JP2005328634A - 駆動装置及び光量調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型で扁平円環形状をし、高効率な装置とする。
【解決手段】リング状のマグネット１を回転可能に支持する軸受け５０と、マグネットの回転中心軸と略同心の位置に配置されるコイル４と、マグネットの前記回転中心軸と垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第１のステータ６と、マグネットの前記回転中心軸と垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第２のステータ７とを有し、軸受けの前記マグネットの内縁部に接する部分の断面形状が略コの字形状の凹み部５０ａをなし、マグネットの内縁部の断面形状が前記凹み部内に組み込み可能な形状をなし、軸受けの前記凹み部とマグネットの前記内縁部とを組み合わせることで、マグネットが軸受けに回転可能に支持される構成にしている。
【選択図】図４

Description

本発明は、マグネットを回転可能に支持する軸受けを有する駆動装置及び該駆動装置を有する光量調節装置に関するものである。

薄型のアクチュエータ或いはモータとして例えば近年、薄型化の進むデジタルカメラなどのシャッタの駆動源としての需要があるが、これらに適する形態としてブラシレスタイプのものが挙げられる。また、ブラシレスタイプのモータで駆動回路が単純なものとしては永久磁石を用いたステッピングモータがある。このステッピングモータをシャッタの開口を開閉するシャッタ羽根の駆動源として用いた場合、その制御がステップ的に行えるという利点があるので、そのさらなる小型化、光軸方向の薄型化が望まれている。光軸方向に短い薄型の駆動装置（モータ）としては、例えば図１２及び図１３に示されるようなものがある（特許文献１、特許文献２参照）。これは、複数のコイル３０１，３０２，３０３と円盤形状のマグネット３０４で構成されている。コイル３０１〜３０３は図示するように薄型円盤形状であり、その軸はマグネット３０４の回転軸３００と平行に配置されている。また、円盤形状のマグネット３０４は円盤の軸方向に着磁されており、該マグネット３０４の着磁面とコイル３０１〜３０３の軸は対向するように配置されている。図示のように細い回転軸３００を有し、これを支持する小径の円滑な軸受け３０５による構成においては、すべり軸受けであっても回転力以外に発生している軸方向の力があってもこれによる摩擦損失は大きくはない。

しかし、上記のような中央に回転軸３００を有する構造では、カメラのシャッタなどにおいて中央部を光学的な光路として使用することは不可能である。従って、カメラのシャッタなどに採用しようとすると、光路以外にこの構造の駆動装置を配置しなければならず、結果として光路の直径に駆動装置の大きさを加えた平面方向の大きさは大きくなるという問題があった。

小型、薄型を追求する場合、同時に装置の効率を上げていかなければシャッタスピードなど必要機能を達成することはできない。その高効率化を図ったアクチュエータ、ステッピングモータとして、マグネットロータをコイルにより励磁されたステータで挟み込むものがある。この構成はコイルにより励磁されるステータがマグネットを挟み込んで近接しているので電磁力の発生量が多く、磁気抵抗も低いことから、小型ながら高効率の駆動源となることが知られている。しかしこの方式では、マグネットを円筒形状とし、励磁されたステータの磁極歯をマグネットの内径側と外形側の両方に配置して挟み込む構成であるため、全体として回転軸方向に長い円筒形状のものとなっていた。

これに対し、回転軸方向に短い薄型扁平で高効率なアクチュエータ或いはステッピングモータとして構成するには、回転するマグネットをリング状とし、コイルをマグネットの内周或いは外周に配置して励磁されたステータで軸方向の上下からマグネットを挟み込む構成が考えられる（特許文献３参照）。この構成ではマグネット１を挟みこむ第１の磁極部３と第２の磁極部４との間で発生する互いに吸引する力により回転出力を得るが、その力は有効な回転方向の力と同時に不要な軸方向の力も発生している。
特開平７−２１３０４１号公報 特開２０００−５０６０１号公報 特開２００３−１１１３６６号公報

ここで、特許文献３に示した構成の装置と同一構成要素で、直径１６ｍｍ程度の磁極部と直径１２ｍｍ程度のリング状のプラスチックマグネットを用いた装置を想定し、かつ、仮にマグネットが軸方向にずれた場合の軸方向の力について、有限要素法による磁場解析によるシミュレーションを行った結果を図１４に示す。グラフの横軸にはロータであるマグネットの１ピッチ範囲の回転角、すなわち、ここでは着磁極数１６として３６０／１６＝２２．５度の範囲を示し、縦軸にマグネットに発生する軸方向の力（ｇｆ）を示す。

