JP2006025491A - 駆動装置及び光量調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化、低コスト化、高出力化を達成できる駆動装置及び光量調節装置の提供。
【解決手段】軟磁性体からなるロータ軸に固着され、周方向に少なくとも２極に着磁されたマグネットと、前記マグネットの軸方向に関してマグネットに対し同方向でかつ軸方向端面に隣接して配置される第１及び第２のコイルと、前記第１のコイルに通電することにより励磁される第１の磁極部と、前記第２のコイルに通電することにより、前記第１の磁極部とは反対の極に励磁される第２の磁極部と、前記第１及び第２の磁極部を保持する軟磁性体からなるヨーク部とを備え、前記第１の磁極部は、前記第１のコイルの内径部に挿入される第１コイル挿入部と、前記マグネットの着磁された外周部に対して所定の隙間を持ち、かつ所定の角度で対向配置される第１マグネット対向部とを備え、前記第２の磁極部は、前記第２のコイルの内径部に挿入される第２コイル挿入部と、前記マグネットの着磁された外周部に対して所定の隙間を持ち、かつ所定の角度で対向配置される第２マグネット対向部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型化に好適な駆動装置や、当該駆動装置を備える光量調節装置に関するものである。

特許文献１には、回転軸を中心とした径方向の寸法を小型化し、かつ高出力化した光量調節装置に搭載される駆動装置が記載され、その駆動装置の分解斜視図を図１２、側断面図を図１３に夫々示す。

１０１は外周面が周方向に２分割されて交互にＳ極とＮ極に着磁され、回転中心を中心として回転可能な永久磁石を備えたマグネット、１０２はマグネット１０１の軸方向に配置されたコイルである。１０３はコイル１０２により励磁され、先端部に歯形状の外側磁極部１０３ａと円柱形状の内筒１０３ｂからなり、マグネット１０１の外周面及び内周面に対向配置されるステータである。１０４はステータ１０３の内筒１０３ｂに固着され、ステータ１０３の内筒１０３ｂとともに内側磁極部をなす補助ステータである。

マグネット１０１は回転可能に保持されるように軸部分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はマグネット１０１の外周面に隙間をもって対向しており、また、ステータ１０３の内筒１０３ｂはマグネット１０１の内周面に隙間をもって対向している。

上記駆動装置は、コイル１０２への通電方向を切り換えて外側磁極部１０３ａ、内筒１０３ｂ及び補助ステータ１０４の極性を切り換えることで、マグネット１０２を往復回転させる。また、地板１０５に設けられた案内溝１０５ａに駆動ピン１０１ｄを当接させることによって、往復回転するマグネットの回転規制を行っている。

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へと流れ、外側磁極部と内側磁極部との間に位置するマグネットに効果的に作用する。また、外側磁極部と内側磁極部との距離を円筒形状のマグネットの厚さとマグネットと外側磁極部との隙間およびマグネットと内側磁極部との隙間分の距離にすることで、外側磁極部と内側磁極部とで構成される磁気回路の抵抗をできるだけ小さくしている。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。
特開２００２−０４９０７６号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、歯形状の外側磁極部１０３ａを１つしか設けていないため、マグネット１０１は回転時に外側磁極部１０３ａが対向する方向にのみ引き寄せられてしまい、回転バランスが悪くロスが大きい。ここで、マグネットを４極に分割着磁すれば、外側磁極部を２つの歯とすることができ、回転バランスは向上するが、マグネットを２極に分割着磁したものに比べ、回転角度は半減してしまう。

また、駆動装置の軸方向の長さは、コイル１０２の長さとマグネット１０１の長さとステータ１０３の厚みで決められ、駆動装置の外径は内筒１０３ｂの外径とコイル１０２の半径方向の厚みと外側磁極部１０３ａの厚みで決まるため、コイル１０２の巻数を増やすには、マグネット１０１の長さを短くするか、外側磁極部１０３ａの厚みを減らすか、駆動装置の長さを増すか、駆動装置の外径を大きくするしかない。ここで、マグネットの長さを短くすると出力が低下するために限度があり、外側磁極部１０３ａの厚みを減らすと磁気飽和が生じて出力が低下するために限度がある。従って、高出力かつ軸方向長さが短い駆動装置を構成するには外径を大きくするしかなかった。

また、マグネット１０１の内径とそれに対向する補助ステータ１０４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ものであった。

また、ステータの形状としても円筒形状の内筒１０３ｂと外側磁極部１０３ａが必要であり、それらを一体的に構成するのは部品製造上難しい。さらに、それらを別体で製造した後に一体的に組み立てる場合は部品点数が多くなり、コストアップを招いてしまう。

また、外側磁極部１０３ａと補助ステータ１０４の距離を小さくするために、円筒形状のマグネット１０１の径方向の厚みを薄くしたりすることが機械的強度の点で難しいという欠点があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、装置の小型化、低コスト化、高出力化を達成できる駆動装置及び光量調節装置を提供することである。

上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の駆動装置は、軟磁性体からなるロータ軸９に固着され、周方向に少なくとも２極に着磁されたマグネット８と、前記マグネットの軸方向に関してマグネットに対し同方向でかつ軸方向端面に隣接して配置される第１及び第２のコイル４，５と、前記第１のコイルに通電することにより励磁される第１の磁極部１と、前記第２のコイルに通電することにより、前記第１の磁極部とは反対の極に励磁される第２の磁極部２と、前記第１及び第２の磁極部を保持する軟磁性体からなるヨーク部３とを備え、前記第１の磁極部は、前記第１のコイルの内径部に挿入される第１コイル挿入部１ｂと、前記マグネットの着磁された外周部に対して所定の隙間を持ち、かつ所定の角度で対向配置される第１マグネット対向部１ａとを備え、前記第２の磁極部は、前記第２のコイルの内径部に挿入される第２コイル挿入部２ｂと、前記マグネットの着磁された外周部に対して所定の隙間を持ち、かつ所定の角度で対向配置される第２マグネット対向部２ａとを備える。

