JP2006171490A - 電磁駆動装置、光量調節装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化と低消費電力化を両立させるとともに、被駆動部材の回転力を高めた電磁駆動装置を提供する。
【解決手段】ステータヨーク５，６と、このステータヨークと対向する側と非対向側の着磁面積が異なるように２極に着磁された永久磁石３と、ステータヨークを励磁する電磁コイル７とを有し、永久磁石が、回転可能な被駆動部材２に対しその回転中心から放射方向に離れた位置に一体的に取り付けられており、永久磁石のステータヨークと対向する側の着磁面積の大きい方の一方の着磁部（Ｎ極）とステータヨークとの間に生じる磁気的な吸引力、反発力を前記永久磁石に作用させ、永久磁石を一体とする被駆動部材を回転させるようにしている。
【選択図】図４

Description

本発明は、被駆動部材を駆動する電磁駆動装置、該電磁駆動装置を具備する光量調節装置および該光量調節装置を具備するデジタルカメラ等の光学機器に関するものである。

従来、永久磁石からなるロータマグネットの外周面が２極（Ｎ極とＳ極）に着磁され、被駆動部材の駆動軸と一体形成された回転軸を励磁コイルで発生する起磁力との吸引、反発作用で回転する電磁駆動装置が知られている。また、この種の電磁駆動装置を駆動源として具備し、該電磁駆動装置による回転軸の回転を利用して、例えばレンズシャッター羽根等の開閉を行う、デジタルカメラ等の光学機器に用いられる光量調節装置も提案されている（特許文献１）。

上記光量調節装置を必要とする近年のビデオカメラ、スチルカメラなどの製品では、小型、薄型化、消費電力削減の必要性が強く、そのため、必然的に光量調節装置も小型、薄型化、低消費電力化の要望がある。

特に小型化に関しては２つの要望があり、１つは、シャッター羽根や絞り等の光量調節部材からＣＣＤなど撮像素子までの距離やオートフォーカス、ズームのための駆動源までの距離が近くなるため、光量調節装置の光軸方向の寸法（高さ）を小さくしたいというものである。もう１つは、光学部材を保持する鏡筒が基本的には光軸を中心とする円形断面を有し、その内部に光量調整装置やオートフォーカス、ズーム等の機構が光学レンズ群との隙間に収容されるため、これらの部材は光軸中心とする極力小さい円筒内に収めたいというものである。
特開平９−２１１５３１号公報

しかしながら、永久磁石からなるロータマグネットの外周部で発生する起磁力との吸引、反発作用で回転する、上記従来の光量調節装置に具備される電磁駆動装置では、トルク不足となり、小型化、低消費電力化が難しいという問題を有していた。これは、永久磁石からなるロータマグネットの体積（ステータヨークとの対向面積）＝発生トルクとなるからであり、必要なトルクを考えると、小型化に限界を生じていた。その結果、小型化と低消費電力化（この種の小型の電磁駆動装置で高トルクを得るには多くの消費電力を必要とする為）を両立させることが困難であった。

（発明の目的）
本発明の目的は、小型化と低消費電力化を両立させるとともに、被駆動部材の回転力を高めることのできる電磁駆動装置、光量調節装置および光学機器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、請求項１に記載の発明は、ステータヨークと、前記ステータヨークと対向する側と非対向側の着磁面積が異なるように２極に着磁された永久磁石と、前記ステータヨークを励磁する電磁コイルとを有し、前記永久磁石が、回転可能な被駆動部材に対しその回転中心から放射方向に離れた位置に一体的に取り付けられており、前記永久磁石の前記ステータヨークと対向する側の着磁面積の大きい方の一方の着磁部と前記ステータヨークとの間に生じる磁気的な吸引力、反発力を前記永久磁石に作用させ、前記永久磁石を一体とする前記被駆動部材を回転させる電磁駆動装置。

同じく上記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または２に記載の電磁駆動装置と、光を通過させる開口部を有する基台と、前記電磁駆動装置の永久磁石が一体的に取り付けられる、被駆動部材である光量調整部材とを有し、前記電磁駆動装置により前記光量調節部材を回転させ、前記開口部を開閉することにより、前記開口部の通過光量を調節する光量調節装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の複数の電磁駆動装置と、最大通過光量を規定する開口部を有する基台と、前記複数の電磁駆動装置それぞれの永久磁石が一体的に取り付けられ、それぞれが異なる径の孔部を有する被駆動部材である複数の光量調整部材とを有し、前記複数の電磁駆動装置のうちの任意の電磁駆動装置により該電磁駆動装置の前記光量調節部材を回転させ、該光量調節部材の孔部を前記開口部に進入させて該開口部の通過光量を調節する光量調節装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の光量調節装置を具備した光学機器とするものである。