例えば、マグネットと上側のステータとの距離、及びマグネットと下側のステータの距離が等しい場合、その通電による電磁力においてはマグネットの軸方向力はマグネットの回転角に応じて上側に吸引（グラフ上、プラス）及び下側に吸引（グラフ上、マイナス）されて、その力は平均すると１ピッチの範囲で等しくなる。すなわち、グラフ上でプラスの面積とマイナスの面積、及び波形が等しく表示されることになる。また、無通電時においては常に軸方向の力は上下共に等しく発生しており、その合力はゼロとなる。ここでは敢えてマグネットを下側のステータの側にそれぞれ０．０２５ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０７５ｍｍずらした位置におけるマグネットに発生する軸方向力のシミュレーションデータを示す。これによればマグネットが下側に０．０２５ｍｍずれた場合は常に下側のみの軸方向力が発生しており、その値は２ｇｆから３ｇｆ、０．０５ｍｍ、０．０７５ｍｍにおいてはそれぞれ最大で６ｇｆから９ｇｆの軸方向の力が発生している。これはマグネットの偏りが片側に０．０５ｍｍでは、仮に軸受けとマグネットの摩擦係数を０．２、軸受けの摺動部分の半径を０．６ｃｍのとすると、
６ｇｆ×０．２×０．６ｃｍ＝０．７２ｇｃｍ
のトルク損失となり、この装置の出力のおよそ１０％を占めてしまい、大きな損失となる。（ステータの形状が上側と下側で等しい場合はマグネットが上側にずれた場合でも符号は反転するが同じような力が発生する。）

マグネットのステータに対する吸引力は、対向するステータの面積、ステータ材料の磁気的特性、そしてマグネットとステータの距離などにより変動するが、磁場解析などの結果により、上ステータとマグネットの間に発生するコギング力及び電磁力による軸方向の力と下ステータとマグネットの間に発生するコギング力及び電磁力による軸方向の力がシミュレーション可能なので、これらの力のバランスが良いようなマグネットとステータの間隔などの条件を選択することはできる

また、図１４からわかるように偏り量が増加すると軸方向の力も増加する。すなわちこれは、この偏りが発生し、ずれた方向にマグネットが移動するとさらに大きい吸引力が発生するという磁気的特性を示しており、装置としてはマグネットの支持が確実でない場合などでは、該マグネットが急激にその偏りを拡大する方向に移動して、状況は加速度的に悪化するという状況となる。この軸方向の力が大きいとそれだけ摺動摩擦損失が大きくなるので、この力を非常に滑らかな摺動面を有する軸受けで受けて摩擦力の発生を抑え、装置の回転トルク損失の低下を防ぐという手段がある。しかしながら、軸方向の力による摩擦力の発生を抑える為に軸受けを必要以上に滑らかにする為にはコストのかかる仕上げや摺動性の良い高価な材料を使用しなければならなかった。結果として、高効率な装置としては、先ずマグネットと上ステータ及び下ステータとの間隔を寸法精度良く、かつ、安定的に確保できる軸受けの構成が必要であり、さらには摺動性の良い、安価な材質を用いた軸受けであれば良いことは言うまでもない。

一方、前述のように光学装置のシャッタの駆動源として用いる場合は装置の中心を光路とすることから、駆動装置の形態としては薄型扁平円環形状としたいが、その場合のマグネットロータの軸受けの嵌合径はその光路の口径より半径が大きい。すなわち摩擦損失の量は、摺動する部分の摩擦力にその部分の半径を乗じたものなので、結果として摺動摩擦が大きくなり、失う回転トルクは大きくなってしまう。従って、薄型扁平円環形状の駆動装置としてはこの半径の増加分だけさらに軸受けの摩擦を低減して効率を上げなければならない、という課題もあった。

さらに、リング状のマグネットが狭いステータの間隔内で高速にて回転する場合、その軸方向の断面形状、すなわち、扁平なので直径が大きくかつ軸方向に薄い、いわゆる嵌合長が極端に短い形状をしているために、あおられ、軸傾きが大きくなり易い。例えば図１５のように中心軸に内径で組み合わさって回転する従来の軸受構造がある。この断面図において、軸方向断面が方形形状のマグネット４０１に軸方向の高さ規制の突起４０１ａ，４０１ｂを上下に付加し、その厚さ、つまり嵌合長をＬ、その穴径をＤ、外径をＤ０、円筒形状の軸受け４０２の軸径をｄとし、マグネット４０１とこの軸受け４０２のガタによりマグネット４０１が右上がりに傾いたとすると、その傾きをθ、外径端部の軸方向の変位、すなわちマグネット４０１のあおられ量をｘとした場合、図１６に示すように、Ｄとｄの嵌合公差を１１．３Ｈ６ｆ６，１１．３Ｈ７ｆ７，１１．３Ｈ８ｆ８、嵌合長Ｌ＝０．４，０．５，０．６とそれぞれ変化させて計算すると、マグネット４０１の外径２０ｍｍの端部における傾き量ｘは０．８９ｍｍ以上となる。ここでの嵌合公差の等級の６級は決して低い精度ではないのにも関わらず、外周での傾きは抑えられないことになる。すなわち、上下方向のガタのある状態で径方向の精度を上げても効果は少ない。