また、上記構成において、前記第１マグネット対向部の前記マグネットに対する対向面積（角度α）は前記第１コイル挿入部の前記ロータ軸に対する対向面積（角度β）よりも大きく、前記第２マグネット対向部の前記マグネットに対する対向面積（角度α）は前記第２コイル挿入部の前記ロータ軸に対する対向面積（角度β）よりも大きい。

また、上記構成において、前記第１及び第２の磁極部は前記ロータ軸の軸方向に平行に延びている。

また、上記構成において、前記マグネットは前記ロータ軸に密着した状態で固定される。

また、上記構成において、前記第１のコイルと第２のコイルとは直列に接続され、かつ巻線方向が異なる。

また、上記構成において、前記駆動装置は、前記第１のコイルと第１の磁極部とマグネット及びロータ軸とヨーク部とで構成される第１の磁気回路と、前記第２のコイルと前記第２の磁極部とマグネット及びロータ軸とヨーク部とで構成される第２の磁気回路と、前記第１のコイルと第２のコイルと第１の磁極部とマグネット及びロータ軸と第２の磁極部とヨーク部とで構成される第３の磁気回路とを構成する。

また、上記構成において、前記第１及び第２のコイルを巻回するボビン部６を備え、当該各コイルは当該ボビン部を介して前記ヨーク部の同一平面上に保持される。

また、上記構成において、前記ボビン部は、第１のボビン片２２と第２のボビン片２３とからなり、各ボビン片を結合した状態で前記ヨーク部に組み付けられる。

また、本発明の光量調節装置は、上記いずれかの駆動装置と、前記マグネットの回転に応じて作動する出力部材１０ｂと、前記出力部材に連結され、当該出力部材の作動位置に応じて開口部１２ａ、１５ａの開度を変更することにより、当該開口部を通過する光量を変化させる開閉部材１３，１４とを具備する。

上記構成においては、第１の磁極部と第２の磁極部を、少なくとも二極に着磁されたマグネットの中心に対して、例えば１８０度位相がずれるように配置するとともに、第１のコイルと第２のコイルを例えば直列かつ導電線の巻回し方向が異なるように接続し、直列接続される前記第１のコイル及び第２のコイルへ通電すると、第１の磁極部と第２の磁極部とが反対の極にそれぞれ励磁されるようにし、マグネットの回転角度を大きくしつつ、マグネットの回転時には１８０度位相がずれて配置された第１と第２の磁極部のそれぞれに均等に引き寄せられるようにしてその回転バランスを向上させるようにしている。

また、第１の磁極部と第２の磁極部とをそれぞれコイル挿入部とマグネット対向部とで構成することで、コイル挿入部よりもマグネット対向部の方を幅広にすることができるので、コイル外径を維持したままマグネット対向部の対向面積（角度）を大きくすることが可能となり、マグネットと磁極部とにより発生するコギングトルクの調整自由度が増す。

その他、マグネットの内径部にロータ軸を固定したり、マグネットの外周面に対向するように前記第１と第２の外側磁極部を構成する等して、駆動装置の小型化や低コスト化、高出力化を可能にしている。

以上説明したように、本発明によれば、装置の小型化、低コスト化、高出力化を達成し、かつ駆動装置の回転角度や被駆動部材の作動角度を大きくとれて安定した駆動が可能となる。

以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
［第１の実施形態］
図１乃至図４は、本発明に係る第１の実施形態の駆動装置を示し、図１は分解斜視図、図２はコイル及びロータ軸を通り中心軸に平行な面での断面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。

図１乃至４において、１は軟磁性材料から成る第１の外側磁極部であり、第１マグネット対向部１ａと第１コイル挿入部１ｂで構成される。２は軟磁性材料から成る第２の外側磁極部であり、第２マグネット対向部２ａと第２コイル挿入部２ｂで構成される。３は第１の外側磁極部１及び第２の外側磁極部２がレーザ溶接や接着、圧入、かしめ等により固定される軟磁性材料から成る主ヨークである。第１の外側磁極部１及び第２の外側磁極部２は、主ヨーク３に固定された状態で後述のロータ軸９と平行方向に延びる櫛歯状に形成されている。

４は導電線が巻回されて成る第１のコイル、５は導電線が巻回されて成る第２のコイル、６は第１のコイル４及び第２のコイル５が巻回されるボビンであり、第１のコイル４はボビン６に巻回された状態でその内径部に第１の外側磁極部１の第１コイル挿入部１ｂが配置されるように固定される。そして、第１のコイル４へ通電することにより、第１の外側磁極部１が励磁される。同様に、第２のコイル５はボビン６に巻回された状態でその内周に第２の外側磁極部２の第２コイル挿入部２ｂが配置されるように固定される。そして、第２のコイル５へ通電することにより、第２の外側磁極部２が励磁される。

