JP2005253214A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】 高度な加工技術を用いることなく組立工程が簡易化されるとともに、応答性の良い電磁アクチュエータを提供する。
【解決手段】 コイル14に電流を加えて、回動軸12に発生していた磁束を打ち消す方向に、すなわち、回動軸12の上側がN極になるように、コイル14を励磁すると、連結ヨーク11cにおいて、マグネット13からの磁束と、コイル14からの磁束とが合わさり飽和する。上コーナー部111dおよび下コーナー部112dからマグネット13へと磁束が漏洩し、マグネット13の磁極と反発して、回動ヨーク11が反時計方向に回転する。コイル14を無通電状態にすると、マグネット13の磁束が回動ヨーク11内に流れて吸引されることにより、回動ヨーク11は、時計方向に回転して初期状態に復帰する。
【選択図】 図9

Description

本発明は、電磁アクチュエータに関する。
電磁アクチュエータは、コイルに通電することにより回動動作を行うものであり、様々な用途に用いられている。
このような電磁アクチュエータの一例として、カメラの絞り装置やシャッタ装置に用いられ、ロータが往復回動運動することにより、駆動対象物であるシャッタ羽根等を揺動運動させるものがある(例えば、特許文献1参照。)
特許文献1に開示されている電磁アクチュエータは、中空のコイルボビンと、コイルボビンに巻回されているコイルと、コイルボビンの端部付近に回動自在に配設されているロータとを有する。そして、ロータの永久磁石の2極の極位置がコイル側に偏るように着磁されている。
特許第2718443号明細書 (第1図)
しかしながら、上述した従来の電磁アクチュエータでは、ロータの2極の着磁角度が120度になるように着磁したり、ロータを回動させるためのロータ軸を真円のロータの中心に固着するには、高度な加工技術を必要とする場合があった。
また、比重の大きい材料を用いてロータを形成した場合には、応答性がやや遅れるような可能性があった。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、高度な加工技術を用いることなく組立工程が簡易化された電磁アクチュエータを提供することを目的とする。
また、本発明は、応答性の良い電磁アクチュエータを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る電磁アクチュエータは、
回動軸を中心に回動するとともに、前記回動軸の一端側に取り付けられ前記回動軸の延伸方向と垂直な方向に延びた第1のヨーク部材と、前記回動軸の他端側に取り付けられ前記回動軸の延伸方向と垂直な方向に延びた第2のヨーク部材と、前記第1のヨーク部材および前記第2のヨーク部材とを連結する第3のヨーク部材とから構成される回動ヨークと、
前記回動軸の延伸方向に中心軸線の方向が一致するように巻回されるとともに、前記回動軸が貫通して挿入されるコイルと、
前記回動ヨークが停止状態にある場合には、前記第1のヨーク部材と一端面が対向し、前記第2のヨーク部材と他端面が対向するように配設されたマグネットと
を備えることを特徴とする。
また、前記第3のヨーク部材を、前記第1のヨーク部材と連結し、前記回動軸と同心円周上に延びた第4のヨーク部材と、前記第2のヨーク部材と連結し、前記回動軸と同心円周上に延びた第5のヨーク部材と、前記第4のヨーク部材および前記第5のヨーク部材とを連結する第6のヨーク部材とから構成し、
前記マグネットを、前記回動ヨークが停止状態にある場合には、前記第1のヨーク部材と前記第4のヨーク部材との連結部分に一端面が対向し、前記第2のヨーク部材と前記第5のヨーク部材との連結部分に他端面が対向するように配設してもよい。
また、前記回動軸は磁性材料により形成されるようにしてもよい。
また、前記マグネットにより、前記コイルの無通電時において、前記第1のヨーク部材の前記マグネットと対向する面から、前記回転軸、および、前記第2のヨーク部材の前記マグネットと対向する面までを含んで構成される磁気回路と、前記第1のヨーク部材の前記マグネットと対向する面から、前記第3のヨーク部材、および、前記第2のヨーク部材の前記マグネットと対向する面までを含んで構成される磁気回路とが形成されることを特徴とする。
