JP2005115237A - 駆動装置および光量調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化、小型化、高出力化を達成し、かつ作動角の大きい作動特性を有する装置を提供する。
【解決手段】外周面が周方向に２分割して着磁された円筒形状のマグネット１と、該マグネットと同心でかつ該マグネットの軸方向に配置されたコイル２と、マグネットの外周面に対向し、コイルにより励磁される外側磁極部４ａを備える軟磁性材料からなるステータ４と、外周面にマグネットの内径部が固定され、コイルにより励磁される内側磁極部５ａを持つ軟磁性材料からなる回転可能なロータ５と、マグネットの外周面に対向し、ロータの回転中心に対して外側磁極部と１８０度位相が異なる位置にステータと一体的に構成される対向部４ｂとを有し、外側磁極部と内側磁極部の距離Ｌ１を、対向部と内側磁極部との距離Ｌ２より小さくしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、円筒形状の駆動装置およびこの種の駆動装置を駆動源とする光量調節装置に関するものである。

回転軸を中心とする直径を小さくし、かつ出力を高めた駆動装置を具備する光量調節装置が提案されている（例えば特許文献１）。

上記特許文献１に開示された駆動装置を抜き出した分解斜視図を図１４に、その駆動装置を軸中心で切断した場合を想定した断面図を図１５に、それぞれ示す。

これらの図において、１０１は外周面が周方向に４分割して交互にＳ極とＮ極に着磁（着磁極数が４極を例にしているが、２極以上であればよい）されたマグネット部を有するロータマグネットであり、回転中心を軸として回転可能な円筒形状をしている。１０２はロータマグネット１０１の軸方向に配置された円筒形状のコイルである。１０３はステータであり、コイル１０２により励磁され、先端部に歯形状の外側磁極部１０３ａと円柱形状部の先端の内筒１０３ｂを有し、これらがロータマグネット１０１の外周面及び内周面に対向している。１０４は補助ステータであり、ステータ１０３の内筒１０３ｂに固着され、該内筒１０３ｂとともに内側磁極部をなしている。１０５は地板であり、ロータマグネット１０１に具備された駆動ピン１０１ｄが係合する案内溝１０５ａを有している。

以上により、光量調節装置における駆動装置を構成している。

ロータマグネット１０１は、地板１０５の案内溝１０５ａに係合する駆動ピン１０１ｄおよび地板１０５とステータ１０３に回転可能に保持されるように、軸部１０１ｅ，１０１ｆを備え、これらが一体的に成形されたものである。また、ステータ１０３の外側磁極部１０３ａはロータマグネット１０１の外周面に隙間を空けて対向しており、同じく内側磁極部（ステータ１０３の内筒１０３ｂと補助ステータ１０４よりなる）はロータマグネット１０１の内周面に隙間を空けて対向している。

上記構成の駆動装置は、コイル１０２への通電方向を切り換えて、外側磁極部１０３ａ、内側磁極部（内筒１０３ｂおよび補助ステータ１０４）の極性を切り換えることで、ロータマグネット１０１を規制された範囲内で往復回転させるものである。なお、往復回転するロータマグネット１０１の回転規制は、地板１０５に設けられた案内溝１０５ａと該案内溝１０５ａに係合する駆動ピン１０１ｄとによって行われる。

この駆動装置は、コイルに通電することで発生した磁束が、外側磁極部１０３ａから対向する内側磁極部へ、あるいは内側磁極部から対向する外側磁極部１０３ａへと流れ、外側磁極部１０３ａと内側磁極部の間に位置するロータマグネット１０１に効果的に作用する。また、外側磁極部１０３ａと内側磁極部との距離を、円筒形状のロータマグネット１０１の厚さ、該ロータマグネット１０１と外側磁極部１０３ａとの隙間および該ロータマグネット１０１と内側磁極部との隙間分の距離にすることができるため、外側磁極部１０３ａと内側磁極部とで構成される磁気回路の抵抗を小さくすることができる。このように磁気回路の抵抗が小さいほど、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、出力が向上することになる。
特開２００２−４９０７６号公報