本発明によれば、小型化と低消費電力化を両立させるとともに、被駆動部材の回転力を高めることのできる電磁駆動装置、光量調節装置または光学機器を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下に記載の実施例１ないし実施例２に示す通りである。

図１ないし図４は本発明の実施例１に係わる図であり、詳しくは、図１は電磁駆動装置を具備した光量調節装置の構成を示す分解斜視図、図２は図１に示した光量調節装置の平面図（羽根ケースを省いている）、図３は図１に示した光量調節装置の断面図である。また、図４は図１に示した電磁駆動装置のステータヨーク、永久磁石の配置の詳細を示す断面図である。
この光量調節装置は、デジタルカメラやコンパクトカメラ等の光学機器に用いられるシャッター装置として構成される。

図１ないし図４において、１は通過光束の最大開口径を規定する基材であるところのシャッター地板であり、後述のシャッター羽根２によって開閉される開口部１ｄおよび該シャッター羽根２の作動範囲を規制するストッパー部１ｂ，１ｃを有している。２はシャッター地板１に設けられた回転軸１ａに回転軸受け孔２ａが嵌合して回転（円弧運動：振り子運動）可能に構成されている被駆動部材であるシャッター羽根であり、上記ストッパー部１ｂと１ｃにて規制される４０°〜５０°の範囲で回転して、シャッター地板１の開口部１ｄを開閉して該開口部１ｄを通過する光量を調節するものである。

３はネオジム系（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）又はサマリュウム系のコンプレッション・マグネット又はボンド・マグネット、プラスチック・マグネット等で構成される永久磁石であり、図４に示すように、厚さ方向に２極（Ｎ極、Ｓ極）に着磁（磁化）され、後述のステータヨーク５，６に対向する側と非対向側の着磁面積、換言すれば着磁面の表面積が異なるようにその厚さ方向の断面形状が非対称に形成されている。詳しくは、後述のステータヨーク５，６に対向する側の一方の着磁面（Ｎ極面）の表面積が大きく、非対向側の他方の着磁面（Ｓ極面）の表面積が小さくなるような台形状に形成されている。そして、この永久磁石３が、シャッター羽根２に対し回転軸中心より放射方向に所定距離をもった位置（取付孔２ｂの位置）にインサート成形または接着等により潜り込んで取り付けられる（又は、被駆動部材であるシャッター羽根２の上面に貼り付けて固定することも可能である）。４は羽根ケースであり、シャッター羽根２の走行スペースを確保してシャッター地板１に取り付けられ、シャッター羽根２の所定範囲内での円弧運動を可能にしている。

５は軟磁性材料からなるＲ（右側）ステータヨークであり、シャッター地板１に固定されている。６は同じく軟磁性材料からなるＬ（左側）ステータヨークであり、ステータヨーク５と所定の空隙をもって対向するようにシャッター地板１に固定されている。このステータヨーク５，６は、永久磁石３の磁化方向（厚み方向）に対し、該ステータヨーク５，６の磁極部５ａ，６ａが励磁された状態で発生する最短磁界方向（図４の破線で示す方向）と直交する方向にオフセットされて配置されている。この際、ステータヨーク５，６と永久磁石３の一方の着磁面（Ｎ極面）は例えば０．３ｍｍ以上の空隙をもつ位置となっている。

別言すれば、永久磁石３は、厚さ方向に２極に着磁された磁化方向とステータヨーク５，６の各磁極部５ａ，６ａから励磁状態で発生する最短磁界方向が直交する方向、かつ、シャッター羽根２に対し回転軸中心より放射方向に所定距離をもった前記最短磁界方向の範囲外に配置されている。さらに、永久磁石３は、ステータヨーク５，６が励磁された際、磁極部５ａ，６ａ間に発生する最短磁界方向に対して少なくとも５°以上異なる方向に浮上回転（図４参照）するようにオフセット配置されている。