また、前記マグネットにより、前記コイルの無通電時において、前記第1のヨーク部材、前記回転軸、および、前記第2のヨーク部材により構成される磁気回路と、前記第4のヨーク部材、前記第5のヨーク部材、および、前記第6のヨーク部材により構成される磁気回路とが形成されることを特徴とする。
本発明によれば、組立工程が簡易化されるとともに、応答性が優れた電磁アクチュエータを提供することができる。
本発明の実施の形態に係る電磁アクチュエータについて、以下図面を参照して説明する。
(実施形態1)
本発明の実施形態1に係る電磁アクチュエータ10は、図1〜図7に示すように、回動ヨーク11と、回動軸12と、マグネット13と、コイル14が巻回されたコイル枠15と、Eリング16とを備えている。この電磁アクチュエータ10は、揺動モータであり、回動ヨーク11が往復回動運動をすることにより、駆動対象であるカメラの絞りを開閉運動させるものである。
回動ヨーク11は、回動軸12を中心にして往復回動運動をするものである。回動ヨーク11は、上側ヨーク11aと、下側ヨーク11bと、上側ヨーク11aと下側ヨーク11bとを連結する連結(継ぎ手)ヨーク11cとから構成されている。なお、ここで上側とは、回動軸12においてEリング16がはめられている側とし、その逆側を下側とする。回動ヨーク11の上側ヨーク11a、下側ヨーク11bおよび連結ヨーク11cは、薄板状の形状からなり、一体に形成されている。回動ヨーク11は、例えば軟質磁性材料であるケイ素鋼、軟鉄、パーマロイ、ステンレス等により形成されている。
上側ヨーク11aおよび下側ヨーク11bには、一端に回動軸12が嵌合される回動軸用孔111a、111bがそれぞれ形成されている。上側ヨーク11aおよび下側ヨーク11bの他端は連結ヨーク11cと連結されている。上側ヨーク11aおよび下側ヨーク11bは、回動軸12の延伸方向と垂直な方向に延びるように形成され、それぞれが平行になるように位置している。
連結ヨーク11cはコ字状(C字状)の形状を有し、回動軸12の延伸方向と平行な方向に延びる連結部111cと、連結部111cの上端から回動軸12と同心円周方向に延びる上連結部112cと、連結部111cの下端から回動軸12と同心円周方向に延びる下連結部113cとから構成されている。
上連結部112cと上側ヨーク11aの他端とが連結され、この連結される部分である上コーナー部111dは、コイル14の無通電時においては、コイル枠15の後述するフランジ部15bを介して、マグネット13の上端面(N極側)と対向する位置にある。また、下連結部113cと下側ヨーク11bの他端とが連結され、この連結される部分である下コーナー部112dは、コイル14の無通電時においては、コイル枠15の後述するフランジ部15cを介して、マグネット13の下端面(S極側)と対向する位置にある。
回動軸12は、回動ヨーク11を回動自在に支持するものである。回動軸12は、磁性材料により形成され、例えば、軟質磁性材料であるケイ素鋼、軟鉄、パーマロイ、ステンレス等により形成されている。回動軸12には、上側にEリング16を嵌める溝12aが形成され、下側に回動ヨーク11の下側ヨーク11bが載置されるフランジ部12bが形成されている。
マグネット13は、上側ヨーク11a、下側ヨーク11b、連結ヨーク11cおよび回動軸12に磁気回路を構成するものである。マグネット13は、永久磁石からなる棒磁石である。
コイル枠15には、円筒状の本体15aの外周にコイル14を構成する導電線が巻回されている。コイル枠15は、非磁性材料により形成され、例えば、プラスチック材料である非硬化性エポキシ樹脂、非硬化性フェノール樹脂、ナイロン樹脂等により形成されている。本体15aの中央には、回動軸12が挿入される回動軸用孔151aが形成されている。円筒状の本体15aの上下端にはフランジ部15bおよび15cが形成されている。フランジ部15bおよび15cには、マグネット13を挟持して固定するためのマグネット挟持部151bおよび151cがそれぞれ突設されている。また、コイル14には、コイル枠15を介して回動軸12が貫通して挿入されている。コイル14は、回動軸12の延伸方向に中心軸線の方向が一致するように巻回されている。