上記第１のコイル４と第２のコイル５は主ヨーク３の平面部上に隣接して配置されるため、駆動装置の軸方向の長さを短く構成できる。また、第１のコイル４と第２のコイル５は直列接続でかつ隣接配置されるので、コイル全体の巻き数が増えることになり、駆動装置の軸方向の長さを短く構成したまま出力向上を図ることができる。また、第１のコイル４と第２のコイル５とは、直列かつ巻線方向が異なるように接続されている。すなわち、第１のコイル４が右周りに巻回されるなら、第２のコイル５は左周りに巻回され、直列接続される第１のコイル４及び第２のコイル５へ通電すると、第１の外側磁極部１と第２の外側磁極部２とは反対の極に励磁される。上記ボビン６は第１のコイル４用と第２のコイル５用にそれぞれに設けることなく、１つに連結して共通化することでコストダウンが図れるとともに、直列に配線することが容易となる。なお、第１のコイル４と第２のコイル５とを直列に接続しているが、並列接続でもかまわない。なお、定電圧で駆動する場合、並列接続では出力はアップするが消費電流が増える。ます。直列接続では並列に比べて消費電流を抑えることが可能となる（同じコイルを使用した場合）。

７は導電性の端子ピンであり、端子ピン７はボビン６に埋め込まれ、第１のコイル４と第２のコイル５のコイル端が接続される。

なお、上記の第１の外側磁極部１と第２の外側磁極部２はボビン６に巻回された第１のコイル４と第２のコイル５を間に挟んで主ヨーク３に固定される。

８は永久磁石から成る円筒形状のマグネットであり、マグネット８は外周表面を円周方向に２分割、即ちＳ極、Ｎ極の半分ずつに着磁されている。また、このマグネット８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。９は軟磁性材料から成るロータ軸であり、ロータ軸９の第１円柱部９ａの外周面とマグネット８の内周面８ａとが接着や圧入等により密着固定される。その際、マグネット８の軸方向の上端部が第１円柱部９ａの上端面と同一面となるように固定される（図２参照）。

マグネット８の内周面８ａにロータ軸９の第１円柱部９ａが固定されることで、マグネット８の円筒形状の半径方向の厚さを非常に薄くしても強度面での心配が生じない。ロータ軸９の両端には支持軸部９ｃ及び９ｄが形成されており、ボビン６に設けられる嵌合穴６ａと後述のカバー１１により回転可能に支持される。その際、ロータ軸９の第２円柱部９ｂは、図２に示すように第１のコイル４及び第２のコイル５の間に隣接して配置される。また、ロータ軸９には後述のレバー１０が嵌合固定される第３円柱部９ｅが形成されている。

第１の外側磁極部１の第１マグネット対向部１ａと第２の外側磁極部２の第２マグネット対向部２ａは、マグネット８の外周面に所定の隙間を持って対向配置される。そして、第１円柱部９ａの第１マグネット対向部１ａに対向する部分、及び、第２円柱部９ｂの第１のコイル４の外周に隣接する部分で第１の内側磁極部が形成される。同様に、第１円柱部９ａの第２マグネット対向部２ａに対向する部分、及び、第２円柱部９ｂの第２のコイル５の外周に隣接する部分で第２の内側磁極部が形成される。

そして、第１のコイル４へ通電することにより、第１の外側磁極部１と第１の内側磁極部が励磁され、その磁極間にはマグネット８を横切る磁束が発生し、効果的にマグネット８に作用する。その際、第１の外側磁極部１と第１の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。同様に、第２のコイル５へ通電することにより、第２の外側磁極部２と第２の内側磁極部が励磁され、その磁極間にはマグネット８を横切る磁束が発生し、効果的にマグネット８に作用する。その際、第２の外側磁極部２と第２の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。

また、第１のコイル４と第２のコイル５とは直列かつ巻線方向が異なるように接続されているため、第１の外側磁極部１と第２の外側磁極部２は同時にかつ反対の極に励磁される。これにより、図２に示すように、第１のコイル４と第１の外側磁極部１と第１の内側磁極部とで形成される第１の磁気回路（第１の磁路）、第２のコイル５と第２の外側磁極部２と第２の内側磁極部とで形成される第２の磁気回路（第２の磁路）、第１のコイル４及び第２のコイル５と第１の外側磁極部１と第１の内側磁極部及び第２の内側磁極部と第２の外側磁極部２とで形成される第３の磁気回路（第３の磁路）、の３つの磁気回路が構成され、大幅な出力向上を図ることができる。

マグネット８は前述したように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とともに、マグネット８の内周面に対向して内側磁極部を成す第１円柱部９ａとマグネット８の内周面との間に空隙を設ける必要がない。そのため、第１マグネット対向部１ａと第１円柱部９ａとの距離及び第２マグネット対向部２ａと第１円柱部９ａとの距離を非常に小さくできる。よって、第１の磁気回路、第２の磁気回路、及び第３の磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができ、駆動装置の出力を高めることができる。

また、図２に示すように、マグネット８はその内径部がロータ軸９によって埋められているので、上記特許文献１の構成に比べ、マグネットの機械的強度が大きく、又ロータ軸９はマグネット８の内径部に現れるＳ極、Ｎ極との間の磁気抵抗を小さくするいわゆるバックメタルとして作用するので、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになり、高温下の環境で使用されても減磁による磁気的劣化も少ない。

更に、上記特許文献１では、マグネットの外径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があると共に、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部をマグネットに対して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場合に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が高いのに対して、本実施形態では、マグネット８の外径部側のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になる。

また、上記特許文献１では、内側磁極部はマグネットと軸をつなぐ部分に接触しないように構成しなければならず、これにより内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さを十分に長くすることができないのに対して、本実施形態では、ロータ軸が内側磁極部を兼ねているので、内側磁極部とマグネット８とが対向する軸方向の長さを十分長く確保でき、これにより第１の外側磁極部１及び第２の外側磁極部２とマグネット８を有効に利用することが可能となり、駆動装置の出力を高めることができる。

