JP2006178291A

JP2006178291A - 駆動装置

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Publication number: JP2006178291A
Application number: JP2004373255A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yasuda; 悠安田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: US20060138873A1; JP4681874B2; US7154199B2

Abstract

【課題】被駆動部材を一方もしくは他方の突き当て端位置に保持するための、コイルへの無通電時に発生するトルクが小さくても、該被駆動部材を安定的に一方もしくは他方の突き当て端位置にて保持可能とし、このことによりマグネットを第１の位置と第２の位置の一方から他方の位置へと切り換える際の起動電圧を低くし、省電力化を達成した駆動装置を提供する。
【解決手段】回転可能なマグネット１、コイル２及びステータ４を具備するアクチュエータによって、被駆動部材６が一方の突き当て端位置から他方の突き当て端位置までマグネット１の軸方向に移動される駆動装置において、コイル２の無通電時における被駆動部材６の一方の突き当て端位置での保持を、マグネット１とステータ４との間の前記軸方向の磁気力によって行い、コイル２の無通電時における被駆動部材６の他方の突き当て端位置での保持を、アクチュエータの回転方向のトルクによって行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置等に好適な駆動装置に関するものである。

従来、円筒形状に形成されるとともに少なくとも外周面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、コイルが巻回された第１のボビンと、コイルが巻回された第２のボビンと、第１のボビンに巻回されたコイルにより励磁され前記マグネットの一端側の外周面に対向する第１の外側磁極部と、マグネットの内周面に対向し中空概略円筒形状の第１の内側磁極部と、第２のボビンに巻回されたコイルにより励磁され前記マグネットのもう一端側の外周面に対向する第２の外側磁極部とマグネットの内周面に対向し中空概略円筒形状の第２の内側磁極部を備えたモータと、第１の内側磁極部の中空部或いは第２の内側磁極部の中空部に光軸を持つ光学手段と前記マグネットとに連結して回転し該回転により前記光学手段を光軸方向に移動する移動手段と、を備える駆動装置が提案（特許文献１）されている。

上記構成の駆動装置によれば、コイルとマグネットが軸方向に配置されるので、これらが地板上において多くの範囲を占めないコンパクトな装置となる等、大きな効果を有するもとなる。

しかし、上記構成によれば、いくつもの位置において任意に位置出しする事が可能であるが、光軸方向の長さが長くなったり、駆動回路が複雑になったりする。製品の仕様によっては２種類の位置の間でレンズ駆動が行えばよいものもある。例えば収納位置と使用位置との間で移動する場合や、通常撮影距離位置とマクロ撮影位置との間で移動する場合である。このような場合のために簡易的に２種類の位置の間でレンズを移動させる機構が望まれていた。これを達成するために、外周面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状の着磁部をもち、回転可能なマグネットと、該マグネットの前記軸方向に配置されたコイルと、少なくとも一つの歯形状の外側磁極部と概略中空円筒形状の内側磁極部が前記マグネットの着磁部の外周面と内周面に対向し前記コイルにより励磁されるステータ、該ステータの内側磁極部の中空円筒形状部内を光路とするレンズ、マグネットの回転に伴って該レンズを光軸に沿って繰り出す繰り出し手段とを備え、前記マグネットの着磁部の外周面に対向する前記歯形状の外側磁極部が前記マグネットの着磁部の外周面に所定の角度範囲に対向するものであって、該外側磁極部の前記マグネットの着磁部に対向する前記所定の角度と前記マグネットの着磁部の着磁された１極あたりの角度の比率をＹ、前記マグネット部の半径方向の厚みに対する該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
の条件を満たす駆動装置が提案（特許文献２）されている。

上記構成のレンズ駆動装置とすることにより、コイルへの無通電時において、マグネットの着磁された極の中心位置が外側磁極部の歯の中心に対向する位置で安定的に保持されるようになる。コイルへの通電を行った場合、マグネットの着磁された極の中心位置が外側磁極部の歯の中心に対向する位置の間を移動するように駆動されるので、該コイルへの通電を遮断されても該コイルへの通電によって駆動されたマグネットの着磁部はその位置を保持するようにステータに発生する磁力により回転方向の吸引力を受ける。つまり、一旦通電を行ってレンズ駆動を行った後は、無通電でもレンズの繰り出し或いは繰り込み状態を保持可能となり、駆動回路の構成が簡単であり且つ消費電力の少ない駆動装置とすることができる。
特開２００２−０５１５２４号公報特開２００４−０４８８７３号公報

しかしながら、上記特許文献２に開示の駆動装置では、駆動に比較的高い電圧が必要となってしまい、更なる省電力化のためにコイルへ通電する電圧を下げることが求められる。以下、これを実現する技術について考察する。