Eリング16は、回動軸12が抜け落ちないように回動軸12の上側の溝12aに嵌められるリング状の止め輪である。
次に、電磁アクチュエータ10を組み立てる方法について説明する。コイル14が巻回されたコイル枠15のマグネット挟持部151bおよび151cにマグネット13を固定する。
回動ヨーク11およびコイル枠15について、回動ヨーク11の回動軸用孔111a、コイル枠15の回動軸用孔151a、および、回動ヨーク11の回動軸用孔111bの中心が重なり、かつ、回動ヨーク11の上コーナー部111dとマグネット13の上端面とが対向し、回動ヨーク11の下コーナー部112dとマグネット13の下端面とが対向する位置になるように、位置合わせをする。そして、回動ヨーク11の回動軸用孔111b、コイル枠15の回動軸用孔151aおよび回動ヨーク11の回動軸用孔111aに回動軸12を順次挿入する。回動ヨーク11の回動軸用孔111aおよび111bに回動軸12は嵌合される。最後に、Eリング16を回動軸12の溝12aに嵌めて、電磁アクチュエータ10は完成する。
カメラの絞り装置に用いる電磁アクチュエータ10を制御するための制御回路について図8を用いて説明する。制御部30は、図8に示すように、CPU(Central Processing Unit)31とメモリ32とモータドライバ33とを備えている。CPU31は、電磁アクチュエータ10全体の制御や演算処理を行うものである。メモリ32には、電磁アクチュエータ10を制御するためのプログラムや制御情報が格納されている。モータドライバ33は、CPU31からの制御信号に応じて、コイル14に通電し励磁するか、コイル14への通電を切って無励磁にする。CPU31には、光量検出部41およびシャッターボタン42が接続されている。
シャッターボタン42が押されると、CPU31は、光量検出部41により検出された被写体の輝度情報を読み取り、電磁アクチュエータ10の駆動(絞りによる露光量の制限)が必要か否かを判別する。CPU31は、判別結果に従って、絞り動作が必要な場合には、電磁アクチュエータ10を駆動するためにコイル14に通電するか、無通電とするかをモータドライバ33に指示する。モータドライバ33は、指示に従って、電磁アクチュエータ10のコイル14に通電したり、通電を切ったりする。
このように、電磁アクチュエータ10のコイル14に通電制御することによって、回動ヨーク11は往復回動運動をする。次に、電磁アクチュエータ10の回動ヨーク11の回動動作について、図9を用いて説明する。
回動ヨーク11が停止位置にある場合は、コイル14が無通電状態であり、無励磁状態であり、この場合には、図9(a)に示すように、マグネット13の磁界は、上側ヨーク11a、回動軸12および下側ヨーク11bにより構成される磁気回路を形成するとともに、連結ヨーク11cにより構成される磁気回路を形成し、2つの磁気回路を形成する。これにより、マグネット13の上端面側であるN極と回動ヨーク11の上コーナー部111dとの間、および、マグネット13の下端面側であるS極と回動ヨーク11の下コーナー部112dとの間に吸引力が生じ、回動ヨーク11の安定した静止状態が保たれる。
図9(a)の状態において、コイル14に電流を加えて、図9(b)に示すように、回動軸12に発生していた磁束を打ち消す方向に、すなわち、回動軸12の上側がN極になるように、コイル14を励磁すると、連結ヨーク11cにおいて、マグネット13からの磁束と、コイル14からの磁束とが合わさり飽和する。このように連結ヨーク11cにおいて磁束が飽和すると、上コーナー部111dおよび下コーナー部112dからマグネット13へと磁束が漏洩し、マグネット13の磁極と反発して、回動ヨーク11が図9(c)に示す位置まで反時計回り方向に回転する。
図9(c)の状態において、コイル14を無通電状態にして、図9(d)に示すように、コイル14を無励磁にすると、マグネット13の磁束が回動ヨーク11内に流れて吸引されることにより、回動ヨーク11は、図9(a)に示す位置まで時計回り方向に回転して初期状態に復帰する。