リング状のマグネットが狭い上下のステータの間隔内で高速で回転する場合、わずかなマグネットの変形や軸受けとの軸方向のガタなどにより、例えばマグネットの内周を軸受けとしている場合はマグネット外周端部があおられて、上下のぶれが予想され、前述のマグネットとステータの間隔の偏りからくる吸引力の増加という特性からもそのぶれが拡大してステータなどに接触、破損の懸念もあった。しかしながら、このガタを抑える為に上下のステータとの間隔を狭めるとステータは一般的には軟磁性体の鉄が材料であるので、その表面における摺動摩擦は小さくない。また、マグネットとステータの接触回避の為にその間隔を拡大してしまうとマグネットとステータの間に発生する電磁力が大きく低減し、トルクの小さい駆動装置となる恐れがあった。

このようにカメラのシャッタ装置などに好適な、薄型で扁平円環形状をし、高効率な駆動装置を構成することは困難であった。

（発明の目的）
本発明の第１の目的は、薄型で扁平形円環状をし、高効率な駆動装置及び光量調節装置を提供しようとするものである。

本発明の第２の目的は、回転するリング状のマグネットと第１及び第２のステータの間隔を安定的に確保し、組立ても容易で安価な駆動装置及び光量調節装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、周方向に複数分割して異なる極に交互に着磁されたリング状のマグネットと、前記リング状のマグネットを回転可能に支持する軸受けと、前記マグネットの回転中心軸と略同心の位置に配置されるコイルと、前記マグネットの前記回転中心軸と垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第１のステータと、前記マグネットの前記回転中心軸と垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第２のステータとを有する駆動装置であって、前記軸受けの前記マグネットの内縁部に接する部分の断面形状が略コの字形状の凹み部をなし、前記マグネットの内縁部の断面形状が前記凹み部内に組み込み可能な形状をなし、前記軸受けの前記凹み部と前記マグネットの内縁部とを組み合わせることで、前記マグネットが前記軸受けに回転可能に支持される駆動装置とするものである。

上記構成においては、軸受けの、マグネットの内縁部に接する部分の断面形状が略コの字形状の凹み部と、マグネットの内縁部とが組み合わされて、前記マグネットが前記軸受けに支持されて回転する軸受け構造としているので、薄型で扁平円環形状でありながら、マグネットと軸受けと間でのガタやあおりの少ない、精度の良い駆動装置となる。

上記第２の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、前記軸受けに、前記第１のステータと前記マグネットとの前記軸方向の間隔と、前記第２のステータと前記マグネットとの前記軸方向の間隔をそれぞれ規制する突き当て面を有する請求項１に記載の駆動装置とするものである。

上記構成においては、軸受けに設けた突き当て面に第１のステータ及び第２のステータを突き当てて組み立てるので両者の間に不要な部品が介在することが無く、軸受けと第１のステータの間隔、及び軸受けと第２のステータの間隔は精度良く組立て可能であり、結果としてマグネットと第１のステータ及びマグネットと第２のステータの間隔を、容易にかつ安定的に確保できる。

ここで、マグネットの内縁部に接する部分の断面形状が略コの字形状の凹み部を持つ軸受けとマグネットの内縁部とを、バヨネット結合により組み合わせ、もしくは、スナップフィット方式、すなわち弾性のある爪（軸方向の断面が略コの字形状をしている）などを利用した係合方法で組み合わせることが望ましい。これより、軸受けを一部品で形成できるとともに、マグネットとの組み合わせを容易にでき、かつマグネットと各ステータの軸方向の間隔を安定して確保できる。

また、上記第１及び第２の目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の駆動装置と、該駆動装置により駆動されて光量調節を行う光量調節部材とを有する光量調節装置とするものである。

本発明によれば、薄型で扁平円環形状をし、高効率な駆動装置又は光量調節装置を提供できるものである。

以下の実施例１ないし実施例４に示す通りである。

図１〜図７は本発明の実施例１に係わる駆動装置を示す図であり、そのうち、図１は駆動装置の分解斜視図、図２は図１に示す駆動装置の組立て完成状態の断面図である。

これらの図において、１はプラスチックマグネット材料などからなるリング形状のマグネットであり、その回転中心軸（仮想軸：以下、単に軸と記す）方向の断面形状は方形である。また、その軸に対して垂直な面である一方の面及び他方の面を円周方向に１６分割して交互にＳ極、Ｎ極に着磁されている。また、各々その裏面は反対の極になっている。この例では後述の図６に示すように着磁極数は１６極であるが、マグネットは２極以上であればよい。このマグネット１にはその回転トルクを出力する為に駆動ピン１ｈ，１ｉが形成されている。

２はマグネット１の径方向と軸方向の位置を決める上軸受けであり、後述の下軸受け３と組み合わされて接合されて、マグネット１の内縁部１ａに接する部分の軸方向の断面がカタカナのコの字形状をした凹み部をなし、その凹み部に方形形状の軸方向断面を有するマグネット１の内縁部１ａが組み合わされ、マグネット１を回転可能に支持することになる。また、上記凹み部の一方の部材を構成する上軸受け２の上面は後述する第１のステータ６が当接する突き当て面となり、上記凹み部の他方の部材を構成する下軸受け３の部分の下面は後述する第２のステータ７が当接する突き当て面となってなり、上軸受け２と下軸受け３が結合された後、下軸受け３が第２のステータ７に結合される。よって、第１のステータ６とマグネット１の軸方向の間隔及び第２のステータ７とマグネット１の軸方向の間隔は上軸受け２と下軸受け３が組み合わされて形成されるコの字形状の凹み部を有する軸受ユニットにより安定して確保されている。