しかしながら、上記特許文献1にて提案された装置は、ロータマグネットと外側磁極部および内側磁極部に所定の隙間が必要になり、その分外側磁極部と内側磁極部の距離が広がってしまい、磁気回路の抵抗は大きくなる。また、ロータマグネットの内径とそれに対向する内側磁極部との間には所定の間隔が必要であり、それを製造時に管理することはコストアップを招く。さらに、駆動装置の径を小さくしたり、外側磁極部と内側磁極部の距離を小さくするために円筒形状のロータマグネットの径方向の厚みを薄くすることが強度の点で難しいという欠点があった。

また、ロータマグネットの回転作動角を大きく設定できた方が、大きな開口径の場合でも適用可能であり、また部品のばらつきの動作特性への影響を少なく構成できる。しかし、ロータマグネットの回転作動角を大きくするには該ロータマグネットの着磁極数を少なくする必要があり、一番小さい極数、すなわち２極とした場合、次の問題が発生する。ロータマグネットの外周部に対向する外側磁極部が複数あったとしても、それらはコイルによりお互いに同じ極性に励磁される。そのため、外側磁極部の数はロータマグネットの極数の半分以下とする必要がある。つまり、ロータマグネットが２極に着磁されている場合には、コイルにより励磁される外側磁極部は１箇所に構成される。ロータマグネットに発生する駆動力は、コイルに通電されて外側磁極部及び内側磁極部が励磁され、マグネット部に作用する電磁力とマグネット部が外側磁極部及び内側磁極部を吸引する磁力との合成で構成される。マグネット部の内径部の着磁は外周に比べ弱く、上記の電磁力及び磁力のうち内側磁極部に関するものは外側磁極部に関するものに対し小さく無視できる。このうちマグネット部が外側磁極部を吸引する磁力に関しては、外側磁極部が１個所しか構成されないと、回転可能に嵌合している軸部１０１ｅおよび軸部１０１ｆの摩擦が増大してしまい、作動特性が悪くなってしまった。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、外周面が周方向に２分割して着磁された円筒形状のマグネットと、該マグネットと同心でかつ該マグネットの軸方向に配置されたコイルと、前記マグネットの外周面に対向し、前記コイルにより励磁される外側磁極部を備える軟磁性材料からなるステータと、外周面に前記マグネットの内径部が固定され、前記コイルにより励磁される内側磁極部を持つ軟磁性材料からなる回転可能なロータと、前記マグネットの外周面に対向し、前記ロータの回転中心に対して前記外側磁極部と１８０度位相が異なる位置に前記ステータと一体的に構成される対向部とを有する駆動装置であって、前記外側磁極部と前記内側磁極部の距離を、前記対向部と前記内側磁極部との距離より小さく構成した駆動装置とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、外周面が周方向に２分割して着磁された円筒形状のマグネットと、該マグネットと同心でかつ該マグネットの軸方向に配置されたコイルと、前記マグネットの外周面に対向し、前記コイルにより励磁される一つの外側磁極部を備える軟磁性材料からなるステータと、外周面に前記マグネットの内径部が固定され、前記コイルにより励磁される内側磁極部を持つ軟磁性材料からなる回転可能なロータと、前記マグネットの外周面に対向し、前記ロータの回転中心に対して前記外側磁極部と１８０度位相が異なる位置に前記ステータと一体的に構成される一つの対向部と、前記ロータの回転に応じて作動する出力部材と、開口部を備えた地板と、前記出力部材により駆動されて前記地板の開口部に進退することで前記開口部を通過する光量を変化させる光量調節部材とを有し、前記光量調節部材を２箇所の停止位置で保持する光量調節装置であって、前記外側磁極部と前記内側磁極部の距離を、前記対向部と前記内側磁極部との距離より小さく構成した光量調節装置とするものである。

本発明によれば、低コスト化、小型化、高出力化を達成することができ、しかも作動角の大きい作動特性を有する駆動装置および光量調節装置を提供できるものである。

以下の実施例１および実施例２に記載されている通りである。

図１は本発明の実施例１に係る駆動装置の分解斜視図、図２は図１の駆動装置の断面図である。また、図３および図４は図１の駆動装置が往復回転駆動する際の様子を示す図であり、詳しくは、図３はロータに設けられた出力ピンが固定部材であるカバーの案内溝の一端に接触した第１の状態での図２におけるＡ−Ａ断面図、図４はロータに設けられた出力ピンがカバーの案内溝の他端に接触した第２の状態での図２におけるＡ−Ａ断面である。