また、第１の外側磁極部１及び第２の外側磁極部２はロータ軸９に平行な方向に延出する櫛歯状に構成されているので、駆動装置のロータ軸９に垂直な方向の最外径を最小限に抑えることができる。例えば、外側磁極部をマグネットの半径方向（軸に垂直な方向）に伸びるヨーク板で構成すると、半径方向に向かってコイルを巻くことになり、軸方向の長さは短くても駆動装置の軸に垂直な方向の最外径は大きなものとなってしまう。これに対し本実施形態の駆動装置の軸に垂直な方向の最外径は、マグネット８に、第１の外側磁極部１及び第２の外側磁極部２の厚みと、第１のコイル４及び第２のコイル５の巻き線幅でほぼ決まる（図２参照）。

また、第１の外側磁極部１及び第２の外側磁極部２がロータ軸９に平行な方向に延出する櫛歯状のため、ボビン６に巻回される第１のコイル４及び第２のコイル５、及びマグネット８とロータ軸９から成るロータをすべて一方向（図１の上方向から下方向へ）から組み込むことが可能となり、組み立て作業性がよい。

１０はレバーであり、マグネット８及びロータ軸９に接着や圧入等により固定され、一体で回転可能となる。その際、レバー１０に設けられる穴部１０ａがロータ軸９の第３円柱部９ｅに嵌合することで位置決め固定される。レバー１０にはその一端に駆動ピン１０ｂが設けられる。１１はカバーであり、主ヨーク３に位置決め固定される。また、１１ａはカバー１１に一体に設けられた軸受部であり、この軸受部１１ａにロータ軸９の支持軸部９ｄが嵌合してロータ軸９は回転保持される。また、カバー１１には開口部１１ｂが設けられ、レバー１０はカバー１１の内側から開口部１１ｂを通って外側へと伸びている。これにより、レバー１０はマグネット８に密着した状態で出力手段として作用する。すなわち、出力手段を含めた駆動装置全体の軸方向長さをより短くする構成となっている。

カバー１１の軸受部１１ａ及びボビン６の嵌合穴６ａは、カバー１１が主ヨーク３に固定された状態で、ロータ軸９を回転嵌合保持する。この状態で、ロータ軸９に固定されたマグネット８は、図２に示すように、その外周面が第１の外側磁極部１の第１マグネット対向部１ａ及び第２の外側磁極部２の第２マグネット対向部２ａと所定の隙間を持つとともに、軸方向の一端に固定されるレバー１０がカバー１１の裏面と所定の隙間を保ち、かつ軸方向の他端が、第１のコイル４及び第２のコイル５と所定の隙間を保つ。よって、マグネット８は第１のコイル４及び第２のコイル５と軸方向に隣接して配置（マグネット８の軸方向に関してマグネットに対し同方向でかつ軸方向端面に隣接して配置）されており、これら第１のコイル４と第２のコイル５とは軸方向に垂直な平面で隣接しているため、軸方向の長さの短い駆動装置とすることが可能となる。

第１の外側磁極部１の第１マグネット対向部１ａは、図３に示すように、マグネット８に対して角度αの対向面積で対向している。同様に第２の外側磁極部２の第２マグネット対向部２ａも図３に示すようにマグネット８に対して角度αの対向面積で対向している。また、第１の外側磁極部１の第１コイル挿入部１ｂは角度βの対向面積で形成されている。また、図４に示すように、第２の外側磁極部２の第２コイル挿入部２ｂも角度βの対向面積で形成されている。ここで、角度αと角度βの関係は、α＞βとなっている。すなわち、第１コイル挿入部１ｂよりも第１マグネット対向部１ａのほうが幅広に形成され、第２コイル挿入部２ｂよりも第２マグネット対向部２ａのほうが幅広に形成されている。

ここで、マグネット８と第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａとで発生するコギングトルクの様子を図５を用いて説明する。

図５は本実施形態の駆動装置のコギングトルクの様子を示す図であり、第１のコイル４及び第２のコイル５への通電がない状態でマグネット８の回転位置とマグネット８が第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａにより吸引される様子を示している。

図５において、縦軸はマグネット８に作用する第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａとの間で発生する磁力（コギングトルク）を表し、横軸はマグネット８の回転位相を表す。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外側磁極の間の磁力の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停止位置である。Ｆ１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４及び第２のコイル５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（本実施形態ではｎ＝２なので１８０度）の周期で存在し、その中間位置がＦ１点のような不安定点になる。

ここで、回転範囲にストッパーを設けて、例えば図５のように回転範囲を不安定点のＦ１点をほぼ中間にしてＫ度と設定すると、ストッパー位置（回転範囲の一端）であるＧ点ではＴ１の無通電コギング保持トルクが働き、ストッパー位置（回転範囲の他端）であるＨ点ではＴ２の無通電コギング保持トルクが働くことになる。

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のマグネットに対向する角度との関係により、コイルへの通電がない状態での外側磁極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トルクが変化する。その様子を図６に示す。

図６は駆動装置の外側磁極部の歯幅とコギングトルク及び通電トルクとの関係を説明する図であり、（ａ）は外側磁極部の歯幅すなわち第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａのマグネット８に対向する角度が大きい場合のコギングトルクと通電トルク波形であり、（ｂ）は第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａのマグネット８に対向する角度が小さい場合のコギングトルクと通電トルク波形であり、どちらも縦軸はトルクを表し、横軸はマグネット８の回転位相を表す。