上軸受け２と下軸受け３の材料は非磁性体で非常に円滑な摺動性の良いもの、例えばプラスチックであればポリアセタールやテフロン（商標）、フッ素系樹脂等で作られている。

４はリング形状のコイルであり、該コイル４はマグネット１と同心でかつ、該マグネット１の外径側に配置されている。５はコイル４が巻かれている絶縁性材料のボビンである。

６は軟磁性材料からなる第１のステータであり、コイル４への通電により励磁される。第１のステータ６はマグネット１の軸方向と垂直な平面（一方の面）に所定の隙間をもって対向し、マグネット１の径方向でしかも内径方向に延出する平板の櫛歯形状の磁極歯６ａにより構成されている。この延出する櫛歯形状の磁極歯６ａの数はマグネット１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（この実施例１では４５度）ずつ等分（ここでは８つ）配置されている。前記コイル４ヘの通電により、第１のステータ６の磁極歯６ａはすべて互いに同極になるように励磁される。

７は軟磁性材料からなる第２のステータであり、コイル４への通電により励磁される。第２のステータ７はマグネット１の軸方向と垂直な平面（他方の面）に所定の隙間をもって対向し、マグネット１の径方向でしかも内径方向に延出する平板の櫛歯形状の磁極歯７ａにより構成されている。この延出する櫛歯形状の磁極歯の数はマグネット１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（この実施例１では４５度）ずつ等分（ここでは８つ）配置されている。前記コイル４ヘの通電により、第２のステータ７の磁極歯７ａはすべて互いに同極になるように、しかも第１のステータ６の磁極歯６ａとは逆の極性になるよう励磁される。第２のステータ７の磁極歯７ａは、マグネット１を挟んで第１のステータ６の磁極歯６ａに対向する位置に形成されている。

前記第１のステータ６と第２のステータ７は、第２のステータ７の最外周部の立ち壁形状の連接部７ｊで磁気的に連結されている。また、マグネット１、コイル４、第１のステータ６及び第２のステータ７で磁気回路を構成している。マグネット１と第２のステータ７の距離をＤとする。

次に、図３〜図５を用いて、軸方向の断面がコの字形状の軸受け５０（上軸受け２と下軸受け３とにより形成される、マグネット１の内縁部１ａに接する凹み部を持つ部分のみを軸受けとして模式的に示したもの）の詳細、及び従来例と本実施例１との比較について説明する。なお、図３は本発明に係わる軸受け構造を示す模式図であり、図４は図３の軸受け構造のものを本実施例１に対応させた際の模式図であり、図５は本実施例１に係わるマグネットの偏りによる軸方向の力の発生の状況を示す図である。

図３の断面において、軸方向断面が方形形状のマグネット１の厚さをｔ、その外径をＤ０、断面コの字形状の軸受け５０（詳しくは凹み部５０ａ）の高さをＴ、顎部５０ｂの上部の外径をｄ、鍔部５０ｂの厚さをｂとし、マグネット１とこの軸受け５０のガタによりマグネット１が右上がりに傾いたとすると、その傾きをθ、外周端部の軸方向の変位、すなわちマグネット１のあおられ量をｘとする。例えばＴとｔの嵌合公差を０．５Ｈ９ｅ８，０．５Ｈ８ｆ７，０．５Ｈ８ｈ８、嵌合長径（顎部５０ｂの上部の外径）ｄ＝１１．６，１２．０，１３．０とそれぞれ変化させて外径２０ｍｍのマグネット１に対し、軸受け５０の径を１２ｍｍ前後の装置に対して計算すると、図５のようにマグネット１の外径２０ｍｍの端部における傾き量ｘは一般的な９級程度の公差であっても０．１ｍｍ以下となる。

すなわち、図３に示す本実施例のような鍔部を有する軸受構造では上と下の鍔部の間の距離とマグネットの厚さの差であおられ量が決定し、この構成であれば９級、８級という一般的な加工精度であっても０．１ｍｍ以下のあおられ量の少ない支持が可能となっている。

詳しくは、軸方向に薄い扁平形状の装置においては、軸受の軸方向の嵌合長さが直径に比べて格段に短いので、鍔部が無い従来の軸受構造ではあおられ量を減らそうとすると軸径と穴径の差を詰めて嵌合をきつくする必要があり、この方法では加工精度アップによるコストアップの他、回転性とのバランスなどの問題もあった。これに対し本実施例のような鍔部を有する構造においては軸径と穴径の仕上げは一般的な公差で良く、あおられ量の発生に支配的な軸方向の鍔部と鍔部の距離、及びマグネットの板厚の公差も一般的な公差であってもあおられ量は小さくできる。