図５は上記駆動装置等に具備されるマグネットのトルク特性を、有限要素法による磁場解析を行って調べたシミュレーション結果である。横軸はマグネットの回転位置、縦軸はマグネットに働くトルクを示している。０Ｖのプロットがコイルへの通電を断ったときのコギングトルクであり、コイルへ通電する電圧を３Ｖ，５Ｖと上げていくことにより通電トルクが上がっていく様子を表わしている。コギングトルクに関して、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。Ｆ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Ｆ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Ｆ点のような不安定点になる。そしてマグネットに回転止めを設けることによって、二つの安定位置に挟まれた範囲をマグネットが移動できるような構成とすることができる。図５上では、マグネットにそれぞれθ１’（第１の位置に対応する）、θ２’（第２の位置に対応する）の位置おいて回転止めを設けることでこれを実現できる。

それぞれの位置において、無通電時に重力や振動に負けずに鏡筒を保持するためには、ある一定以上のコギングトルク（絶対値が図５に示すＣｍｉｎ以上）が必要である。マグネットの可動範囲を「可動範囲１」に設定することによりこのことを達成できる。またそれぞれの位置において、通電時に摩擦や重力に打ち勝って鏡筒を起動するためには、ある一定以上の通電トルク（絶対値が図５に示すＴｍｉｎ以上）が必要である。このため、コイルへ通電する電圧は３Ｖでは起動に不十分であり、起動にはより高い電圧（第１の位置から第２の位置へは＋５Ｖの通電、第２の位置から第１の位置へは−５Ｖの通電）が必要となってしまい、省電力化が難しかった。

より低い電圧で起動させるには、マグネットの可動範囲を、第１の位置をθ１に、第２の位置をθ２に、つまり可動範囲２に設定することが考えられる。すると、第１の位置では、コイルへ通電する電圧が３ＶのときでもＴｍｉｎを越えることができ、より低い電圧で第１の位置から第２の位置へ鏡筒の起動を行える。しかしこのときのコギングトルクＣ１は、鏡筒保持に必要なトルクＣｍｉｎを下回ってしまい、無通電時に、重力や振動の影響で鏡筒の位置を保持することができなくなってしまう。

そこで、コギングトルクに加え、鏡筒を保持する別の保持力を利用して、鏡筒を保持する力を上記Ｃｍｉｎ以上とする構成にできれば、鏡筒の保持を確実に行え、第１の位置から第２の位置へ動かすために必要な電圧を下げることができ、省電力化を達成することができる点に着目し、本願出願人はこの種の新たな駆動装置を考えている。なお、マグネットの可動範囲を「可動範囲２」に設定しても、第２の位置から第１の位置へは従来と同様の電圧（−５Ｖ）を加えるようにすることで鏡筒の起動は可能であり、コギングトルクもＣｍｉｎを上回っているので、第２の位置での無通電時に、重力や振動の影響を受けても鏡筒の位置を保持可能である。

（発明の目的）
本発明の目的は、被駆動部材を一方もしくは他方の突き当て端位置に保持するための、コイルへの無通電時に発生するトルクが小さくても、該被駆動部材を安定的に一方もしくは他方の突き当て端位置にて保持可能とし、このことによりマグネットを第１の位置と第２の位置の一方から他方の位置へと切り換える際の起動電圧を低くし、省電力化を達成した駆動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、請求項１に記載の発明は、回転可能なマグネット、コイル及びステータを具備するアクチュエータによって、被駆動部材が一方の突き当て端位置から他方の突き当て端位置まで前記マグネットの軸方向に移動される駆動装置において、前記コイルの無通電時における前記被駆動部材の前記一方の突き当て端位置での保持を、前記マグネットと前記ステータとの間の前記軸方向の磁気力によって行い、前記コイルの無通電時における前記被駆動部材の前記他方の突き当て端位置での保持を、前記アクチュエータの回転方向のトルクによって行う駆動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２に記載の発明は、回転可能なリング状のマグネット、コイル及び前記マグネットの軸方向に近接して配置されるステータを具備し、前記コイルへの通電方向が切り換えられることにより、前記マグネットが第１の位置と第２の位置のいずれかの回転位置に切り換えられるアクチュエータと、前記マグネットが前記第１の位置と前記第２の位置との間の可動範囲において一方の位置から他方の位置へ切り換えられることに伴い、一方の突き当て端位置から他方の突き当て端位置まで前記マグネットの軸方向に移動する被駆動部材とを有する駆動装置において、前記第１の位置における前記コイルの無通電時における回転方向のトルクが保持に必要なトルクより小さくなるように前記マグネットの可動範囲を設定すると共に、前記コイルの無通電時に前記被駆動部材を前記マグネットと前記ステータとの間の前記軸方向の磁気力によって前記一方の突き当て端位置に保持する駆動装置とするものである。