ここで、永久磁石３について詳しく説明する。上記のように永久磁石３の厚み方向（詳しくは、厚み方向と磁極部５ａ，６ａ間に発生する最短磁界方向を含む平面）の断面形状を台形にしているため、図４における永久磁石３のＳ極面側とＮ極面側の着磁面積（表面積）の比を変更することができる。もし永久磁石３が台形でなく矩形の断面をしていた場合、他方の着磁面側の吸引動作により該永久磁石３のＮ極、Ｓ極の磁界境界点を中心とする回転方向のトルクが増して、軸部の摩擦が増え、シャッター羽根２の回転の妨げになっていた。しかし、上記のように永久磁石３の厚み方向の断面形状を台形にすることにより、上記オフセット配置との相乗効果により、Ｓ極面側（他方の着磁面）の吸引動作による磁気的な回転トルクの影響度を低減でき、該永久磁石３のＮ極面（一方の着磁面）のみで磁気的反発、吸引動作、及び、駆動を行うことができることから、シャッター羽根２の回転力を高めることができる。また、永久磁石３がシャッター羽根２に一体的に構成されているので、磁極部５ａ，６ａ間に発生する磁界がダイレクトにシャッター羽根２に作用することになる。これは、従来タイプのように、永久磁石からなるロータマグネットの外周部（Ｎ極、Ｓ極の両極面）で発生する起磁力との吸引、反発作用で回転し、またロータマグネットの出力軸を介してシャッター羽根等の被駆動部材に円弧運動を与える電磁駆動装置とは異なるものとなる。つまり、小型で低消費電力化を実現した電磁駆動装置となる。

７は銅線及びモールドボビンからなる電磁コイルであり、ステータヨーク５，６が該電磁コイル７のボビン内で連結接合されて磁気回路を構成している。

本実施例１における電磁駆動装置は、上記の永久磁石３、ステータヨーク５，６および電磁コイル７にて構成され、光量調節装置の一例であるシャッター装置は、前記電磁駆動装置、シャッター地板１、シャッター羽根２および羽根ケース４により構成されている。そして、このシャッター装置が、デジタルカメラ等のレンズ鏡筒の円周壁内やレンズユニットと結合されて配置されることになる。

次に、上記のような構成からなる電磁駆動装置およびシャッター装置の作動について以下に説明する。

電磁コイル７への通電が行われていないオフ状態では、ステータヨーク５，６は非励磁状態にある。この際、厚さ方向に２極（Ｎ極、Ｓ極）に着磁されている永久磁石３と、磁化方向が直交する方向に配置されたステータヨーク５，６のうちの一方のステータヨーク６の磁極部６ａとが吸引力（ディテント力）により、図２〜図４に示す状態に保持されている。つまり、永久磁石３が上記のように回転可能なシャッター羽根２に一体化されているため、該永久磁石３が吸引力（ディテント力）によりステータヨーク６の磁極部６ａ側に吸引され、シャッター羽根２はシャッター地板１のストッパー１ｃに当接した位置で安定停止している。この状態がシャッター羽根２の初期位置である。

図４に示すように、ステータヨーク６の磁極部６ａがＮ極に、ステータヨーク５の磁極部５ａがＳ極になるように電磁コイル７に対して通電制御が行われると、ステータヨーク６の磁極部６ａのＮ極と永久磁石３のＮ極との間に反発力が生じ、またステータヨーク５の磁極部５ａのＳ極と永久磁石３のＮ極との間には吸引力が生じて、永久磁石３、つまりシャッター羽根２が、図４の状態から時計方向（矢印方向）に約４０°〜５０°の角度範囲（ストッパー部１ｃ，１ｂで規制された範囲）で他方のストッパー部１ｂに当接する位置まで円弧運動、詳しくは浮上回転し、浮上回転後は永久磁石３とステータヨーク５の磁極部５ａが発生する励磁で作用する吸引力によりシャッター地板１の開口部１ｄに密着して停止、保持される。これにより、シャッター羽根２によって開口部１ｄは開放された状態から遮光された状態となる。

その後、電磁コイル７への通電がオフされると、今度は永久磁石３とステータヨーク５の磁極部５ａの間での吸引力（ディテント力）により、シャッター羽根２はシャッター地板１のストッパー１ｂに当接して、この位置で安定停止状態に保持される。

次に、図４とは逆に、ステータヨーク６の磁極部６ａがＳ極に、ステータヨーク５の磁極部５ａがＮ極に、それぞれなるように電磁コイル７に通電制御が行われると、ステータヨーク５の磁極部５ａと永久磁石３との間に反発力が生じ、またステータヨーク６の磁極部６ａと永久磁石３との間には吸引力が生じて、永久磁石３、つまりシャッター羽根２が、反時計方向に約４０°〜５０°の角度範囲で一方のストッパー部１ｃに当接する初期位置まで浮上回転し、浮上回転後は永久磁石３とステータヨーク６の磁極部６ａが発生する励磁で作用する吸引力によりシャッター地板１の開口部１ｄから離れて停止、保持される。これにより、シャッター羽根２によって開口部１ｄは遮光された状態から開放された初期の状態に戻る。

