７８】
例えば、マグネットの外径寸法が１０ｍｍ、内径寸法が９ｍｍで極数が１６極の場合、マグネットの厚みは「（１０−９）／２」、マグネットの着磁部の１極あたりの外周長さは「１０×π／１６」であるから、横軸の「マグネットの厚み／マグネット１極あたりの外周長さ」の値は０．２５５となる。また、外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度を１３度とすると、マグネット１極あたりの角度は２２．５度であるから、縦軸の「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」は０．５７８となる。
【００７９】
図１１中の各ポイントはコギングトルクがほぼ０、或いは最小となるようなモデルの「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」をプロットしたものであり、不図示の９種類のモータについて、コギングトルクがほぼ０、或いは最小となるような場合をグラフ化したものである。
【００８０】
図１１の縦軸を「Ｙ＝外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」、横軸を「Ｘ＝マグネットの厚み／マグネット１極あたりの外周長さ」とすると、これらのポイントは「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．６３」の式で近似した直線１と、「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．７２」の式で近似した直線２とに囲まれた領域に存在する。
【００８１】
直線１より図中下の範囲、即ち、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」の範囲はマグネットの極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持され、「Ｙ＞−０．３Ｘ＋０．７２」ならば、マグネットの極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持される。
【００８２】
直線１と直線２とに囲まれた領域、即ち次式の条件を満たしている場合は、コギングトルクがほぼ０、或いは極めて小さく構成される。
【００８３】
−０．３Ｘ＋０．６２≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２
この式は次のように表される。上記各外側磁極のマグネット部に対する各対向角をＡ度、着磁極数をＮＡ、マグネットの外径寸法をＤ１、マグネットの内径寸法をＤ２とすると、
（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）
となる。
【００８４】
上記の例の場合、マグネット１の着磁極数ＮＡを１６、マグネット１の外径寸法Ｄ１を１０ｍｍ、マグネット１の内径寸法Ｄ２を９ｍｍと設定しており、（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）＝１２．４５度、（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）＝１４．４８度となり、各外側磁極のマグネット部に対する対向角Ａ度が、１２．４５度≦Ａ≦１４．４８度の条件を満たしていれば、コギングトルクがほぼ０或いは極めて小さく構成される。
【００８５】
ここで、外側磁極部の軸方向のマグネット部の外周面に対する各対向角Ａ度（図４参照）は、該マグネット部の軸方向の位置によって徐々に変化するような場合であれば平均的な対向角が上記の条件式を満たしていれば良い。即ち、マグネット部の外周面の端面部付近の各対向角Ａ度が例えば１５度であっても外側磁極部の先端部、つまりマグネット部の軸方向中央付近での外側磁極部２ａ〜２ｃのマグネット部の外周面に対する各対向角Ａ度が１３度程度ならマグネット部の軸方向の位置に関して平均すると１４度程度になるので、上記条件式は満たしていることになる。
【００８６】
図１２，図１３，図１４に、実験結果を示す。
【００８７】
図１２，図１３，図１４ともに、図１０と同様、縦軸はマグネット１に作用する外側磁極部と内側磁極部とで発生する磁力によるトルクを示し、横軸はマグネット１の回転位相を示す。コイルに無通電時のトルク、即ちコキングトルクとコイル端子間に３Ｖの電圧を印加した時の発生トルクを示している。
【００８８】
このモデルは
・マグネットは、外径φ１０．６ｍｍ、内径φ９．８ｍｍ、着磁極数１６極
・コイルは、巻き数が１１２ターン、抵抗１０Ω
・ステータの外側磁極部は、外径φ１１．６ｍｍ、内径φ１１．１ｍｍ
・ステータの内側磁極部は、外径φ９．３ｍｍ、内径φ８．８ｍｍ
の円筒形状の構成である。
【００８９】
図１２は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角Ａ度は１０．３５度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２，Ｙ＝０．４６となる。
【００９０】