本発明によれば、被駆動部材を一方もしくは他方の突き当て端位置に保持するための、コイルへの無通電時に発生するトルクが小さくても、該被駆動部材を安定的に一方もしくは他方の突き当て端位置にて保持可能とし、このことによりマグネットを第１の位置と第２の位置の一方から他方の位置へと切り換える際の起動電圧を低くし、省電力化を達成した駆動装置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および実施例２に示す通りである。

図１〜図４は、本発明の実施例１に係わる駆動装置を、第１の位置としてマクロ位置、第２の位置として標準位置に利用した、レンズのピント切り換えに用いた例を示すものであり、そのうち図１は駆動装置の分解斜視図、図２（ａ）はマクロ位置、（ｂ）は標準位置での駆動装置の断面図、図３（ａ）はマクロ位置、（ｂ）は標準位置における回転軸に垂直な面での駆動装置の断面図、図４はコイルへの通電を断ったときの、（ａ）マクロ位置、（ｂ）標準位置それぞれの鏡筒保持状態を示す模式図である。なお、この実施例１では、レンズが後述のセンサ８側にあるときを標準位置、後述のステータ４の磁極連結部４ｃ側にあるときをマクロ位置としている。また、以下の説明で用いる座標軸は図１（ｂ）に示すような円筒座標系を用い、ｚ軸はセンサ８からレンズ７に向かう方向を正としている。

図１〜図４において、１はｚ軸（図１（ｂ）参照）を中心軸にもつ中空円筒形状のマグネットであり、ロータを構成しており、外周表面をθ方向にｎ分割してＳ極、Ｎ極が交互に着磁（図３参照）された着磁部１ａを有している。また、該マグネット１の内周部には、内径方向に突き出た柱状の駆動ピン１ｂを３本、１２０度ごとに備えている。このマグネット１のｚ軸方向の安定点をＭ−Ｍとして図２に示している。マグネット１は、図２から明らかなように、常に安定点からｚ軸に負の方向に位置するため、常にｚ軸正の方向の力を受けている。

上記マグネット１は射出成形により形成されるプラスチックマグネットから成るため、駆動ピン１ｂを有するという複雑な形状でも一部品として製造することが可能である。また、射出成形マグネットは表面に薄い樹脂皮膜が形成されるため、錆の発生がコンプレッションマグネットに比較して大幅に少ないので塗装などの防錆処理を廃止できる。さらに、コンプレッションマグネットで問題になる磁性粉の付着もなく、防錆塗装時に発生しやすい表面のふくらみもなく、品質の向上が達成できる。該マグネット１の材料には、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁性粉とポリアミドなどの熱可塑性樹脂バインダー材との混合物を用い、この混合物を射出成形することにより形成されたプラスチックマグネットを用いている。これにより、コンプレッション成形されたマグネットの場合の曲げ強度が５００ｋｇｆ／ｃｍ^２程度なのに対して、例えばポリアミド樹脂をバインダー材として使用した場合８００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の曲げ強度が得られ、コンプレッション成形では出来ない薄肉円筒形状に形成することが可能となる。薄肉円筒状に形成することで後述のステータ４の外側磁極部と内側磁極部との間隔を短く設定することができ、その間の磁気抵抗が小さい磁気回路とすることができる。これにより、後述のコイル２への通電を行った場合、小さな起磁力でも多くの磁束を発生することができ、アクチュエータの性能が高まる。

２は円筒形状のコイルであり、マグネット１と同心でかつ該マグネット１のｚ軸方向に並んで配置され、その外径はマグネット１の外径とほぼ同じ寸法となっている。３は絶縁性材料からなるボビンであり、図２に示すように、糸巻形状部３ａと円筒形状のロータ軸受け部３ｂから成る。糸巻形状部３ａにはコイル２が巻回されており、その外径は後述のステータ外筒４ａの内径とほぼ等しい。ロータ軸受け部３ｂは糸巻形状部３ａと同心で、ｚ軸方向に並んで配置される。ロータ軸受け部３ｂの外径は前述のマグネット１の着磁部１ａの内径とほぼ同じであり、マグネット１を回転可能に支持している。ロータ軸受け部３ｂには駆動ピン１ｂを貫通するための切り欠き部を３箇所備えている。

４はコイル２に通電されることにより励磁されるステータであり、軟磁性体材料から成り、外筒４ａ、内筒４ｂそれらを結ぶ磁極連結部４ｃにより構成される。外筒４ａはその先端部がｚ軸方向に延出する複数の歯、すなわち櫛歯形状によって構成される。このｚ軸方向に延出する歯の数は前記マグネット１の着磁分割数ｎの１／２にて形成され、これらが外側磁極部を形成している。該外側磁極部はθ方向に７２０／ｎ度の整数倍数の角度離れて形成され、個数は着磁極数の半分以下ならばいくつでも構わない。本実施例１ではｎを１２に設定し、外側磁極部の数は６である。内筒４ｂは中空円筒形状により構成され内側磁極部を成すものであり、マグネット１の駆動ピン１ｂを貫通させるための切り欠き部を３箇所、１２０度ごとに備えている。