さらに詳しくは、図１５のような軸受け４０２に鍔部が無い従来構成において、あおられ量ｘはマグネット４０１の内径φＤと軸受け４０２の外径φｄの嵌合径の差の大小の変化により支配的に決定され、マグネット４０１の厚みＬは扁平形状の範囲ではその長さの変化の傾きに対する効き量はほとんどない（図１５では、左側の突起４０１ｂと右側の突起４０１ａが軸受け４０２に当接して、突っ張ってマグネット４０１の傾きが決定するからである）。一方、本実施例の図３の形態においては、マグネット１の傾きを決定するのは鍔部５０ｂと鍔部５０ｂの距離とマグネット１の厚さであって、軸と穴の嵌合径の差はあまり関係がない。従って、図５と図１６では比較するパラメータは変わっているが、それぞれの場合の支配的なパラメータを掲げている。また、これらはφＤ及びφｄの長さに比べてマグネット１の厚みＬが短い、すなわち薄型扁平構造の装置だからである。

従って、図３の軸受け構造を本実施例１に対応させた図４においては、上軸受け２と下軸受け３とにより形成される凹み部５０ａを有する軸受け５０と各ステータ６，７との距離を０．１ｍｍを超えるように設定してあるので、従来のようにこのガタによりマグネット１の外周端部がステータに接触することはない。さらに鍔部５０ｂの径ｄの大小には余り影響されないので、軸受けを特に大型にする必要も無い。また、第１のステータ６、第２のステータ７の軸方向の位置は軸受け５０の鍔部５０ｂの上面及び下面で決定されているので、安定して精度良くマグネットとステータの間隔を確保している。

以上により、断面コの字形状の凹み部５０ａを有する軸受け５０と軸方向断面が方形形状のマグネット１が組み合わされて構成された駆動装置においては、その部品精度によるガタから発生するマグネット１のあおられ量は装置の大型化を招くことなく達成される。

次に、コイル４への通電によるマグネット１の回転動作について簡単に説明する。

図６及び図７は軸方向から見た駆動装置の上面図であり、理解を容易にする為、マグネット１と出力ピン１ｈ、第２のステータ７のみを示している。詳しくは、図６は、コイル４への逆通電時にマグネット１が反時計回りに回動して出力ピン１ｈが第２のステータ７の磁極歯７ａの右側面に当接している状態であり、図７は、コイル４への正通電時にマグネット１が時計回りに回動して出力ピン１ｈが第２のステータ７の隣接する別の磁極歯７ａ方向に回動した状態である。

コイル４への通電（仮に正通電とする）により第２のステータ７（及び不図示の第１のステータ６）の磁極歯７ａが励磁されると、発生した磁気は磁極歯７ａに挟まれたマグネット１の着磁部分を通過することにより該マグネット１を回転させる電磁力を発生させる。図６のように磁極歯７ａの幅の中心に対し、マグネット１の着磁部１ａの中心が時計方向にずれている状態（図６ではα°）でコイル４に正通電を行い、磁極歯７ａがＮ極に励磁されると、マグネット１の着磁部の図示上、裏面はＮ極なので反発し合い、マグネット１は時計回りに回転する力を得る。隣接する別の磁極歯７ａでも、着磁部１ｂの裏面がＮ極なのでこちらは吸引され、やはりマグネット１は時計回りに回転する力となる。

図７のように隣接する別の磁極歯７ａの幅の中心に対し、マグネット１の着磁部１ｂの中心が反時計回りにずれている状態でコイル４に逆通電を行い、隣接する別の磁極歯７ａがＳ極に励磁されるとマグネット１の着磁部１ｂの図示上、裏面はＳ極なので反発し合い、マグネット１は反時計回りに回転する力を得る。反時計方向に隣接する磁極歯７ａでも、着磁部１ａの裏面がＮ極なのでこちらは吸引され、やはりマグネット１は反時回りに回転する力となる。

このようにしてコイル４へ正通電するとマグネット１は時計回りに、逆通電をすると反時計回りに、それぞれ回転する往復動作の駆動装置となっている。回転のストロークは磁極歯の幅、着磁の幅などにより決定され、回転の方向も磁極歯のある位置にマグネットロータのどの極を配置するかにより決定される。励磁された極と同じ極に着磁されていれば反発し、異なる極に着磁されていれば吸引するという電磁力により、マグネット１は時計回り、反時計回りに回転することができる。よって、マグネット１の出力ピン１ｈ，１ｉを図示しないシャッタ装置のシャッタ羽根に連動させれば、コイル４への通電方向の切り換えにより、往復運動をする出力ピン１ｈ，１ｉにより前記シャッタ装置のシャッタ羽根が開閉動作をすることになり、容易に高効率で薄型のシャッタ装置が構成できる。