図１３は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角Ａ度は１３．４５度のものである。この場合が無通電時の発生するトルク、即ちコキングトルクが一番小さくなっているのである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２，Ｙ＝０．６０となる。
【００９１】
図１４は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角Ａ度は１５．５２度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２，Ｙ＝０．６９となる。
【００９２】
図１３に示した組み合わせは、コイルへの通電時は発生するトルクは減少せずにモータとしては出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転可能なものとなり、最も望ましい。
【００９３】
図１１で求めた直線１，２上に、上記図１２，図１３，図１４の構成により求まる値をそれぞれａ，ｂ，ｃで示したのが、図１５である。ｂは確かに上記の条件式
（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）
を満たしている。
【００９４】
よって、図１３に例示の構成のステッピングモータとすることにより、コギングトルクがほぼ０或いは極めて小さく構成され、コイルへの通電時に発生するトルクは減少せずに該モータとしては出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転可能なものとなる。
【００９５】
（実施の第２の形態）
図１６〜図１８は本発明の実施の第２の形態に係る図であり、詳しくは、図１６はモータの分解斜視図、図１７はマグネット、ステータ、コイル等の関係を示す一部を省略して示す平面図、図１８は図１６のモータを鏡筒内に配置した場合の平面図である。
【００９６】
これらの図において、６１はロータであり、軸部と永久磁石からなる円筒形状のマグネット部とから構成される。このマグネット部は、外周表面を円周方向に多分割して、即ち着磁極数がＮＡとなるよう（この実施の形態では６分割してＮＡ＝６となるよう）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁されている。軸部と円筒形状のマグネット部は一体に成形されていても良いし、別に成形してから接着或いは圧入により結合して一体的にしても良い。また、マグネット部を射出成形等により成形されるプラスチックマグネット材料により構成することで、円筒形状の半径方向の厚さを非常に薄くすることができる。マグネット部の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がＳ極の場合はその範囲の内周面はＮ極に着磁されているもののいずれかである。ロータ６１の軸部６１ｓ，６１ｔは後で述べる軸受け６７の嵌合穴６７ａ、軸受け６６の嵌合穴６６ａに回転可能に嵌合している。
【００９７】
６２は軟磁性材料から成るステータであり、前記軸受け６６が取り付けられている。この実施の第２の形態では、後述する内筒部６２ｃも第１の外側磁極部６２ａ及び第２の外側磁極部６２ｂと一体的に構成されているが、別部材で成形してから結合する構成でも構わない。ステータ６２の第１の外側磁極部６２ａ及び第２の外側磁極部６２ｂは円筒形状のロータ６１の軸と平行方向に延びる櫛歯形状で形成されている。上記のように第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂは一体的に構成されているので、第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとの相互誤差は小さく抑えられ、組み立てによるモータの性能のばらつきを抑えることができる。
【００９８】
ステータ６２の内筒部６２ｃはロータ６１のマグネット部の内周面と対向する内側磁極部を構成している。内筒部６２ｃにより構成される内側磁極部と第１の外側磁極部６２ａとで、また、内筒部６２ｃにより構成される内側磁極部と第２の外側磁極部６２ｂとで、ロータ６１のマグネット部を所定の隙間をもって挟む構成になる。
【００９９】
６３は第１の外側磁極部６２ａの周りに巻回された第１のコイルであり、通電されることにより、第１の外側磁極部６２ａと該第１の外側磁極部６２ａと対向する内側磁極部である内筒部６２ｃの一部を励磁され、その磁極間にはロータ６１のマグネット部を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネットに作用する。勿論この場合、第１の外側磁極部６２ａとそれに対向する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。６４は第２の外側磁極部６２ｂの周りに巻回された第２のコイルであり、通電されることにより、第２の外側磁極部６２ｂと対向する内側磁極部である内筒部６２ｃの一部を励磁する。勿論この場合、第２の外側磁極部とそれに対向する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁され、その磁極間にはロータ６１のマグネット部を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネットに作用する。
【０１００】