これらの図において、１は概略円筒形状のマグネットであり、その外周面を円周方向に２極、すなわち２分割してＳ極とＮ極に着磁されている。詳しくは図３に示すように、着磁部１ａは外周面がＮ極に、着磁部１ｂは外周面がＳ極に、それぞれ着磁されている。

２は円筒形状のコイルであり、絶縁形状からなるボビン３に巻き付けられている。該コイル２はマグネット１と同心で、かつ、マグネット１の回転軸方向に並んで配置され、その外径がマグネット１の外径とほぼ同じ寸法である。

４は軟磁性材料からなるステータであり、先端部に歯形状の外側磁極部４ａと該外側磁極部４ａに対しマグネット１の周りに１８０度位相が異なる位置に同じく歯形状の対向部４ｂが一体的に形成されている。外側磁極部４ａおよび対向部４ｂのマグネット１に対向する角度は図３に示すように角度Ａである。また、ステータ４には外側磁極部４ａと対向部４ｂの各歯先と反対側に軸と垂直な面４ｃおよび高さの低い円筒部分４ｄが形成されている。上記のように１８０度ずれて形成されている外側磁極部４ａと対向部４ｂはマグネット１の外周面に所定の隙間（図３参照）を持って対向するように構成されている。ステータ４はその外側磁極部４ａと対向部４ｂが後述のカバー７の内周面に設けられた溝部７ｃ，７ｄに嵌合することで、該カバー７に固定される。

５は駆動装置の出力軸となる軟磁性材料からなるロータであり、円柱部５ｄがコイル２の内径部に挿入されている。また、ロータ５には、ステータ４の外側磁極部４ａと対向してマグネット１を挟むように内側磁極部５ａが形成されている。ロータ５の内側磁極部５ａはコイル２によってステータ４の外側磁極部４ａとは反対の極に励磁される。内側磁極部５ａは角度Ｂ（図３、図４参照）の範囲は大径となるように、また角度Ｂ以外の範囲はそれに比べ小径となるように構成されており、外側磁極部４ａと内側磁極部５ａとの距離は対向部４ｂと内側磁極部５ａとの距離より小さく構成される。また、この内側磁極部５ａの大径部にマグネット１が固定されている。

図２および図３において、外側磁極部４ａと内側磁極部５ａとの距離をＬ１、対向部４ｂと内側磁極部５ａとの距離をＬ２で示し、Ｌ１＜Ｌ２となるよう構成している。これにより、対向部４ｂと内側磁極部５ａとの間の磁気抵抗は外側磁極部４ａと内側磁極部５ａとの間の磁気抵抗に比べて大きなものになり、コイル２への通電によって外側磁極部４ａは励磁されるが、対向部４ｂはほとんど励磁されない。円柱部５ｄの直径Ｄ２はコイル２と接触しない範囲でできるだけ大きな外径とすることによって、磁気抵抗を小さくすることができ、効果的にコイル２によって励磁される。

ステータ４の外側磁極部４ａと対向部４ｂは、共に軸と平行方向に延出する歯により構成されている。この構成により、駆動装置の直径を最小限にしつつ、磁極部の形成が可能となる。つまり、もし外側磁極部４ａを半径方向に延びる凹凸で形成するとその分該駆動装置の直径は大きくなってしまうのであるが、本実施例では、円筒形状から切り欠き穴を設け、軸と平行方向に延出する歯により外側磁極部４ａと対向部４ｂを構成しているので、該駆動装置の直径を最小限に抑えることができる。