本実施形態においては、電磁アクチュエータ10は連結ヨーク11cを備えるが、連結ヨーク11cを備えない場合よりも、高出力が得られる。すなわち、連結ヨーク11cを備えない場合には、マグネット13の磁界により構成される磁気回路は、上側ヨーク11a、回動軸12および下側ヨーク11bで構成される磁気回路1つのみであるが、本実施形態では、図9(a)に示すように、連結ヨーク11cを備えることにより、連結ヨーク11cでもさらに磁気回路が構成されることになる。このために連結ヨーク11cを備えた電磁アクチュエータ10では、連結ヨーク11cを備えない場合に比べて、回動軸12に発生する磁束が減少する。よって、連結ヨーク11を備えた電磁アクチュエータ10のほうが、回動軸12に発生する磁束を打ち消す方向にコイル14を励磁する場合には、打ち消すべき磁束量が少なくなる。その結果、コイル14に加える電流量が連結ヨーク11cを備えている電磁アクチュエータ10と連結ヨーク11cを備えていない電磁アクチュエータで同じ場合には、連結ヨーク11cを備えた電磁アクチュエータ10のほうが、上コーナー部111dおよび下コーナー部112dから漏洩する磁束量が多くなるので、高出力で回動ヨーク11を回動させることが可能になる。
電磁アクチュエータ10を用いたカメラの絞り装置について、図10を参照して説明する。この電磁アクチュエータ10は、回動軸12の下端が絞り装置の筐体内に軸支されるとともに、固定されている。また、この電磁アクチュエータ10の連結ヨーク11cは、駆動ピン17aが形成された駆動レバー17を備えている。
このカメラの絞り装置は、図8における制御部30、光量検出部41およびシャッターボタン42を備えている。この絞り装置は、絞り羽根20を回動させて、レンズ開口50とレンズ開口50よりも小径の絞り開口21とを重ね合わせることにより、レンズ開口50を絞り込んで、光量を制限するものである。
絞り羽根20には、レンズ開口50よりも径の小さい絞り開口21と、嵌合孔22とが形成されている。絞り羽根20の嵌合孔22には、電磁アクチュエータ10の駆動ピン17aが嵌合されており、絞り羽根20は駆動ピン17aに固定される。これにより回動ヨーク11の駆動レバー17の回動に伴って、絞り羽根20も回動軸12を中心として回動する。また、絞り羽根20は、ストッパ24により時計回りの方向の回動を制限される。
この絞り装置では、シャッターボタン42が押されると、CPU31は、光量検出部41により検出された被写体の輝度情報等を読み取って、電磁アクチュエータ10の駆動(絞りによる露光量の制限)が必要か否かを判別する。この絞り羽根20がレンズ開口50と重なっておらずレンズ開口50が全開となっている初期位置のときは、電磁アクチュエータ10は図9(a)の状態となっている。CPU31は、判別結果に従って、絞りが必要だと判別すると、モータドライバ33を介して、電磁アクチュエータ10のコイル14に電流を加えてコイル14を励磁する。すると、図9(a)〜(c)で説明したように回動ヨーク11が反時計回り方向に回転する。これによって、駆動レバー17が反時計回り方向に回転する。この駆動レバー17の回転に伴って、絞り羽根20が反時計回り方向に回転する。
絞り羽根20が反時計回り方向に回転して、絞り開口21とレンズ開口50が重なり合う状態になり、開口が絞られた状態になる。
そして、最大開口に戻すときは、電磁アクチュエータ10のコイル14を無通電状態にする。すると、図9(d)および(a)で説明したように回動ヨーク11が時計回り方向に回転する。これによって、駆動レバー17が時計回り方向に回転する。この駆動レバー17の回転に伴って、絞り羽根20が時計回り方向に回転する。絞り羽根20が時計回り方向に回転して、ストッパ24に当接する。
このように本実施形態の電磁アクチュエータでは、マグネット13からの磁束とコイル14で発生する磁界の変化により、薄板状の回動ヨーク11単体が回動するようにしたので、回動体の自重が軽く、応答性がよい。
また、本実施形態の電磁アクチュエータ10では、回動体が回動ヨーク11であり、永久磁石からなるロータを用いていないので、例えば、ロータに着磁部を形成したり、ロータ軸をロータの中心に固着するような高度な加工技術は必要としないので、電磁アクチュエータ10の組立工程が容易になり、合理化される。