第１のコイル６３と第２のコイル６４はともにロータ６１の軸方向の同一端面に隣接して配置されている。
【０１０１】
前記内筒部６２ｃの第１の外側磁極６２ａに対向する部分は第１のコイル６３によって励磁され、内筒部６２ｃの第２の外側磁極部６２ｂに対向する部分は第２のコイル４によって励磁されるのであるが、これらは互いに独立して励磁されている。第１のコイル６３によって励磁される第１の外側磁極部６２ａに対向する内筒部６２ｃの部分を以下、“第１の内側磁極部”と呼び、第２のコイル６４によって励磁される第２の外側磁極部６２ｂに対向する内筒部６２ｃの部分を以下、“第２の内側磁極部”と呼ぶ。第１の内側磁極部と第２の内側磁極部も第１の外側磁極部６２ａ或いは第２の外側磁極部６２ｂのように筒形状を切欠き、軸と平行方向に延びる歯のように構成しても良い。
【０１０２】
上記第１の外側磁極部６２ａと第１の内側磁極部（６２ｃ）との距離及び第２の外側磁極部６２ｂと第２の内側磁極部（６２ｃ）との距離を非常に小さくできるので、第１のコイル６３と第１の外側磁極部６２ａと第１の内側磁極部により形成される磁気回路、および、第２のコイル６４と第２の外側磁極部６２ｂと第２の内側磁極部により形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。これにより、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、モータの出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化を達成することができる。
【０１０３】
６５はカバーであり、６５ａには軸受け６７が取り付けられている。６６は軸受けであり、ステータ６２に取り付けられている。ロータ６１の軸部６１ｓ，６１ｔは軸受け６７の嵌合穴６７ａ、軸受け６６の嵌合穴６６ａに回転可能に嵌合している。６８はリードスクリューであり、前記ロータ６１の軸部６１ｓに固着され、該ロータ６１と一体的に回転する。６９はレンズホルダー、７０はレンズホルダー６９に固定されているレンズである。前記レンズホルダー６９は不図示のガイドに光軸方向に移動可能に保持され、保持部６９ａ　に設けられたメネジ部６９ｂがリードスクリュー６８と噛み合い、リードスクリュー６８が回転する事で光軸と平行方向に移動する。
【０１０４】
前記ロータ６１の回転軸をレンズ７０の光軸と平行に配置し、該ロータ６１と一体的に回転するリードスクリュー６８によってレンズホルダー６９とレンズ７０を光軸に沿って駆動するようにしてある。
【０１０５】
図１７の平面図に示すように、この実施の第２の形態では、第１のコイル６３が巻回されている第１の外側磁極部６２ａと第２のコイル６４が巻回されている第２の外側磁極部６２ｂとは、ロータ６１の回転中心を基準に考えるとθ度位相がずれた位置に配置されている。ここで、θ度は「１８０度−１８０度／ＮＡ」である。即ち、この実施の第２の形態では「ＮＡ＝６」なので、θ度は１５０度である。このように「θ度＝（１８０度−１８０度／ＮＡ）」にする事で、第１のコイル６３、第２のコイル６４の配置により図面中のＬ１１の寸法を最小に設定できる。
【０１０６】
上記の第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとを配置したモータをレンズ鏡筒内に配置する場合、図１８に示すように、第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂをレンズ７０の光軸を中心とした概略同一円上に配置する。或いは、第１の外側磁極部６２ａを励磁する第１のコイル６３と第２の外側磁極部６２ｂを励磁する第２のコイル６４をレンズ７０の光軸を中心とした概略同一円上に配置する。この実施の第２の形態では、第１の外側磁極部６２ａ、第２の外側磁極部６２ｂ、第１のコイル６３、第２のコイル６４をレンズ７０の光軸からの距離をすべて等距離Ｒ１に設定してある。
【０１０７】
このように配置する事により、図２７におけるＤ３の寸法をより小さく構成でき、非常にコンパクトなレンズ鏡筒とすることができる。
【０１０８】
また、第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとはロータ６１の回転中心を基準に考えると、「θ度＝（１８０度−１８０度／ＮＡ）」だけ位相をずらして配置してあるが、このθ度となる角がロータ６１の回転中心と光軸中心との間側になるように配置する事で、第１のコイル６３と第２のコイル６４あるいは第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂは鏡筒の円筒形状に沿って配置される事になり、よりコンパクト化が達成される。その様子を図１９に示す。
【０１０９】
図１９に示すように、ステータ６２の一部とカバー６５（図１６参照）の一部を切り欠く事で外径寸法をＴ１だけ小さくでき、内径寸法をＴ２だけ大きくでき、狭い円筒形状内に配置可能になる。
【０１１０】
図２０は、θ度となる角がロータ６１の回転中心から光軸中心に対し外側にある例を示すものである。この場合は、第１のコイル６３と第２のコイル６４あるいは第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂは鏡筒の円筒形状に沿って配置されないため、ややコンパクト化を阻害する。即ち内径寸法をＴ３大きくするにとどまり、図１９に比べてコンパクト化が阻害されていることがわかる。