６は非磁性材料からなる軸受けであり、ステータ４に固定され、ロータ５の軸部５ｂが嵌合して、ロータ５を回転可能に保持している。軸受け６を非磁性材料にすることによってステータ４とロータ５との間に発生する磁力による吸着を防ぎ、回転特性および耐久性を高める。この軸受け６は軟磁性材料であっても構わない。その場合は磁気回路の磁気抵抗が小さくなるので発生するトルク自体は大きくなる。もちろん軸受け６とロータ５との間では吸着力が発生して摩擦力によるトルク損失が生じたり、摺動面の耐久性を損なう可能性はあるが、軸受け６或いはロータ５の表面に潤滑材の塗布、潤滑塗装（フッ素系潤滑塗装・グラファイト系潤滑塗装・二硫化モリブデン系潤滑塗装）、潤滑メッキ（例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含有した無電解ニッケルメッキやテフロン（登録商標）潤滑無電解ニッケルメッキなど）等を施すことにより、摺動面の摩擦によるトルク損失を抑制したり、摺動面の耐久性を損なうことを防いだりすることができ、出力トルクの大きい駆動装置とすることができる。

７は駆動装置を覆うカバーである。カバー７には案内溝７ａが設けられ、ロータ５の出力ピン５ｆがこの溝内で一端あるいは他端に当接することにより、ロータ５の回転を規制する。また、ロータ５の軸部５ｃが回転可能に嵌合する嵌合部７ｂを持つ。さらに、カバー７の内側には溝部７ｃ，７ｄが形成されており、この溝にステータ４の外側磁極部４ａと対向部４ｂが嵌合し接着等によって固定される。カバー７における外側磁極部４ａと対向部４ｂおよび溝部７ｃと溝部７ｄの位相の関係は一定であり、またマグネット１の着磁位相とロータ５の出力ピン５ｆの位相は一定となるように設定されていることから、ロータ５の回転範囲におけるステータ４の外側磁極部４ａと対向部４ｂとマグネット１の着磁部１ａ，１ｂとの位相を決定することができる。実施例１では、駆動装置の回転可能角度範囲の丁度中央にあるとき、マグネット１の極と極の中心、すなわち着磁部１ａと着磁部１ｂの境がステータ４の歯形状の外側磁極部４ａの中心に対向するような位相関係となっている。

コイル２への通電がなされないとき、マグネット１は極の中心がステータ４の歯形状の外側磁極部４ａ或いは対向部４ｂの中心と一致する回転位置で安定するように構成されており、図３においては着磁部１ａの中心、すなわちＮ極の中心がステータ４の歯形状の外側磁極部４ａの中心に一致する方向に磁気力を受けている。同じく着磁部１ｂの中心、すなわちＳ極の中心がステータ４の歯形状の対向部４ｂの中心に一致する方向に磁気力を受けている。何れにせよ、図３においてはコイル２に通電がなされていない状態では左回転方向に磁気力により付勢されており、この状態ではロータ５の出力ピン５ｆがカバー７の案内溝７ａの一端に当接しているので、コイル２への通電が無くても図３の状態が安定的に維持される。

次に、ステータ４の外側磁極部４ａ（および対向部４ｂ）の形状について詳細に説明する。

マグネット１はコイル２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５および図６を用いて説明する。

図５において、縦軸はマグネット１に作用する外側磁極部４ａ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。

Ｅ１点，Ｅ２点で示されるところは、正回転しようとすると逆回転しようとする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正回転しようとする力が働いて元の位置に戻される。すなわち、マグネットと外側磁極部の間の磁力によってマグネットが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。コイル２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。

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ｎとすると、（３６０／ｎ）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。

有限要素法による数値シミュレーションの結果、マグネットの着磁される１極あたりの角度（マグネットの着磁部の中心角）と外側磁極部のマグネットに対向する対向角度（図３においてＡで示すものであり、外側磁極部４ａとマグネットの回転中心位置とで構成される扇型の中心角）との関係に応じて、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に対向する角度により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に対向する角度が所定値以下の場合には、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る。つまり、図５で述べたＥ１点およびＥ２点がこの状態である。逆に、外側磁極部のマグネットに対向する角度が所定値を超える場合には、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５で述べたＥ１点およびＥ２点となる。その様子を図６を用いて説明する。

図６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。

図６において、横軸は「マグネットの厚み／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」（言い換えれば、外側磁極部１つあたりの中心角／マグネットの１極あたりの中心角）である。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」、着磁された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。

図６中の各ポイントはコギングトルクがほぼ０、或いは最小となるときの、モータの「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」および「マグネットの厚み／マグネット１極あたりの外周長さ」をプロットしたものであり、図７に示す９種類のモータについてグラフ化したものである。