ここで、断面コの字形状の凹み部５０ａを有する軸受け５０と軸方向断面が方形のマグネット１により構成された駆動装置が薄型で扁平円環形状になる最適な構成であることについて述べる。
第１に、マグネットをリング状に形成していること、
第２に、マグネットの回転中心軸（仮想の軸）に対して垂直方向の面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁していること、
第３に、マグネットの外周面の外側或いは内周面の内側或いはその両方にコイルを同軸上に配置していること、
第４に、それらのコイルにより励磁される第１のステータ、第２のステータをそれぞれリング状のマグネットの軸方向と垂直な面、即ちリング状の平面に対向させていること、
第５に、磁極歯を半径方向に延出する櫛歯により構成していること、
第６に、断面コの字形状をした凹み部を有する軸受けと軸方向断面が方形形状のマグネットが組み合わされて構成されていること、
第７に、第１のステータ、第２のステータ２の軸方向の位置は軸受けの鍔部の上面及び下面で決定されていること、
である。

以上により、マグネット１と各ステータ６，７の間隔は容易にかつ安定して精度良く確保されている。また、回転するマグネット１は挟まれている磁極歯６ａ，７ａの間で所定の寸法通りに、一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、従って軸受け５０にかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができている。

また、コイル４への通電により発生する磁束は第１のステータ６と第２のステータ７との間にあるマグネット１を横切るので効果的に作用する。さらに、第１のステータ６、第２のステータ７は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。

以上により、シャッタ装置等の光量調節装置に好適な、薄型で扁平円環形状をし、高効率かつ安価な駆動装置を提供することができる。

次に、本発明の実施例２に係わる駆動装置について、図８及び図９を用いて説明する。図８は本実施例２に係わる駆動装置の分解斜視図、図９は図８の駆動装置の組立て完成状態の断面図である。ここでは、上記実施例１と差異のある部分についてのみ説明し、その他の同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

これらの図において、１０１はプラスチックマグネット材料などからなるリング状のマグネットであり、その軸方向の断面形状は方形である。また、その軸に対して垂直な面である一方の面及び他方の面を円周方向に１６分割して交互にＳ極、Ｎ極に着磁されている。また、各々その裏面は反対の極になっている。この例では着磁極数は１６極であるが、マグネットは２極以上であればよい。１０１ａはマグネット１０１の内縁部に形成された軸方向断面が方形形状のバヨネット爪部（軸方向断面が方形）であり、ここでは８個が形成されているが、２つ以上あればよい。このバヨネット爪部１０１ａの先端部は回転摺動が可能なように円滑に仕上げられている。

１０２はバヨネット軸受けであり、マグネット１０１の径方向と軸方向の位置を決める為に該マグネット１０１の内縁部、詳しくはバヨネット爪部１０１に接する部分の断面形状がカタカナのコの字形状の凹み部をしており、この凹み部に方形形状の断面を有するマグネット１の内縁部（バヨネット爪部１０１ａ）が組み合わされて、マグネット１０１を回転可能に支持する。１０２ａはバヨネット溝部であり、マグネット１０１のバヨネット爪部１０１ａと同位相で８個形成されていて、その溝の幅はマグネット１０１のバヨネット爪部１０１ａよりもわずかに広く、軸方向から位相を合わせて組み合わせることができる。バヨネット軸受け１０２の上面は第１のステータ６が当接する突き当て面となり、凹み部を構成する部分の下面は第２のステータ７が当接する突き当て面となって第２のステータ７に結合される。よって、第１のステータ６とマグネット１０１の軸方向の間隔及び第２のステータ７とマグネット１０１の軸方向の間隔は、このバヨネット軸受け１０２に単独で形成されたコの字形状の凹み部を有する軸受ユニットにより安定して確保されている。バヨネット軸受け１０２の材料は非磁性体で非常に円滑な摺動性の良いもの、例えばプラスチックであればポリアセタールやテフロン（商標）、フッ素系樹脂等で作られている。

マグネット１０１をバヨネット軸受け１０２に組み立てるには両者を軸方向から位相を合わせた後、マグネット１を回転させると、バヨネット爪部１０１ａがバヨネット溝部１０２ａに隣接する鍔部１０２ｂの下に入り、マグネット１０１はバヨネット軸受け１０２により軸方向と径方向の位置が規制されて外れることは無い。従って、マグネット１０１は鍔部１０２ｂの存在する角度範囲内においては円滑に回転可能なのでこの角度範囲内を機能上の作動角度とする往復動作を行う。

ここで、このような断面コの字形状の凹み部を有するバヨネット軸受け１０２と軸方向断面が方形のマグネット１０１により構成された駆動装置が、薄型で扁平リング形状の駆動装置になる上で最適な構成であることについて述べる。
第１に、マグネットをリング状に形成していること、
第２に、マグネットの回転中心軸に対して垂直方向の面が周方向に分割してなる極に交互に着磁していること、
第３に、マグネットの外周面の外側或いは内周面の内側或いはその両方にコイルを同軸上に配置していること、
第４に、それらのコイルにより励磁される第１のステータ、第２のステータをそれぞれリング状のマグネットの軸方向と垂直な面、即ち円環形状の平面に対向させていること、
第５に、磁極歯を半径方向に延出する櫛歯により構成していること、
第６に、断面コの字形状の凹み部を有するバヨネット軸受けと軸方向断面が方形のマグネットがバヨネット結合により組み合わされて構成されていること、
第７に、ステータ１、ステータ２の軸方向位置は軸受けの上面及び下面で決定されていること、
である。