【０１１１】
また、第１の外側磁極部６２ａ及び第２の外側磁極部６２ｂは上記実施の第１の形態と同様、マグネット部に対する各対向角をＡ度（図１７）、着磁極数をＮＡ、マグネットの外径寸法をＤ１、マグネットの内径寸法をＤ２とすると、「（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）」となるように構成されている。
【０１１２】
このように構成する事で、上記実施の第１の形態と同様、コギングトルクがほぼ０或いは極めて小さく構成され、コイルへの通電時に発生するトルクは減少せずにモータとしては出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転可能なものとなる。
【０１１３】
なお、上記のように第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとは「θ度＝（１８０度−１８０度／ＮＡ）」だけ位相をずらして配置してあるが、これはまた、上記実施の第１の形態と同様に、第１の外側磁極部６２ａに対し第２の外側磁極部６２ｂは、ｍを整数とするとロータ６１の中心に関して「（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ」度位相がずれて前記ロータ６１のマグネット部の外周面に対向する位置にあるとも表現できる。
【０１１４】
以上を整理すると
１）第１の外側磁極部６２ａ及び第２の外側磁極部６２ｂは実施の第１の形態と同様、マグネット部に対する各対向角をＡ度、着磁極数をＮＡ、マグネットの外径寸法をＤ１、マグネットの内径寸法をＤ２とすると、
（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）
となるように構成されている。よって、コギングトルクがほぼ０或いは極めて小さく構成され、コイルへの通電時に発生するトルクは減少せずにモータとしては出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転可能なものとなる。
【０１１５】
２）第１のコイル６３と第２のコイル６４はともにロータ６１の軸方向の同一端面に隣接して配置されているので、モータの軸方向寸法が短くできる。
【０１１６】
３）このようなモータを用い、図８のようにリードスクリュー６８をその出力軸に固着し、レンズ光軸とモータの出力軸及びリードスクリュー６８を平行に配置し、リードスクリュー６８の回転によりレンズ７０を移動させる構造にした場合にも軸方向の寸法はあまり長くならないので、光学装置のコンパクト性を損なわず、レンズの精密な位置出しが可能になる。
【０１１７】
４）モータを駆動するための二つの磁気回路はロータ６２の同一個所に対して作用するため、ロータ６２の着磁むらの影響を受けにくい、回転精度の高いモータとすることができる。
【０１１８】
５）二つの磁気回路を構成する第１の外側磁極部６２ａと第１の内側磁極部及び第２の外側磁極部６２ｂと第２の内側磁極部は同一の部品、即ちステータ６２で構成できるので、それぞれの磁極部の相対位置が精度良く構成でき、性能のばらつきが少ないモータにすることができるとともにコストも安く構成できる。
【０１１９】
６）第１のコイル６３への通電により第１の外側磁極部６２ａと第１の内側磁極部が励磁され、その磁極部間にはロータ６１のマグネット部を横切る磁束が発生するので、効果的に該マグネットに作用する。同様に、第２のコイル６４への通電により第２の外側磁極部６２ｂと第２の内側磁極部が励磁され、その磁極部間にはロータ６１のマグネット部を横切る磁束が発生するので、効果的に該マグネットに作用する。このため、出力の高いモータとすることができる。
【０１２０】
７）第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとはロータ６１の回転中心を基準に考えると、θ度位相がずれた位置に配置されている。ここでθ度は「（１８０度−１８０度／ＮＡ）」であるため、Ｌ１１寸法を小さくできる。
【０１２１】
８）第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂをレンズ７０の光軸を中心とした概略同一円上に配置する、或いは、第１の外側磁極部６２ａを励磁する第１のコイル６３と第２の外側磁極部６２ｂを励磁する第２のコイル６４をレンズ７０の光軸を中心とした概略同一円上に配置する。このように配置する事により、図２７におけるＤ３の寸法をより小さく構成でき、非常にコンパクトなレンズ鏡筒とすることができる。
【０１２２】
９）第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとはロータ６１の回転中心を基準に考えると、「θ度＝（１８０度−１８０度／ＮＡ）」だけ位相をずらして配置してあるが、このθ度となる角度がロータ６１の回転中心と光軸中心との間側になるように配置する事で、第１のコイル６３と第２のコイル６４あるいは第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂは鏡筒の円筒形状に沿って配置される事になり、よりコンパクト化が達成される。
【０１２３】