上記の実施例１によれば、厚さ方向に２極に着磁され、ステータヨーク５，６と対向する側と非対向側の着磁面の表面積が異なるようにその厚み方向の断面形状が非対称に形成された永久磁石３が、回転可能な被駆動部材であるシャッター羽根２に対しその回転中心より放射方向に離れた位置に一体的に取り付けられており、該永久磁石３のステータヨーク５，６と対向する側の表面積の大きい方の一方の着磁面（Ｎ極面）とステータヨーク５，６との間に生じる磁気的な吸引力、反発力を該永久磁石３に作用させ、該永久磁石３が一体化されたシャッター羽根２を所定の位置（開口部１ｄを開放した初期位置もしくは開口部１ｄを遮光した位置）に保持もしくはこれらの位置の間において円弧運動させるようにしている。

詳しくは、永久磁石３が一体化されたシャッター羽根２を、ステータヨーク５，６の非励磁時には、ステータヨーク５，６と永久磁石３の一方の着磁面との間に生じる吸引力により所定の位置に保持し、ステータヨーク５，６の励磁時には、ステータヨーク５，６の各磁極部５ａ，６ａと永久磁石３の一方の着磁面との間に生じる反発力および吸引力により、開口部１ｄを開放した初期位置から開口部１ｄを遮光した位置へ、もしくは開口部１ｄを遮光した位置から開口部１ｄを開放した初期位置へ円弧運動させる構成にしている。

これにより、永久磁石からなるロータマグネットの体積（ステータヨークとの対向面積）＝発生トルクとなる従来の電磁駆動装置と比べ、小型（薄型）化かつ低消費電力化を実現可能となる。

また、永久磁石３の形状を、厚さ方向に２極（Ｎ極、Ｓ極）に着磁（磁化）され、かつ、ステータヨーク５，６と対向する側のＮ極面の表面積（磁極面積）がＳ極面の表面積（磁極面積）より大きくなるようにその厚み方向の断面形状としているので、該永久磁石３の他方の着磁面の吸引動作による磁気的な回転トルクの影響度を低減させることができ、シャッター羽根２の回転力を高めることが可能となる。さらに、Ｎ極面の表面積（磁極面積）を増やすことが容易であるので、小型で更なる高速化、及びトルクアップも可能であり、シンプルな構造で小型化（薄型化）した電磁駆動装置とすることができる。

また、上記構成の電磁駆動装置を被駆動部材の一例であるシャッター羽根３の駆動源として用いたシャッター装置（光量調節装置）、さらにはこのシャッター装置を具備したデジタルカメラ等の光学機器とすることにより、シャッター装置の光軸方向の寸法（高さ）を小さくすることができ、また、該シャッター装置を光軸中心とする極力小さいレンズ鏡筒等の円筒内に収めることが可能となり、これらシャッター装置やデジタルカメラ等の小型化、低消費電力化を実現可能となる。

次に、本発明の実施例２に係る光量調節装置について説明する。上記実施例１では、シャッター羽根２に一体的に配置された永久磁石３は、その厚さ方向に２極に着磁され、ステータヨーク５，６と対向する側の着磁面積（もしくは着磁面の表面積）が非対向側の着磁面積（もしくは着磁面の表面積）が大きくなるようにその厚み方向の断面形状が非対称に形成された台形形状をしていた。これに対し、本実施例２における永久磁石３０は、図５に示すように、放射方向（該永久磁石３０が一体化される被駆動部材であるシャッター羽根２の回転中心からみて放射方向）に２極に着磁され、ステータヨーク５，６と対向する側の着磁面積が非対向側の着磁面積（着磁面の表面積）が大きくなるような扇形形状をしている。そして、シャッター羽根２の回転軸受け孔２ａから放射方向に所定距離をおいた位置に一体的に配置されている。

上記永久磁石３０を具備する電磁駆動装置において、電磁コイル７に通電制御を行う（通電オン、オフにする）と、ステータヨーク５，６の磁極部５ａ，６ａとの間で発生する磁界が、永久磁石３０の一方の着磁面に対して反発および吸引する力として放射方向に作用し、永久磁石３０、つまりはシャッター羽根２が、開口部１ｄ（不図示）を開放した初期位置から開口部１ｄを遮光した位置へ、もしくは開口部１ｄを遮光した位置から開口部１ｄを開放した初期位置へ円弧運動をすることになる。