以上のように、凹み部を有するバヨネット軸受け１０２という一部品でマグネット１０１の保持と各ステータ６，７との間隔確保という機能を有しているので、部品コストが安価で、かつ、組立て及び公差の積み重なりによる精度低下の可能性が低く、マグネットとステータの間隔は安定して精度良く確保されている。

また、回転するマグネット１０１は挟まれている磁極歯６ａ，７ａの間で所定の寸法通りに、一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、従って軸受け１０２にかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができている。

また、コイル４への通電により発生する磁束は第１のステータ６と第２のステータ７との間にあるマグネット１０１を横切るので効果的に作用する。さらに、第１のステータ６、第２のステータ７は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。

以上により、シャッタ装置等の光量調節装置に好適な、薄型で扁平円環形状をし、高効率かつ安価な駆動装置を提供することができる。

次に、本発明の実施例３に係わる駆動装置について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は本実施例３に係わる駆動装置の分解斜視図、図１１は図１０の駆動装置の組立て完成状態の断面図である。ここでは上記実施例１と差異のある部分についてのみ説明し、他の同一機能を有する部分については同一符号を付し、その詳細は省略する。

これらの図において、２０２はスナップフィット軸受けであり、爪部２０２ａとガイド部２０２ｂによって形成され、爪部２０２ａはマグネット１の内縁部１ａに接する部分の軸方向断面がカタカナのコの字形状の凹み部を有した形状をしており、その凹み部に方形形状の断面を有するマグネット１の内縁部１ａが組み合わされ、マグネット１を回転可能に支持する。爪部２０２ａは弾性を有する材料で形成され、本実施例３では径方向に弾性的に移動可能である。また、ガイド部２０２ｂの外周部分に案内されてマグネット１は回転可能となっており、このガイド部２０２ｂの上面が第１のステータ６の当接する突き当て面をなす。また、スナップフィット軸受け２０２（爪部２０２ａ及びガイド部２０２ｂ）の凹み部を構成する部分の下面は第２のステータ７の当接する突き当て面をなし、この突き当て面にて第２のステータ７が結合される。スナップフィット軸受け２０２の材料は非磁性体で非常に円滑な摺動性の良いもの、例えばプラスチックであればポリアセタールやテフロン（商標）、フッ素系樹脂等で作られている。

マグネット１をスナップフィット軸受け２０２に組み立てる際、軸方向上面よりマグネット１を押し込むと、該マグネット１の内周により爪部２０２ａの斜面が軸受けの内周側に倒れ、マグネット１が完全に凹み部に入ると元の位置に復帰する。すなわち、爪部２０２ａは軸方向へのマグネット１の位置規制を行い、ガイド部２０２ｂと共にマグネット１を回転可能に支持する軸受けとして機能する。これにより、第１のステータ６とマグネット１の軸方向間隔及び第２のステータ７とマグネット１の軸方向間隔はこのスナップフィット軸受け２０２の一部品だけで安定して確保されている。

ここで、断面コの字形状の凹み部を有するスナップフィット軸受けと軸方向断面が方形のマグネット１により構成された駆動装置が、薄型で扁平リング形状の駆動装置になる上で最適な構成であることについて述べる。
第１に、マグネットをリング状に形成していること、
第２に、マグネットの回転中心の仮想の軸に対して垂直方向の面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁していること、
第３に、マグネットの外周面の外側或いは内周面の内側或いはその両方にコイルを同軸上に配置していること、
第４に、それらのコイルにより励磁される第１のステータ、第２のステータをそれぞれ扁平円環形状のマグネットの軸方向と垂直な面即ち円環形状の平面に対向させていること、
第５に、磁極歯を半径方向に延出する櫛歯により構成していること、
第６に、断面コの字形状の凹み部を有するスナップフィット軸受けと軸方向断面が方形のマグネットがスナップフィット結合により組み合わされて構成されていること、
第７に、第１のステータ１、第２のステータ２の軸方向の位置は軸受けの上面及び下面で決定されていること、
である。

以上のように、凹み部を有するスナップフィット軸受け２０２という一部品でマグネット１の保持と各ステータ６，７との間隔確保という機能を有しているので、部品コストが安価で、かつ、組立て及び公差の積み重なりによる精度低下の可能性が低く、マグネット１と各ステータ６，７の間隔は安定して精度良く確保されている。

さらにこの方式では、マグネット１の回転動作において、その往復動作だけでなく連続回転動作に対しても好適である。また、回転するマグネット１は挟まれている磁極歯の間で所定の寸法通りに、一方に引かれることなく磁気的に中立状態となり、従って軸スナップフィット軸受け２０２にかかる力が小さくなっているので嵌合径が大きくとも摩擦損失が少なく、装置として発生する電磁力を有効に回転トルクにすることができている。

また、コイルへ４の通電により発生する磁束は第１のステータ６と第２のステータ７との間にあるマグネット１を横切るので効果的に作用する。さらに、第１のステータ６、第２のステータ７は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。