(実施形態2)
本発明の実施形態2に係る電磁アクチュエータ60の構成を図11〜図14に示す。この電磁アクチュエータ60は、実施形態1の電磁アクチュエータ10の回動ヨーク11における連結ヨーク11cが、連結部111cのみにより構成され、上連結部112cおよび下連結部113cが省略された構成となっており、また、回動ヨーク11のストッパ152b,153bが形成されている点で実施形態1と異なり、その他の構成は実施形態1と同様である。以下、実施形態1と異なる点についてのみ説明し、その他については同一の符号を付しその説明を省略する。
電磁アクチュエータ60は、上側ヨーク11aと下側ヨーク11bとを連結する連結ヨーク11cが、回転軸12の延伸方向と平行な方向に延びる連結部111cのみから構成されており、回動ヨーク11全体でコ字状の形状をなしている。また、上側ヨーク11aの回動軸用孔111a側の端には突片部112aが形成されている。
コイル枠15の上側のフランジ部15bには、第1のストッパ152bと第2のストッパ153bとが突設されている。第1のストッパ152bは、上側ヨーク11aの連結部111cとの連結部分付近と当接することにより、上側ヨーク11aの時計回り方向の回動を規制するものである。第2のストッパ153bは、上側ヨーク11aの突片部112aと当接することにより、上側ヨーク11aの反時計回り方向の回動を規制するものである。
回動ヨーク11が停止位置にある場合には、図11に示すように、マグネット13の磁界は、上側ヨーク11aのマグネット13の上端面との対向面から、回動軸12および下側ヨーク11bのマグネット13との対向面までによって構成される磁気回路を形成するとともに、上側ヨーク11aのマグネット13の上端面との対向面から、連結ヨーク11c、下側ヨーク11bのマグネット13の下端面との対向面までによって構成される磁気回路を形成し、2つの磁気回路を形成する。
回動軸12の上側がN極になるように、図13に示すように、コイル14を励磁すると、上側ヨーク11aのマグネット13の上端面との対向面から、連結ヨーク11c、下側ヨーク11bのマグネット13の下端面との対向面までにおいて、マグネット13からの磁束と、コイル14からの磁束とが合わさって飽和する。このように磁束が飽和すると、上側ヨーク11aのマグネット13の上端面との対向面、および、下側ヨーク11bのマグネット13の下端面との対向面からマグネット13へと磁束が漏洩し(図中、矢印破線で表す。)、マグネット13の磁極と反発して、回動ヨーク11が反時計回り方向に回転する。
以上、各実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、本実施形態では、回動ヨーク11を初期状態に戻すのに、コイル14を無通電状態にしたが、コイル14に逆励磁をかけることで初期位置に戻すようにしてもよい。
また、本実施形態では、マグネット13の上端側がN極、下端側がS極である例について説明したが、マグネット13の上端側がS極、下端側がN極であってもよい。この場合には、回動軸12の上側がS極になるようにコイル14を励磁して、反時計回り方向に回動ヨーク11を回転する。
さらに、本実施形態では、回転軸12を磁性材料により形成する例について説明したが、回転軸12は必ずしも磁性材料により形成する必要はない。回転軸12が磁性材料により形成されなくても、上述した2つの磁気回路は形成される。
また、上記実施形態2では、第1,第2のストッパ152b,153bをコイル枠15の上側のフランジ部15bに形成する例について説明したが、下側のフランジ部15cに形成するようにしてもよい。また、実施形態1において、実施形態2のように第1,第2のストッパ152b,153bを備えるようにしてもよい。
さらに、本実施形態では、電磁アクチュエータを絞り装置に用いる例について説明したが、これに限らず、例えば、シャッタ装置やレンズ駆動装置等に用いることも可能である。