１０）第１のコイル３と第２のコイル４はともにロータ１の円筒形状のマグネット部の端面に隣接して配置され、該第１のコイル３と該第２のコイル４は軸と平行方向に関する位置において重なるように配置され、上記したように第１のコイル３と第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ，６２ａと第１の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と第２のコイル４と第１の外側磁極部２ｄ〜２ｆ，６２ｂと第２の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束とが、ロータ１の同一マグネット部に作用する構成になっているので、本モータの軸方向に関する寸法は短く構成できる。
【０１２４】
（実施の第３の形態）
図２１は本発明の実施の第３の形態に係る開口量調節装置を示す分解斜視図であり、図１６に示す、上記実施の第２の形態の構成のモータにて開口量調節部材を駆動するようにしたものである。よって、モータに関しては、上記実施の第２の形態と同様の効果（上記１）〜１０））を有するものであり、ここではその説明は省略する。
【０１２５】
図２１において、８０はピニオンギヤであり、ロータ６１の軸部６１ｓに固着されロータ６１と一体的に回転する。８１は不図示の地板に回転可能に取り付けられている羽根駆動リングであり、ギヤ部８１ａは該ピニオンギヤ８０と噛み合い、ロータ６１により駆動される。８２は中央に開口部８２ａ〜２ｃが形成された地板であり、光軸と平行方向に突出する突起８２ｄ〜２ｆ及び８２ｃが一体で形成されるとともに、羽根駆動リング８１の突起８１ｂ，８１ｃが当接することで羽根駆動リング８１の回転を規制する長穴８２ｄ，８２ｅが形成されている。すなわち、羽根駆動リング８１は突起８２ｄ〜２ｆ及び８２ｃが長穴８２ｄ，８２ｅで規制される位置の間で回転可能となる。
【０１２６】
８３及び８４はシャッタ羽根であり、シャッタ羽根８３の丸穴８３ａが地板８２の突起８２ｄ〜２ｆに回転可能に嵌合し、シャッタ羽根８３の長穴８３ｂが羽根駆動リング８１の突起８１ｂに摺動可能に嵌合し、シャッタ羽根８４の丸穴８４ａが地板８２の突起８２ｃに回転可能に嵌合し、シャッタ羽根８４の長穴８４ｂが羽根駆動リング８１の突起８１ｃに摺動可能に嵌合する。８５は中央に最大開口量を規制する最大開口部８５ａが形成されたシャッタ羽根押え板であり、シャッタ羽根８３及びシャッタ羽根８４を所定の隙間を持って間に挟んで地板８２に固定され、シャッタ羽根８３及びシャッタ羽根８４の軸方向の受けとなる。
【０１２７】
羽根駆動リング８１の回転によりシャッタ羽根８３はその長穴８３ｂが羽根駆動リング８１の突起８１ｂに押されて丸穴８３ａを中心に回転し、シャッタ羽根８４はその長穴８４ｂが羽根駆動リング８１の突起８１ｃに押されて丸穴８４ａを中心に回転して、シャッタ羽根押え８５の最大開口部８５ａ及び地板８２の開口部８２ａ〜２ｃを覆う遮光位置と光の通過を許容する露光位置との間で駆動されるよう構成されている。
【０１２８】
本実施の第３の形態も、上記実施の第２の形態と同様、第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂを不図示のレンズの光軸を中心或いは光量調節装置の最大開口部の光軸中心を中心とした概略同一円上に配置する。或いは、第１の外側磁極部６２ａを励磁する第１のコイル６３と第２の外側磁極部６２ｂを励磁する第２のコイル６４を不図示のレンズの光軸を中心或いは光量調節装置の最大開口部の光軸中心を中心とした概略同一円上に配置する。このように配置する事により、図２７におけるＤ３の寸法をより小さく構成でき、非常にコンパクトなレンズ鏡筒とすることができる。
【０１２９】
最後に、上記各実施の形態の効果を、請求項との対応関係を明示しつつ、以下に列挙する。
【０１３０】
円筒形状のマグネット部を備えたロータ１，６１と、第１のコイル３，６３と、前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ，６２ａと、前記マグネットの内周面に対向する第１の内側磁極部２ｇ，６２ｃと、第２のコイル４，６４と、前記第１の外側磁極部に対して、（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ）度位相がずれての前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆ，６２ｂと、前記マグネット部の内周面に対向する第２の内側磁極部２ｇ，６２ｃとを有し、前記マグネット部の周方向に分割されて着磁されている極数をＮＡ、前記マグネット部の外径寸法をＤ１、前記マグネット部の内径寸法をＤ２とすると、前記第１及び第２の外側磁極部が、前記マグネット部の外周面に（７２０／ＮＡ）度の整数倍の角度で等分配置されかつ各々が所定の角度Ａ度だけ対向するものであって、「（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）」で構成されるようにしている。
【０１３１】