図６（ａ）では外側磁極部の歯幅すなわち第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａのマグネット８に対向する角度を１２０度に設定した場合であり、図６において、回転角度をＫ度と設定すると、無通電時に回転範囲の一端であるＧ点ではコギングトルクがＴ１となり、回転範囲の他端であるＨ点ではコギングトルクはＴ２となる。ここで、Ｇ点位置にいる時に第１のコイル４及び第２のコイル５に正通電すると、通電トルクはＩ点であるＴ３の通電トルクが発生し、Ｈ点位置にいる時に第１のコイル４及び第２のコイル５に正通電すると、通電トルクはＪ点であるＴ４の通電トルクが発生する。すなわち、第１のコイル４及び第２のコイル５に正通電すると、マグネット８の回転位相に応じてＩ点からＪ点までの線上のような通電トルクが発生する。逆通電時も同様のため説明は省略する。

図６（ｂ）では外側磁極部の歯幅すなわち第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａのマグネット８に対向する角度を６０度に設定した場合であり、図６において、（ａ）と同様に回転角度をＫ度と設定すると、無通電時に回転範囲の一端であるＧ点ではコギングトルクがＴ５となり、回転範囲の他端であるＨ点ではコギングトルクはＴ６となる。ここで、Ｇ点位置にいる時に第１のコイル４及び第２のコイル５に正通電すると、通電トルクはＩ点であるＴ７の通電トルクが発生し、Ｈ点位置にいる時に第１のコイル４及び第２のコイル５に正通電すると、通電トルクはＪ点であるＴ８の通電トルクが発生する。すなわち、第１のコイル４及び第２のコイル５に正通電すると、マグネット８の回転位相に応じてＩ点からＪ点までの線上のような通電トルクが発生する。ここで、Ｔ７は負の値となっており、Ｊ点に向けて回転する力が発生しない（逆回転しようとする力が発生する。）。これは、第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａのマグネット８に対向する角度が小さいために、コギングトルクが大きすぎて、コイルの発生するトルクとコギングトルクの合成値である通電トルクが動き出し時に負の値となってしまうものである。この場合、コイルへの通電電圧を高くしないと回転し始めない。一方、回転範囲を狭くして図のように回転角度をＬ度と設定すると、無通電時に回転範囲の一端であるＧ点ではコギングトルクがＴ５'となり、回転範囲の他端であるＨ点ではコギングトルクはＴ６'となり、回転角度がＫ度の時よりも両端位置でのコギングトルクが下がることになる。ここで、Ｇ点位置にいる時に第１のコイル４及び第２のコイル５に正通電すると、通電トルクはＩ'点であるＴ７'の通電トルクが発生し、Ｈ点位置にいる時に第１のコイル４及び第２のコイル５に正通電すると、通電トルクはＪ'点であるＴ８'の通電トルクが発生する。すなわち、第１のコイル４及び第２のコイル５に正通電すると、マグネット８の回転位相に応じてＩ'点からＪ'点までの線上のような常に正の値の通電トルクが発生して、安定的に回転する。

以上のように、第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａのマグネット８に対向する角度が小さすぎると、コギングトルクが大きくなり回転に支障をきたす。このため、通電電圧、回転角度、マグネットの寸法等に合わせて、外側磁極部のマグネットに対向する角度を調整する必要がある。

本実施形態では実際に第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａのマグネット８に対向する角度を１２０度とし、第１コイル挿入部１ｂ及び第２コイル挿入部２ｂの角度を６０度に設定して、最適化を図っている。ここで、第１コイル挿入部１ｂ及び第２コイル挿入部２ｂの角度を１２０度と設定しても、同じコギングトルクが得られるが、この場合、第１のコイル４及び第２のコイル５の外形寸法が大きくなってしまい、駆動装置が大型化してしまうという弊害が生じる。よって、図３及び図４のように、α＞βとすることで、図６（ａ）のようなコギングトルク及び通電トルク波形が得られ、駆動装置を大きくすることなく回転範囲内での駆動を効率よく行うことが可能となる。

図７は、マグネット８と第１の外側磁極部１の第１マグネット対向部１ａ及び第２の外側磁極部２の第２マグネット対向部２ａの位置関係を示す上面図であり、図１乃至図４で示した駆動装置からわかりやすいようにカバー１１とレバー１０を省略している。図７からわかるように、マグネット８は外周表面を円周方向に２分割してＳ極、Ｎ極に着磁された着磁部が形成されている。

ここで、マグネット８と第１マグネット対向部１ａ、第２マグネット対向部２ａとの位置関係について説明する。

第１マグネット対向部１ａと第２マグネット対向部２ａとは、マグネット８の回転中心を基準に考えると１８０度位相がずれた位置に配置されている。よって、マグネット８のＳ極に着磁されている外周面が第１マグネット対向部１ａに対向している時には、マグネット８のＮ極に着磁されている外周面は第２マグネット対向部２ａに対向し、マグネット８のＮ極に着磁されている外周面が第１マグネット対向部１ａに対向している時には、マグネット８のＳ極に着磁されている外周面は第２マグネット対向部２ａに対向し、第１マグネット対向部１ａと第２マグネット対向部２ａのマグネット８への対向角が等しい場合は、その位相割合は等しくなる。

また、第１のコイル４と第２のコイル５とは巻線方向が異なるとともに、直列に配線されている。よって、第１のコイル４及び第２のコイル５に通電することで、第１の外側磁極部１と第２の外側磁極部２とは反対の極に励磁される。すなわち、第１のコイル４及び第２のコイル５への通電により発生する磁力は、ともにマグネット８を同一方向に回転させる力となる。従って、上記特許文献１の駆動装置では、外側磁極部はマグネットの着磁極数の１／２（特許文献１ではマグネットは２極で外側磁極部は１つ）となるために回転バランスの悪い、或いは回転角度を大きくとれないものであったが、本実施形態の駆動装置では、マグネットが２極でかつ、外側磁極部を２つに構成でき、回転角度を大きくとれるとともに回転バランスの良いものとなる。