本発明の実施形態1に係る電磁アクチュエータの斜視図である。 本発明の実施形態1に係る電磁アクチュエータの分解斜視図である。 図1に示した電磁アクチュエータを図1におけるA方向から見た場合の正面図である。 図1に示した電磁アクチュエータを図1におけるB方向から見た場合の正面図である。 本発明の実施形態1に係る電磁アクチュエータの平面図である。 本発明の実施形態1に係る電磁アクチュエータの図4のD−D’線での矢視断面図である。 本発明の実施形態1に係る電磁アクチュエータの図3のC−C’線での矢視断面図である。 本発明の実施形態1に係る電磁アクチュエータを制御するための制御回路のブロック図である。 本発明の実施形態1に係る電磁アクチュエータの回動原理を説明するための説明図である。 本発明の実施形態1に係る電磁アクチュエータを用いた絞り装置の平面図である。 本発明の実施形態2に係る電磁アクチュエータの斜視図である。 本発明の実施形態2に係る電磁アクチュエータの平面図である。 図11に示した電磁アクチュエータの回動ヨークが開いた際の斜視図である。 図13に示した電磁アクチュエータの平面図である。
符号の説明
10 電磁アクチュエータ
11 回動ヨーク
11a 上側ヨーク
11b 下側ヨーク
11c 連結ヨーク
111c 連結部
112c 上連結部
113c 下連結部
111d 上コーナー部
112d 下コーナー部
12 回動軸
13 マグネット
14 コイル

Claims (5)

  1. 回動軸を中心に回動するとともに、前記回動軸の一端側に取り付けられ前記回動軸の延伸方向と垂直な方向に延びた第1のヨーク部材と、前記回動軸の他端側に取り付けられ前記回動軸の延伸方向と垂直な方向に延びた第2のヨーク部材と、前記第1のヨーク部材および前記第2のヨーク部材とを連結する第3のヨーク部材とから構成される回動ヨークと、
    前記回動軸の延伸方向に中心軸線の方向が一致するように巻回されるとともに、前記回動軸が貫通して挿入されるコイルと、
    前記回動ヨークが停止状態にある場合には、前記第1のヨーク部材と一端面が対向し、前記第2のヨーク部材と他端面が対向するように配設されたマグネットと
    を備えることを特徴とする電磁アクチュエータ。
  2. 前記第3のヨーク部材は、前記第1のヨーク部材と連結し、前記回動軸と同心円周上に延びた第4のヨーク部材と、前記第2のヨーク部材と連結し、前記回動軸と同心円周上に延びた第5のヨーク部材と、前記第4のヨーク部材および前記第5のヨーク部材とを連結する第6のヨーク部材とから構成され、
    前記マグネットは、前記回動ヨークが停止状態にある場合には、前記第1のヨーク部材と前記第4のヨーク部材との連結部分に一端面が対向し、前記第2のヨーク部材と前記第5のヨーク部材との連結部分に他端面が対向するように配設された
    ことを特徴とする請求項1に記載の電磁アクチュエータ。
  3. 前記回動軸は磁性材料により形成されたことを特徴とする請求項1または2に記載の電磁アクチュエータ。
  4. 前記マグネットにより、前記コイルの無通電時において、前記第1のヨーク部材の前記マグネットと対向する面から、前記回転軸、および、前記第2のヨーク部材の前記マグネットと対向する面までを含んで構成される磁気回路と、前記第1のヨーク部材の前記マグネットと対向する面から、前記第3のヨーク部材、および、前記第2のヨーク部材の前記マグネットと対向する面までを含んで構成される磁気回路とが形成される
    ことを特徴とする請求項1または3に記載の電磁アクチュエータ。
  5. 前記マグネットにより、前記コイルの無通電時において、前記第1のヨーク部材、前記回転軸、および、前記第2のヨーク部材により構成される磁気回路と、前記第4のヨーク部材、前記第6のヨーク部材、および、前記第5のヨーク部材により構成される磁気回路とが形成される
    ことを特徴とする請求項2または3に記載の電磁アクチュエータ。
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CN103620929A (zh) * 2011-06-30 2014-03-05 吉列公司 用于小型电动手持装置的线性马达

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