図６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。

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。

直線１と直線２とに囲まれた領域、即ち、次の条件を満たしている場合は、コギングトルクが極めて小さく構成される。

ここで、外側磁極部４ａの軸方向のマグネット１に対する各対向角度Ａは、マグネット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、平均的な対向角度が上記の条件式を満たしていれば良い。即ち、マグネットの端面部付近の対向角度Ａが例えば１５度であって、外側磁極部の先端部付近の対向角度Ａが１３度程度なら、それらの平均値である１４度を上記条件式に当てはめればよい。

図８，図９，図１０に、実験結果を示す。図８，図９，図１０ともに、図５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。

このモデルとなるモータは
・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
で構成されたものである。

図８は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１０．３５度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．４６となる。図９は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａ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。図１０は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１５．５２度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６９となる。

上記図８，図９，図１０の構成のものを、図６で求めた直線を示した図１１上において、それぞれａ，ｂ，ｃで示す。

図８に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１０．３５度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．４６で、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」の条件に当てはまり、マグネットの安定位置は着磁部の極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置であった。

図９に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１３．４５度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６０で、「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、コキングトルクが極めて小さくなっている。

図１０に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１５．５２度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６９で、「Ｙ＞−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、マグネットの安定位置は着磁部の極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置であった。

本実施例１では、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」となるように寸法が設定されており、コイル２への通電がなされていない状態では、図５に示した上記Ｅ１点およびＥ２点が、マグネット１の極の中心がステータ４の外側磁極部４ａの中心に対向する位置となり、マグネット１の極の中心が外側磁極部４ａの中心に対向する位置で安定して停止するようになっている。対向部４ｂに関しても外側磁極部４ａと同様である。

実施例１では、マグネット１は外周を２極に着磁されているので４極に着磁されているものに比べ、動作範囲が大きく設定できる。したがって、本実施例の駆動装置をカメラのシャッタや絞り羽根の駆動装置として用いた場合、大きな開口径のシャッタに対しても適用できる。

図３の状態（ロータ５の出力ピン５ｆがカバー７の案内溝７ａの一端に当接している第１の状態）からコイル２に通電を行い、ステータ４の外側磁極部４ａをＳ極に、ロータ５の内側磁極部５ａをＮ極に、それぞれ励磁すると、マグネット１は時計周りに回転し、ロータ５の出力ピン５ｆがカバー７の案内溝７ａの他端に当接することによって回転を止められ、図４に示す状態になる。

図４の状態（ロータ５の出力ピン５ｆがカバー７の案内溝７ａの他端に当接した第２の状態）から、前記コイル２に逆方向の通電を行い、ステータ４の外側磁極部４ａをＮ極に、ロータ５の内側磁極部５ａをＳ極にそれぞれ励磁すると、マグネット１は反時計周りに回転し、ロータ５の出力ピン５ｆがカバー７の案内溝７ａの一端に当接することによって回転を止められ、図３に示す状態となる。

以上のことにより、本実施例の駆動装置はコイル２への通電方向を変えることによって、所定角度内で往復回転可能な装置となる。

図４の状態は着磁部１ｂの中心、すなわちＳ極の中心がステータ４の歯形状の外側磁極部４ａの中心に一致する方向に磁気力を受けている。同じく着磁部１ａの中心、すなわちＮ極の中心がステータ４の歯形状の対向部４ｂの中心に一致する方向に磁気力を受けている。何れにせよ、図４においてはコイル２に通電がなされていない状態では右回転方向に磁気力により付勢されており、この状態ではロータ５の出力ピン５ｆがカバー７の案内溝７ａのもう一端に当接しているので、コイル２への通電が無くても図４の状態が安定的に維持される。

上記の実施例１によれば、以下のような効果を有するものとなる。

マグネット１はステータ４の外側磁極部４ａに磁力により吸引され、半径方向に力が発生して軸受け部での摩擦が増大して動作特性が悪くなることが考えられるが、本実施例においては、マグネット１の周りの、ステータ４の外側磁極部４ａに対して１８０度位相がずれた位置に対向部４ｂがあり、外側磁極部４ａがマグネット１を半径方向に吸引するのを打ち消す方向に対向部４ｂが該マグネット１を半径方向に吸引するため、つまり外側磁極部４ａ側へのみマグネット１が吸引されるのではなく、対向部４ｂ側へも吸引される構成にしているので、軸受け部での摩擦は非常に小さく抑えられる。