ここで、マグネットの極数と回転可能角度との関係について簡単に説明する。上記特許文献１の駆動装置や本実施形態の駆動装置では、マグネットの極数をＮとすると、回転可能角度は約（３６０／Ｎ）度となる。（実際には摩擦等の影響や負荷との関係で、回転角度は上記より少なくなる。）。従って、マグネットが２極の場合は、原理的には１８０度近く回転することは可能であり、マグネットが４極の場合は、その半分の９０度近く回転することが可能となる。よって、本実施形態の駆動装置では、マグネットが２極のため、回転角度を大きくとれるのである。なお、駆動装置を使用する場合の回転角度の設定は必要トルクとの兼ね合いで決められる。すなわち、同じ駆動装置を用いた場合、回転角度を大きく設定すると、動き出しのトルクは小さなものとなり、回転角度を小さく設定すると、動き出しのトルクは大きなものとなる。

次に、図７及び図８を参照して、本実施形態の駆動装置の動作について説明する。

図７は、第１のコイル４及び第２のコイル５に通電して、第１の外側磁極部１をＮ極とし、第１の内側磁極部（第１円柱部９ａ及び第２円柱部９ｂの第１マグネット対向部１ａに対向する部分）をＳ極とし、第２の外側磁極部２をＳ極とし、第２の内側磁極部（第１円柱部９ａ及び第２円柱部９ｂの第２マグネット対向部２ａに対向する部分）をＮ極となるように励磁している駆動装置の状態である。マグネット８は一体で回転するレバー１０の駆動ピン１０ｂが後述の地板１２の長穴１２ｂの一端に当接して図７の状態で回転が止められる。この状態で、マグネット８は第１のコイル４及び第２のコイル５への通電中は第１マグネット対向部１ａの中心とマグネット８の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中時計方向の回転力が発生するとともに、第２マグネット対向部２ａの中心とマグネット８の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中時計方向の回転力が発生している。また、第１のコイル４及び第２のコイル５への通電を止めた時には、マグネット８は第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａとに発生するコギング力によりこの位置に保持される。

図７の状態から第１のコイル４及び第２のコイル５への通電方向を反転して、第１の外側磁極部１をＳ極とし、第１の内側磁極部（第１円柱部９ａ及び第２円柱部９ｂの第１マグネット対向部１ａに対向する部分）をＮ極とし、第２の外側磁極部２をＮ極とし、第２の内側磁極部（第１円柱部９ａ及び第２円柱部９ｂの第２マグネット対向部２ａに対向する部分）をＳ極となるように励磁すると、マグネット８は反時計方向に回転する。そして、マグネット８は一体で回転するレバー１０の駆動ピン１０ｂが後述の地板１２の長穴１２ｂの他端に当接して図８の状態で回転が止められる。この状態で、マグネット８は第１のコイル４及び第２のコイル５への通電中は第１マグネット対向部１ａの中心とマグネット８の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第２マグネット対向部２ａの中心とマグネット８の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中半時計方向の回転力が発生している。また、第１のコイル４及び第２のコイル５への通電を止めた時には、マグネット８は第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａとに発生するコギング力によりこの位置に保持される。
上記のようにして、第１のコイル４及び第２のコイル５への通電方向を切り換えることにより、マグネット８はレバー１０とともにストッパー（地板１２の長穴１２ｂ）で決められた範囲を往復回転することになる。

図９は本発明の駆動装置Ｍを用いたシャッタ装置の分解斜視図である。

本発明の光量調節装置の一例であるシャッタ装置おいて、１２は中央に開口部１２ａが形成された地板であり、地板１２に駆動装置Ｍが接着等により取り付けられる。その際、駆動装置Ｍにおけるレバー１０の駆動ピン１０ｂは地板１２に設けられる長穴１２ｂに挿入される。マグネット８はレバー１０の駆動ピン１０ｂが長穴１２ｂの一端に当接する位置から他端に当接する位置まで回転可能となる。また、地板１２には駆動ピン１０ｂと同一方向に突出する突起１２ｃ及び１２ｄが一体で形成される。

１３及び１４は羽根であり、羽根１３の丸穴１３ａが地板１２の突起１２ｄに回転可能に嵌合し、羽根１３の長穴１３ｂがレバー１０の駆動ピン１０ｂに摺動可能に嵌合する。また、羽根１４の丸穴１４ａが地板１２の突起１２ｃに回転可能に嵌合し、羽根１４の長穴１４ｂがレバー１０の駆動ピン１０ｂに摺動可能に嵌合する。１５は中央に開口部１５ａが形成された羽根押えであり、羽根１３及び羽根１４を所定の隙間を持って間に挟んで地板１２に固定され、羽根１３及び羽根１４の軸方向の受けとなる。

マグネット８の回転により羽根１３は長穴１３ｂがレバー１０の駆動ピン１０ｂに押されて丸穴１３ａを中心に回転し、羽根１４は長穴１４ｂがレバー１０の駆動ピン１０ｂに押されて丸穴１４ａを中心に回転して、地板１２の開口部１２ａの通過光量を制御するよう構成されている。

駆動装置Ｍは軸方向の長さが短いので、他のレンズや構造物に対して邪魔にならない光軸方向に出っ張りの少ないシャッタ装置とすることができる。また、小型でありながら高出力であるため、シャッタスピードの高速化が図れる。