上記のように、前記第１及び第２の外側磁極部の前記マグネット部の外周面に対する角度（Ａ度）が、「（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）」の条件を満たすことにより、前記第１及び第２の外側磁極部とロータのマグネット部との間に発生する吸引力（コギングトルク）がほぼ０或いは極めて小さいもとなり、出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができる。
【０１３２】
また、前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部等を、前記ロータの回転軸方向と垂直な面において同一円周上に配置しているので、各部材が、同一の前記ロータの前記マグネット部の同じ箇所に対して磁束を作用させることになり、着磁むらがあっても同一箇所との間で磁束を発生させることになるので、円滑な回転を確保できる。さらに、回転軸方向の長を小型化でき、部品点数も少なく簡易な構造のモータとなる。
【０１３３】
また、前記第１の外側磁極部、前記第１の外側磁極部、前記第１の外側ヨーク部および前記第１の外側ヨーク部を同一部材により構成することで、各部材のバラツキがなくなり、前記吸引力を相殺するように作用する機能最大限に発揮させることができ、前記吸引力が駆動トルクに対する悪影響をより小さなものにすることができる。
【０１３４】
また、前記第１および第２の外側磁極部を前記ロータの軸方向に延出した櫛歯形状としているので、モータの小径化が可能となる。
【０１３５】
また、上記実施の第２の形態のように、上記の条件を満たすモータと、該モータの回転出力を用いて光軸方向に移動させられるレンズ７０とを具備した装置において、前記モータに具備される第１のコイル６３と第２のコイル６４それぞれの巻回中心が、図１１８に示すように、前記レンズの光軸を中心とした概略同一円上に位置するように、前記モータを配置することで、該装置をコンパクトにすることができる。
【０１３６】
また、上記の条件を満たすモータと、光路としての開口部８２ａの開口面積を変更する開口量調節部材（シャッタ羽根８３，８４）とを有し、前記モータに具備される前記第１のコイル６３と前記第２のコイル６４それぞれの巻回中心が前記開口部の開口中心を中心とした概略同一円上に位置するように、前記モータを配置することで、該装置をコンパクトにすることができる。
【０１３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３の何れかに記載の発明によれば、第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部とロータのマグネット部との間に発生する吸引力を最小限に抑えることができる構成とし、出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができ、かつ、小型化を達成することができるステッピングモータを提供できる。
【０１３８】
また、請求項４〜６の何れかに記載の発明によれば、出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができる小型のステッピングモータを駆動源として用いる装置自身の小型化を達成することができる光学装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１の形態に係るモータの分解斜視図である。
【図２】図１のモータの軸方向に平行な面での断面図である。
【図３】図１のモータのコイルを通り、軸方向に垂直な面での断面図である。
【図４】図１のモータのマグネット部と外側磁極部の位置関係を示した図である。
【図５】図４のモータの通電を変化させたときのマグネット部と外側磁極部の位置関係を示した図である。
【図６】図５のモータの通電を変化させたときのマグネット部と外側磁極部の位置関係を示した図である。
【図７】図６のモータの通電を変化させたときのマグネット部と外側磁極部の位置関係を示した図である。
【図８】本発明の実施の第１の形態に係るモータの変形例を示す図である。
【図９】図１のモータを用いたレンズ鏡筒装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施の第１の形態においてコイルへの無通電時におけるロータのマグネット部に作用する第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間で発生する磁力の様子を示す図である。
【図１１】本発明の実施の第１の形態における外側磁極の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を表す図である。
【図１２】本発明の実施の第１の形態における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施の第１の形態における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。
【図１４】本発明の実施の第１の形態における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。
【図１５】本発明の実施の第１の形態における実験モデルの外側磁極の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を表す図である。
【図１６】本発明の実施の第２の形態に係るモータの分解斜視図である。