また、外側磁極部４ａと内側磁極部５ａとの距離Ｌ１は対向部４ｂと内側磁極部５ａとの距離Ｌ２より小さく構成されているので、対向部４ｂと内側磁極部５ａとの間の磁気抵抗は外側磁極部４ａと内側磁極部５ａとの間の磁気抵抗に比べ大きなものになり、コイル２への通電によって外側磁極部４ａは励磁されるが、対向部４ｂはほとんど励磁されない。これによってコイル２に通電時、マグネット１の外周面に対向し、ロータ５の回転中心に対して外側磁極部４ａと１８０度位相が異なる位置にある対向部４ｂは、ロータ５との間に電磁力を作用させない構造になる。一方、外側磁極部４ａはロータ５との間に電磁力を作用させる。これにより、ロータ５は回転できる。

内側磁極部５ａは、外側磁極部４ａと内側磁極部５ａとの距離Ｌ１が対向部４ｂと内側磁極部５ａとの距離Ｌ２に比べて短くなるようにその大径部の角度範囲は次のように構成されている。

内側磁極部５ａの大径部の角度範囲を図３及び図４に示すようにＢで表し、図３の状態から図４の状態に変わるまでのロータ５の作動角をθとすると、Ｂ＝Ａ＋θとなるように構成し、図３と図４に示すように作動範囲の最終端では角度範囲Ａなる外側磁極部４ａの端面の角度位置と内側磁極部５ａの大径部の端面の位置が一致するようにすると、コイル２への通電による外側磁極部４ａの励磁が効率よく行われつつ対向部４ｂの励磁は最小限に抑えられる。つまり、図３において、外側磁極部４ａの端面Ｃと内側磁極部５ａの大径部の端面Ｄとが破線で示すように角度に関して一致し、図４において、外側磁極部４ａの端面Ｅと内側磁極部５ａの大径部の端面Ｆとが破線で示すように角度に関して一致するように構成することによって、作動範囲内ならば常に外側磁極部４ａと内側磁極部５ａの大径部が対向し、対向部４ｂにはできるだけ内側磁極部５ａの大径部が離れるような構成となり、コイル２への通電による外側磁極部４ａの励磁が効率よく行われつつ対向部４ｂの励磁は最小限に抑えられる。

また、上記構成において、マグネット１の内径部がロータ５によって埋められているので、上記特許文献１で提案されているものに比べ、マグネット１の機械的強度が大きく、またバックメタルとしてロータは作用するのでマグネット１の磁気的劣化も少ない。また、マグネット１の機械的強度が大きく、磁気的劣化も少なくなることによって、該マグネット１の径方向の厚みを薄くすることも可能となり、径寸法に関して非常にコンパクトなアクチュエータとなる。又、マグネット１の外周面と内周面に対向する外側磁極部４ａと内側磁極部５ａとでマグネット１を挟む磁路となるので、磁気抵抗が少ないものとなる。さらに、外側磁極部４ａと内側磁極部５ａとの距離Ｌ１は、マグネット１の厚みと該マグネット１と外側磁極部４ａとのギャップのみとなり、特許文献１で提案されているものに比べて縮めることができるので、コイル２により発生する磁力が効果的にマグネット１に作用する。以上により出力が高く、コンパクトで、安定した動作特性を有する駆動装置とすることができる。

さらに、特許文献１で提案されているものはマグネットの外形部と外側磁極部の隙間を精度良く保って組み立てる必要の他に、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部もマグネットに対し所定の隙間を設けて配置する必要があり、部品精度のばらつきや組み立て精度が悪い事によりこの隙間を確保できず、内側磁極部がマグネットに接触してしまうなどの不良が生じる可能性もあった。これに対し本実施例１の駆動装置では、マグネット１の外形部の隙間のみを管理するだけでよいので組み立てが容易となり、不良が生じる可能性も低くなる。