上記実施形態においては、駆動装置はシャッタ羽根を駆動するためのアクチュエータとして用いたが、他の用途、例えば絞り装置や、レンズ駆動のためのカム筒等を２位置に回動させる等にも使用可能であり、高出力で外径が小さく且つ軸方向の長さも短いという利点を持った駆動装置として有用なものとなる。例えば、レバー１０の駆動ピン１０ｂが光軸を中心に回動可能な不図示のカム筒に連結しており、レバー１０が回動することでカム筒が回動し、カム筒には光軸方向に２箇所の高さの異なる部分を備えたカム部が設けられ、カム部に嵌合する不図示のレンズが固定されたレンズホルダーがカム筒が回動することで光軸方向に移動する。このような構成においても有用なものとなる。
［第２の実施形態］
図１０及び図１１は本発明に係る第２の実施形態の駆動装置を示し、図１０はその分解斜視図、図１１は駆動装置のカバーを省いた組み立て完成状態を夫々示している。以下では、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図において、２１は軟磁性材料から成るヨークである。ヨーク２１は第１マグネット対向部２１ａ、第１コイル挿入部２１ｂ、第２マグネット対向部２１ｃ、第２コイル挿入部２１ｄ、第１コイル挿入部２１ｂと第２コイル挿入部２１ｄとを結ぶ連結部２１ｅで構成され、一体でプレス成形可能な構造となっている。

２２は第１ボビン、２３は第２ボビンである。第１ボビン２２には第１コイル保持部２２ａ、第２コイル保持部２２ｂ、軸受部２２ｃが形成され、第２ボビン２３には第１コイル保持部２３ａ、第２コイル保持部２３ｂが形成され、第１ボビン２２と第２ボビン２３を図１０の左右方向から間にヨーク２１を挟むように組み付けられて、その後、第１コイル保持部２２ａ及び第１コイル保持部２３ａに第１コイル４が巻回され、同じく第２コイル保持部２２ｂ及び第２コイル保持部２３ｂに第２コイル５が巻回される。端子ピン７はボビン２２に埋め込まれ、第１のコイル４と第２のコイル５のコイル端が接続される。この状態で、第１コイル挿入部２１ｂは第１コイル４が巻回された第１コイル保持部２２ａ及び第１コイル保持部２３ａで形成される穴部に配置され、第２コイル挿入部２１ｄは第２コイル５が巻回された第２コイル保持部２２ｂ及び第２コイル保持部２３ｂで形成される穴部に配置される。また、軸受部２２ｃはロータ軸９の支持軸部９ｃを回転可能に支持する。

すなわち、第１の実施形態ではボビン６に第１コイル４及び第２コイル５を巻回した後、第１の外側磁極部１と第２の外側磁極部２をボビン６に挿入して主ヨーク３に固定する構成としていたが、第２の実施形態ではボビンを外側磁極部を中心に左右に分割して第１ボビン２２と第２ボビン２３とに二体化し、ヨーク２１に組み付けた後、第１コイル４及び第２コイル５を巻回する構成とした。これにより、第１の実施形態では第１コイル挿入部１ｂ及び第２コイル挿入部２ｂよりも第１マグネット対向部１ａ及び第２マグネット対向部２ａの幅のほうが幅広のために、ヨークは第１の外側磁極部１と第２の外側磁極部２と主ヨーク３の三体化であったのに対し、第２の実施形態では第１コイル挿入部２１ｂ及び第２コイル挿入部２１ｄよりも第１マグネット対向部２１ａ及び第２マグネット対向部２１ｂの幅のほうが幅広であるにもかかわらず、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とを一体化してヨーク２１とすることが可能となり、外側磁極部の相互位置の誤差を小さく抑えることができるとともに、部品点数を少なく、構造が簡単な駆動装置を提供でき、第１の実施形態のものよりもコストダウンになる。

なお、第２の実施形態の駆動装置の動作については、第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。

以下に、上記各実施形態における効果について列挙する。
（１）マグネットの外周面に対して所定の隙間をもち、その外周面に所定の角度で対向するように配置される第１の外側磁極部と、第１の外側磁極部とはマグネットの中心に対して１８０度位相がずれるとともにマグネットの外周面に対して所定の隙間をもち、その外周面に所定の角度で対向するように配置される第２の外側磁極部とを、反対の極に励磁される構成にしている。

このように、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とがマグネットの中心に対して１８０度位相がずれて配置されているので、特許文献１の駆動装置と比較して、回転バランスが良いとともに、マグネットを２極で構成できるので回転角度も大きくとれる駆動装置とすることができる。
（２）第１のコイルの通電により発生する磁束と第２のコイルの通電により発生する磁束とが同時にマグネットに作用するので、１つのコイルの巻数を増やすことなく駆動装置トータルとして倍の巻数が得られるため、外径を大きくすることなく軸方向長さを小型化したまま、高出力な駆動装置を提供できる。
（３）マグネットの内周面に固定されたロータ軸を内側磁極部と呼ぶとすると、第１のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部と内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用し、同様に、第２のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部と内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際に、内側磁極部とマグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がないので、上記従来の特許文献１の構成の駆動装置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することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ、駆動装置の出力を高めることができる。
（４）第１の内側磁極部及び第２の内側磁極部をロータ軸で構成してあるので、上記特許文献１にて提案されている外側磁極部と内側磁極部とを接続或いは一体的に製造する場合に比べて容易に製造でき、コストが安くなる。
（５）マグネットは内径部に前記ロータ軸が固定されるので、強度的に優れる。
（６）第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部を、ロータ軸の軸方向でかつ同一方向に延出した櫛歯状に形成したことにより、軸方向に垂直な方向の寸法を小型化できるとともに、コイルの組み付けが簡単な構造となる。
（７）第１のコイルと第２のコイルを直列に配線する構成にしたり、あるいは、第１のコイルと第２のコイルを並列に配線する構成にすることにより、第１のコイル及び第２のコイルに通電するための回路が１つで済み、コストダウンになる。
（８）第１のコイルと第２のコイルはそれぞれ第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とに組み付けた状態での巻線方向が異なるように構成したことにより、第１のコイル及び第２のコイルを通電することで第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とが反対の極に励磁されるようにできる。
（９）第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とをそれぞれコイル挿入部とマグネット対向部とで構成することで、コイル挿入部よりもマグネット対向部の方を幅広にすることができるので、コイル外径を維持したままマグネット対向部の対向角度を大きくすることが可能となり、マグネットと外側磁極部とにより発生するコギングトルクの調整自由度が増す。すなわち、駆動装置として最適化が図りやすい。