つまり、本実施例２における永久磁石３０は、上記実施例１と同様、円弧運動可能な被駆動部材であるシャッター羽根２の回転中心より所定距離をもって該シャッター羽根２に一体的に取り付けられるとともに、ステータヨーク５，６が励磁された際に各磁極部５ａ，６ｂ間に発生する磁界が、Ｓ極とＮ極に着磁されたうちの一方の着磁部（図５ではＮ極）にのみ作用するように配置されていることになる。

これにより、上記実施例１と同様の効果を得ることが可能となる。

なお、上記各実施例では、被駆動部材としてシャッター羽根２を想定しているが、これに限定されるものではなく、絞り羽根や、減光部材（ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｌｔｅｒ）フィルター）であっても良い。

上記被駆動部材を絞り羽根とした場合の光量調節装置の構成としては、小型（薄型）の上記電磁駆動装置をシャッター地板１に複数セットするとともに、異なる径の孔部を有する複数の絞り羽根を備え、開口部１ｄに対して任意の電磁駆動装置を駆動して対応する絞り羽根を該開口部１ｄ内に進入させ、所望の光量を得ることができる、つまり２段以上の絞り切換え機構を備えた装置とすることが考えられる。

また、上記各実施例では、例えばデジタルカメラのシャッター羽根、絞り等の開閉駆動制御を想定し、電磁コイル７への正、逆電流の通電制御でその開閉駆動制御を行う例を示していたが、例えばコンパクトカメラの絞り兼用シャッターの開閉駆動制御に適用する場合は、電磁コイル７への供給電流のオン、オフによる通電時間およびタイミングで絞り兼用シャッターの開閉駆動制御を行うことになる。

本発明の実施例１に係わる電磁駆動装置を具備した光量調節装置の構成を示す分解斜視図である。 図１に示した光量調節装置の平面図である。 図１に示した光量調節装置の断面図である。 図１に示した電磁駆動装置のステータヨーク、永久磁石の配置の詳細を示す断面図である。 本発明の実施例２に係わる電磁駆動装置を具備した光量調節装置の構成の一部を示す平面図である。

符号の説明

１ シャッター地板（基台）
１ａ 羽根軸
１ｂ，１ｃ ストッパー部
１ｄ 開口部
２ シャッター羽根（被駆動部材、光量調節部材）
２ａ 回転軸受け孔
３，３０ 永久磁石
４ 羽根カバー
５ ステータヨーク
６ ステータヨーク
７ 電磁コイル

Claims (5)

1. ステータヨークと、
   前記ステータヨークと対向する側と非対向側の着磁面積が異なるように２極に着磁された永久磁石と、
   前記ステータヨークを励磁する電磁コイルと、
   を有し、
   前記永久磁石が、回転可能な被駆動部材に対しその回転中心から放射方向に離れた位置に一体的に取り付けられており、
   前記永久磁石の前記ステータヨークと対向する側の着磁面積の大きい方の一方の着磁部と前記ステータヨークとの間に生じる磁気的な吸引力、反発力を前記永久磁石に作用させ、前記永久磁石を一体とする前記被駆動部材を回転させることを特徴とする電磁駆動装置。
2. 前記ステータヨークの非励磁時には、該ステータヨークと前記永久磁石の一方の着磁部との間に生じる吸引力により前記被駆動部材が一方もしくは他方の位置に保持されており、
   前記ステータヨークの励磁時には、該ステータヨークと前記永久磁石の一方の着磁部との間に生じる反発力が前記永久磁石に作用し、前記被駆動部材が前記一方から他方の位置へ、もしくは前記他方から一方の位置へ回転することを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の電磁駆動装置と、
   光を通過させる開口部を有する基台と、
   前記電磁駆動装置の永久磁石が一体的に取り付けられる、被駆動部材である光量調節部材と、
   を有し、
   前記電磁駆動装置により前記光量調節部材を回転させ、前記開口部を開閉することにより、前記開口部の通過光量を調節することを特徴とする光量調節装置。
4. 請求項１または２に記載の複数の電磁駆動装置と、
   最大通過光量を規定する開口部を有する基台と、
   前記複数の電磁駆動装置それぞれの永久磁石が一体的に取り付けられ、それぞれが異なる径の孔部を有する被駆動部材である複数の光量調整部材と、
   を有し、
   前記複数の電磁駆動装置のうちの任意の電磁駆動装置により該電磁駆動装置の前記光量調節部材を回転させ、該光量調節部材の孔部を前記開口部に進入させて該開口部の通過光量を調節することを特徴とする光量調節装置。
5. 請求項３または４に記載の光量調節装置を具備したことを特徴とする光学機器。
   

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