更に、コイル２への通電により発生する磁束は、ステータ４の外側磁極部４ａとロータ５の内側磁極部５ａとの間にあるマグネットを横切るので効果的に作用する。又、外側磁極部４ａと対向部４ｂは概略円筒形状のマグネット１の軸方向と平行方向に延出する歯形状もしくは櫛歯形状により構成されるため、直径方向に関する寸法は小さく構成できる。これにより、非常に小径の円筒状のアクチエータとすることができる。又、コイル２は一つで構成されるので通電の制御回路も単純になり、コストも安く構成できる。

図１２は上記駆動装置１１をシャッタ装置に適用した場合の分解斜視図であり、同図において、１２は光量調節装置の地板であり、該地板１２は開口部１２ａを備えている。１３は、地板１２との間に所定の空間を保ち、該空間に後述の光量調節用のシャッタ羽根１４，１５を移動可能に保持する地板であり、開口部１３ａを備えている。１４，１５は光量調節部材であるところのシャッタ羽根であり、穴１４ａ，１５ａがそれぞれ地板１２のピン１２ｂ，１２ｃに回転可能に嵌合している。また、長穴１４ｂ，１５ｂは駆動装置１１の構成要素であるロータ５の出力ピン５ｆに摺動可能に嵌合しており、該ロータ５の回転に応じてシャッタ羽根１４，１５が駆動されて地板１３の開口部１３ａの開口量を変化させる。本実施例１のマグネット１は２極に外周部が着磁されているため、前述したように回転動作の範囲を広く設定でき、大きな開口径のシャッタにも適用できる利点がある。

なお、図１２ではシャッタ装置に適用した場合を示しているが、絞り羽根の開閉を行って光量調節を行う絞り装置への適用も可能である。

図１３は本発明の実施例２に係わる駆動装置を示す断面図であり、上記実施例１における駆動装置の各構成要素と同様な機能を果たすものについては同一符号を付し、その詳細は省略する。

同図において、１６はコイル２が卷回される非磁性材料からなるボビンである。ボビンの材料としては、非導電性であり、摺動性も考慮して例えばポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等で成形される。このボビン１３はステータ４に固定され、嵌合部１６ａでロータ５の軸５ｂと嵌合し、ロータ５を回転可能に保持している。上記実施例１におけるボビン３と軸受け６の両者の役割を果たす。

本実施例２では、ボビンを非磁性材料とすることによってステータとロータの間で発生する磁力による吸着を防ぐとともに、非伝導性材料にすることによって卷回するコイルの短絡を防いでいる。実施例１においてロータの吸着を防ぐ部品として別に設けていた軸受け６を無くし、ボビンで構成したことにより、低コスト化となるとともに、組み立てが容易な構成となる。その他の効果は上記実施例１と同様である。

ここで、上記実施例１および実施例２の主たる効果についてまとめて以下に列挙する。

１）マグネット１の外周面に対向しロータ５の回転中心に対して外側磁極部４ａと１８０度位相が異なる位置にステータ４と一体的に構成される対向部４ｂは、マグネット１が外側磁極部４ａに磁力により半径方向に吸引されるのをキャンセルするように該マグネット１を半径方向に吸引するため、ロータ５の回転可能に嵌合している部分の摩擦を小さく抑えることができ、作動特性を悪くしない。

２）外側磁極部４ａと内側磁極部４ｂとの距離Ｌ１は対向部４ｂと内側磁極部との距離Ｌ２より小さく構成されているので、対向部４ｂと内側磁極部５ａとの間の磁気抵抗は外側磁極部４ａと内側磁極部５ａとの間の磁気抵抗に比べ大きなものになり、コイル２への通電によって外側磁極部４ａは励磁されるが、対向部４ｂはほとんど励磁されない。これにより、コイル２に通電時、対向部４ｂはロータ５との間に電磁力を作用させない構造になる。一方、外側磁極部４ａはロータ５との間に電磁力を作用させる。これにより、ロータ５は回転できる。

上記１）および２）によってマグネット１が２極に着磁したものを採用でき、作動範囲を大きくできると同時に、ロータ５の回転部分の摩擦を小さく抑えられ、作動特性の良い駆動装置とすることができる。