以上により、シャッタ装置等の光量調節装置に好適な、薄型で扁平円環形状をし、高効率かつ安価な駆動装置を提供することができる。

以上の実施例１ないし実施例３によれば、以下のような効果を有するものとなる。

１）マグネットを回転可能に支持する軸受けは該マグネットの内縁部に接する部分の断面形状が略コの字形状の凹み部をなし、マグネットの内縁部の断面形状が前記凹部と組み合わせ可能な形状をなし、軸受けの凹み部とマグネットの内縁部とを組み合わせて軸受け構造を構成しているので、マグネットの軸倒れ、外周端部のあおられの少ない駆動装置とすることができ、扁平円環で高効率な駆動装置とすることができる。なお、マグネットの軸方向断面は方形形状としているが、これに限定されず、前記軸受けの凹み部に組み合わされる部分が略凸形状したものであっても良い。

２）軸受けにより上下のステータの軸方向の位置決めも行うので多数の部品の公差が積み重なることなく、上下のステータの間でマグネットの位置が変動しにくいので常に該マグネットとステータの間隔を安定的に確保し、円滑な回転の得られる軸受け構造を提供可能となる。よって、精度の良いマグネットの位置決めが可能なので該マグネットのステータ方向への異常な偏りが発生しにくく、これによる軸受けとの摩擦抵抗の増大による駆動装置の出力損失を抑えることができる。

３）マグネットと軸受けの組立てをバヨネット結合とすることにより、バヨネット軸受けという一部品で、マグネットの内縁部に接する部分の軸方向断面がコの字形状の凹み部を有する軸受けとして機能させることができ、マグネットの軸倒れがなく、外周端部のあおられの少ないものとすることができ、軸受けを安価に構成できた。

４）マグネットと軸受けの軸方向組立てをスナップフィット結合とすることにより、スナップフィット軸受けという一部品で、マグネットの内縁部に接する部分の軸方向断面がコの字形状の凹み部を有する軸受けとして機能させることができ、マグネットの軸倒れがなく、外周端部のあおられの少ないものとすることができ、さらにマグネットの連続回転動作にも好適な構造の軸受けを安価に構成できた。

本発明の実施例１に係わる駆動装置の分解斜視図である。 図１に示す駆動装置の組立て完成状態の断面図である。 本発明に係わる軸受け構造を示す模式図である。 図３の軸受け構造構成を本実施例１に対応させた際の模式図である。 本発明の実施例１に係わるマグネットの偏りによる軸方向の力の発生状況を示す図である。 本発明の実施例１において第１のマグネット１と第１のステータ６のみを示した駆動装置の動作説明図である。 本発明の実施例１において第１のマグネット１と第１のステータ６のみを示した駆動装置の動作説明図である。 本発明の実施例２に係わる駆動装置の分解斜視図である． 図８の駆動装置の組立て状態の断面図である。 本発明の実施例３に係わる駆動装置の分解斜視図である． 図１０の駆動装置の組立て状態の断面図である。 従来のステッピングモータの一例を示す斜視図である。 従来のステッピングモータの一例を示す断面図である。 従来の装置における有限要素法による磁場解析によるシミュレーション結果を示す図である。 従来の駆動装置における軸受け構造を示す模式図である。 図１５の装置でのマグネットの偏りによる軸方向の力の発生状況を示す図である。

符号の説明

１ マグネット
１ａ 内縁部
２ 上軸受け
３ 下軸受け
４ コイル
５ ボビン
６ 第１のステータ
６ａ 磁極歯
７ 第２のステータ
７ａ 磁極歯
５０ 軸受け
５０ａ 凹み部
５０ｂ 顎部
１０１ マグネット
１０１ａ バヨネット爪部
１０２ バヨネット軸受け
１０２ａ バヨネット溝部
１０２ｂ 顎部
２０２ スナップフィット軸受け
２０２ａ 爪部
２０２ｂ ガイド部

Claims (3)

1. 周方向に複数分割して異なる極に交互に着磁されたリング状のマグネットと、
   前記リング状のマグネットを回転可能に支持する軸受けと、
   前記マグネットの回転中心軸と略同心の位置に配置されるコイルと、
   前記マグネットの前記回転中心軸と垂直方向の一方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第１のステータと、
   前記マグネットの前記回転中心軸と垂直方向の他方の面に対向して配置され、前記コイルにより励磁される第２のステータとを有する駆動装置であって、
   前記軸受けの前記マグネットの内縁部に接する部分の断面形状が略コの字形状の凹み部をなし、前記マグネットの内縁部の断面形状が前記凹み部内に組み込み可能な形状をなし、
   前記軸受けの前記凹み部と前記マグネットの内縁部とを組み合わせることで、前記マグネットが前記軸受けに回転可能に支持されることを特徴とする駆動装置。
2. 前記軸受けは、前記第１のステータと前記マグネットとの前記軸方向の間隔と、前記第２のステータと前記マグネットとの前記軸方向の間隔をそれぞれ規制する突き当て面を有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の駆動装置と、該駆動装置により駆動されて光量調節を行う光量調節部材とを有することを特徴とする光量調節装置。
   

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