【図１７】図１６に示すマグネット、ステータ、コイル等の関係を示す分解平面図である。
【図１８】図１６に示すモータを鏡筒内に配置した場合の平面図である。
【図１９】同じく図１６に示すモータを鏡筒内に配置した場合の平面図である。
【図２０】同じく図１６に示すモータを鏡筒内に配置した場合の平面図である。
【図２１】本発明の実施の第３の形態に係る光量調節装置を示す分解斜視図である。
【図２２】従来のステップモータの一構成例を示す模式的縦断面図である。
【図２３】図２２に示すステップモータにおけるステータの磁束の状態を模式的に示す部分断面図である。
【図２４】従来の中実円筒形状のステップモータの他の構造例を示す模式的縦断面図である。
【図２５】従来の薄型コイン形状のモータの構成図である。
【図２６】図２５に示すモータの磁束の様子を示す断面図である。
【図２７】図２５に示すような中実の円筒形状のステップモータを使用する場合の鏡筒地板あるいは光量調節装置の横断面の大きさを示す説明図である。
【符号の説明】
１，６１　　　　　ロータ
１ａ〜１ｒ　　　　マグネット部の着磁部
２　　　　　　　　ステータ
２ａ〜２ｃ　　　　第１の外側磁極部
２ｄ〜２ｆ　　　　第２の外側磁極部
２ｇ　　　　　　　内筒部（第１、第２の内側磁極部）
３，６３　　　　　第１のコイル
４，６４　　　　　第２のコイル
５０　　　　　　　ヘリコイド地板
５０ａ　　　　　　メスヘリコイド部
５１　　　　　　　レンズホルダー
５１ａ　　　　　　オスヘリコイド部
５１ｂ　　　　　　溝（レンズホルダー）
６２　　　　　　　ステータ
６２ａ　　　　　　第１の外側磁極部
６２ｂ　　　　　　第２の外側磁極部
６２ｃ　　　　　　内筒部（第１、第２の内側磁極部）
７０　　　　　　　レンズ
８２ａ　　　　　　開口部
８３，８４　　　　シャッタ羽根

Claims (6)

1. 外周面が周方向に複数に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネット部を備え、その中心を軸として回転可能なロータと、前記ロータの回転軸方向に隣り合わせて配置される第１のコイルと、前記第１のコイルにより励磁され、前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第１の外側磁極部と、前記第１のコイルにより励磁され、前記マグネットの内周面に対向する第１の内側磁極部と、前記ロータの回転軸方向に隣り合わせて配置される第２のコイルと、前記第２のコイルにより励磁され、前記第１の外側磁極部に対して、（（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ）度位相がずれて前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第２の外側磁極部と、前記第２のコイルにより励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第２の内側磁極部とを有し、
   前記マグネット部の周方向に分割されて着磁されている極数をＮＡ、前記マグネット部の外径寸法をＤ１、前記マグネット部の内径寸法をＤ２とすると、前記第１及び第２の外側磁極部は、前記マグネット部の外周面に（７２０／ＮＡ）度の整数倍の角度で等分配置されかつ各々が所定の角度Ａ度だけ対向するものであって、
   （２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）
   で構成されることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部は、前記ロータの回転軸方向と垂直な面において同一円周上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部を同一部材で一体的に構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のステッピングモータ。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のステッピングモータと、該ステッピングモータの回転出力を用いて光軸方向に移動させられるレンズとを有し、
   前記ステッピングモータに具備される前記第１のコイルと前記第２のコイルそれぞれの巻回中心が前記レンズの光軸を中心とした概略同一円上に位置するように、前記ステッピングモータを配置したことを特徴とする光学装置。
5. 前記ステッピングモータに具備される前記ロータに一体的に形成されるリードスクリューと、該リードスクリューに係合し、該リードスクリューの回転に伴って光軸と平行方向に位置変化する係合部材とを有し、
   前記係合部材は前記レンズを一体的に保持し、前記レンズを光軸方向に移動させることを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 請求項１〜３の何れかに記載のステッピングモータと、光路としての開口部の開口面積を変更する開口量調節部材とを有し、
   前記ステッピングモータに具備される前記第１のコイルと前記第２のコイルそれぞれの巻回中心が前記開口部の開口中心を中心とした概略同一円上に位置するように、前記ステッピングモータを配置したことを特徴とする光学装置。

Images