３）小径で高出力であり、コストの安い駆動装置とすることができる。コイル２に通電することにより発生する磁束を効果的にマグネット２に作用させ、駆動装置を高出力なものにするとともに非常に小型化可能なものとしている。つまり、この駆動装置の径はマグネット１の径にステータ４の磁極部を対向させるだけの大きさがあればよく、また駆動装置の軸方向の長さはマグネット１の長さにコイル２の長さを加えた長さとすることができるので、駆動装置を非常に小型化することができるものである。

４）駆動装置の構成部品は従来のものと比べて製造の容易な部品であり、かつ組み立て時における精度の管理が容易なものになっている。また、従来のものに比べて外側磁極部と内側磁極部との距離を小さく構成しているから、磁束が効果的に作用して高出力の駆動装置となっている。

５）マグネットの機械的強度が大きく、またロータがバックメタルとして作用するので磁気的劣化も少ない駆動装置となる。

本発明は、シャッタ装置や絞り装置等の光量調節装置や該光量調節装置を具備するカメラ等の光学装置、さらには一方から他方へ被駆動部材を位置変化させる装置の駆動源として適用可能である。

本発明の実施例１における駆動装置の分解斜視図である。 図１の駆動装置の断面図である。 駆動装置が第１の状態時における図２のＡ−Ａ断面図である。 駆動装置が第２の状態時における図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例１におけるコギングトルクの様子を表す図である。 本発明の実施例１における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。 図６のデータ算出に用いられた９種類のモータを示す図である。 本発明の実施例１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。 本発明の実施例１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。 本発明の実施例１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。 本発明の実施例１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示す図である。 本発明の実施例１における駆動装置をシャッタ装置に適用した場合の分解斜視図である 本発明の実施例２に係わる駆動装置を示す断面図である。 従来の駆動装置を用いた光量調節装置の斜視図である。 従来の駆動装置の断面図である。

符号の説明

１ マグネット
２ コイル
３，１６ ボビン
４ ステータ
４ａ 外側磁極部
４ｂ 対向部
５ ロータ
５ａ 内側磁極部
６ 軸受け
７ カバー
Ｌ１ 外側磁極部と内側磁極部の距離
Ｌ２ 対向部と内側磁極部との距離

Claims (3)

1. 外周面が周方向に２分割して着磁された円筒形状のマグネットと、該マグネットと同心でかつ該マグネットの軸方向に配置されたコイルと、前記マグネットの外周面に対向し、前記コイルにより励磁される外側磁極部を備える軟磁性材料からなるステータと、外周面に前記マグネットの内径部が固定され、前記コイルにより励磁される内側磁極部を持つ軟磁性材料からなる回転可能なロータと、前記マグネットの外周面に対向し、前記ロータの回転中心に対して前記外側磁極部と１８０度位相が異なる位置に前記ステータと一体的に構成される対向部とを有する駆動装置であって、
   前記外側磁極部と前記内側磁極部の距離を、前記対向部と前記内側磁極部との距離より小さく構成したことを特徴とする駆動装置。
2. 前記マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する前記外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、前記マグネット部の径方向の厚みに対する前記マグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
   −０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
   の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 外周面が周方向に２分割して着磁された円筒形状のマグネットと、該マグネットと同心でかつ該マグネットの軸方向に配置されたコイルと、前記マグネットの外周面に対向し、前記コイルにより励磁される一つの外側磁極部を備える軟磁性材料からなるステータと、外周面に前記マグネットの内径部が固定され、前記コイルにより励磁される内側磁極部を持つ軟磁性材料からなる回転可能なロータと、前記マグネットの外周面に対向し、前記ロータの回転中心に対して前記外側磁極部と１８０度位相が異なる位置に前記ステータと一体的に構成される一つの対向部と、前記ロータの回転に応じて作動する出力部材と、開口部を備えた地板と、前記出力部材により駆動されて前記地板の開口部に進退することで前記開口部を通過する光量を変化させる光量調節部材とを有し、前記光量調節部材を２箇所の停止位置で保持する光量調節装置であって、
   前記外側磁極部と前記内側磁極部の距離を、前記対向部と前記内側磁極部との距離より小さく構成したことを特徴とする光量調節装置。
   

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