また、第２の実施形態の効果について以下に列挙する。
（１０）ボビンを外側磁極部を中心に左右に分割して２体化することで、コイル挿入部よりもマグネット対向部のほうを幅広に形成してもボビンを組み込むことができ、その後にコイルを巻きつける構成にしたことで第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とを同一部材で構成可能となる。よって外側磁極部の相互位置の誤差を小さく抑えることができるとともに、部品点数を少なく、構造が簡単な駆動装置を提供でき、コストダウンになる。

以上から明らかなように、小型でかつ軸方向の長さが短く、低コストで高出力で回転角度を大きくとれる安定した駆動が可能な駆動装置を提供できる。また、駆動装置をシャッタ装置等の光量調節装置やレンズ駆動装置に用いることにより、小型化、低コスト化、高出力化を達成しつつ、シャッタ羽根等やレンズ鏡筒などの作動角度を大きくとることができる。

本発明は、被駆動部材の回転角度（作動角度）を大きくし、かつその回転バランスの良好性が望まれる各種の装置への適用が可能である。

本発明に係る第１の実施形態の駆動装置の分解斜視図である。 図１の駆動装置をロータ軸に平行な面で切断したときの断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 本実施形態の駆動装置におけるコギングトルクを説明する図である。 外側磁極部の歯幅とコギングトルク及び通電トルクとの関係を説明する図である。 マグネットと外側磁極部との位相関係を示す上面図である。 図７の状態からコイル通電を切り換えてマグネットを回転させた状態を示す上面図である。 図１の駆動装置を用いたシャッタ装置の分解斜視図である。 本発明に係る第２の実施形態の駆動装置の分解斜視図である。 図１０の駆動装置おけるカバーを省いた組立完成状態を示す図である。 従来の駆動装置の構成を示す分解斜視図である。 図１２の駆動装置をロータ軸に平行な面で切断したときの断面図である。

符号の説明

１ 第１の外側磁極部
１ａ、２１ａ 第１マグネット対向部
１ｂ、２１ｂ 第１コイル挿入部
２ 第２の外側磁極部
２ａ、２１ｃ 第２マグネット対向部
２ｂ、２１ｄ 第２コイル挿入部
３ 主ヨーク
４ 第１のコイル
５ 第２のコイル
６ ボビン
８ マグネット
９ ロータ軸
１０ レバー
１１ カバー
２１ ヨーク
２１ｅ 連結部
２２ 第１ボビン
２３ 第２ボビン

Claims (9)

1. 軟磁性体からなるロータ軸に固着され、周方向に少なくとも２極に着磁されたマグネットと、
   前記マグネットの軸方向に関してマグネットに対し同方向でかつ軸方向端面に隣接して配置される第１及び第２のコイルと、
   前記第１のコイルに通電することにより励磁される第１の磁極部と、
   前記第２のコイルに通電することにより、前記第１の磁極部とは反対の極に励磁される第２の磁極部と、
   前記第１及び第２の磁極部を保持する軟磁性体からなるヨーク部とを備え、
   前記第１の磁極部は、前記第１のコイルの内径部に挿入される第１コイル挿入部と、前記マグネットの着磁された外周部に対して所定の隙間を持ち、かつ所定の角度で対向配置される第１マグネット対向部とを備え、
   前記第２の磁極部は、前記第２のコイルの内径部に挿入される第２コイル挿入部と、前記マグネットの着磁された外周部に対して所定の隙間を持ち、かつ所定の角度で対向配置される第２マグネット対向部とを備えることを特徴とする駆動装置。
2. 前記第１マグネット対向部の前記マグネットに対する対向面積は前記第１コイル挿入部の前記ロータ軸に対する対向面積よりも大きく、前記第２マグネット対向部の前記マグネットに対する対向面積は前記第２コイル挿入部の前記ロータ軸に対する対向面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記第１及び第２の磁極部は前記ロータ軸の軸方向に平行に延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記マグネットは前記ロータ軸に密着した状態で固定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 前記第１のコイルと第２のコイルとは直列に接続され、かつ巻線方向が異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 前記駆動装置は、前記第１のコイルと第１の磁極部とマグネット及びロータ軸とヨーク部とで構成される第１の磁気回路と、前記第２のコイルと前記第２の磁極部とマグネット及びロータ軸とヨーク部とで構成される第２の磁気回路と、前記第１のコイルと第２のコイルと第１の磁極部とマグネット及びロータ軸と第２の磁極部とヨーク部とで構成される第３の磁気回路とを構成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の駆動装置。
7. 前記第１及び第２のコイルを巻回するボビン部を備え、当該各コイルは当該ボビン部を介して前記ヨーク部の同一平面上に保持されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
8. 前記ボビン部は、第１のボビン片と第２のボビン片とからなり、各ボビン片を結合した状態で前記ヨーク部に組み付けられることを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
9. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置と、
   前記マグネットの回転に応じて作動する出力部材と、
   前記出力部材に連結され、当該出力部材の作動位置に応じて開口部の開度を変更することにより、当該開口部を通過する光量を変化させる開閉部材とを具備することを特徴とする光量調節装置。

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