その切り欠き部は、図１及び図４に示すように、ガイド面４ｂ１、段差面４ｂ２、逃げ面４ｂ３、回転規制面４ｂ４，４ｂ５から成る。回転規制面４ｂ４，４ｂ５はそれぞれ後述の点Ｐ４，点Ｐ１を通り、ｚ軸に平行であり、これら回転規制面４ｂ４，４ｂ５によりマグネット１の可動範囲を、後述する図５の「可動範囲２」に設定している。ガイド面４ｂ１は後述の点Ｐ１、点Ｐ２を通り、ｚ軸に垂直な面である。段差面４ｂ２は後述の点Ｐ２，Ｐ３を通る任意の形状である。逃げ面４ｂ３は後述の点Ｐ３，Ｐ４を通り、ｚ軸に垂直な面である。切り欠き部を構成する点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６のうちの点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４それぞれの座標を（θ_p1，ｚ１）、（θ_p2，ｚ１）、（θ_p3，ｚ３）、（θ_p4，ｚ３）とすると、θ_p1＜θ_p2＜θ_p3＜θ_p4であり、ｚ３＞ｚ１である。このように内筒４ｂにガイド面４ｂ１、段差面４ｂ２、逃げ面４ｂ３を設けることにより、後述の第１の位置（マクロ位置）においてマグネット１をｚ軸を中心として自由に回転させることができる。ガイド面４ｂ１、段差面４ｂ２、逃げ面４ｂ３はボビン３に設けても良い。

ステータ４の内側磁極部を成す内筒４ａは、本実施例１の場合は中空の円筒形状で構成しているが、外筒４ａの軸方向に延出した外側磁極部と同様に櫛歯形状で構成してもよい。但し、外側磁極部が上に述べた櫛歯形状で構成されるならば、外側磁極部と内側磁極部の間を通過する磁束は櫛歯状の外側磁極部と該外側磁極部の形状を円筒形状の内側磁極部４ｂに投影した該内側磁極部上の位置との間を通過するため、内側磁極部の形状は単なる中空の円筒形状のままでもよい。

ステータ４の外筒４ａと内筒４ｂの間にボビン３とコイル２が接着などにより固定され、コイル２に通電されることによりステータ４が励磁される。ステータ４の外筒４ａ（外側磁極部）及び内筒４ｂ（内側磁極部）はマグネット１の着磁部１ａの外周面及び内周面に対向して該マグネット１の着磁部１ａを所定の隙間を持って挟み込むように設けられる（図３参照）。よって、コイル２により発生する磁束は外側磁極部及び内側磁極部との間にあるマグネット１を横切るので、ロータであるマグネット１に効果的に作用し、アクチュエータの出力を高めることができる。

また、マグネット１は前述したように射出成形により形成されるプラスチックマグネット材料により構成されており、これにより円筒形状の半径方向に関しての厚さは非常に薄く構成することができる。そのため、ステータ４の外側磁極部と内側磁極部との間隔を非常に短くでき、コイル２とステータ４により形成される磁気回路の磁気抵抗を小さく構成できる。これにより少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、アクチュエータの出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化が達成されることになる。

以上、マグネット１、ボビン３、コイル２、ステータ４により、本実施例１の駆動装置におけるアクチュエータが構成される。

５は地板であり、後述する鏡筒６の外径とほぼ径が等しく、ｚ軸を中心軸とする穴５ａを持つ。穴５ａの側面には回転止め溝５ｃを備える。回転止め溝５ｃは一ヶ所以上あれば良いが、本実施例１では鏡筒位置を後述のセンサ８と平行に保つために３ヶ所、１２０度ごとに設置している。回転止め溝５ｃは軸方向に長い柱状であって、ｚ軸上前面はマクロ端突き当て面５ｃ１、後面は標準端突き当て面５ｃ２とし、それぞれ後述の鏡筒６のマクロ端突き当て部６ａ１、標準端突き当て部６ａ２とｚ軸方向に対向している。

６は円筒形状の鏡筒であり、内部に後述のレンズ７を固定することができる。外周部にはｚ軸方向に伸びる柱状の回転止めキー６ａを回転止め溝５ｃと同数備えており、該回転止めキー６ａは回転止め溝５ｃと嵌合し、地板５と軸方向に摺動可能になっている。回転止めキー６ａのｚ軸上前面はマクロ側突き当て部６ａ１、後面は標準端突き当て部６ａ２となっている。回転止めキーは摩擦低減のためにｒ方向に伸びるピン形状のものでも良い。

また、鏡筒６の外周面にはカム溝６ｂを３箇所、１２０度ごとに備えている。カム溝６ｂは図４に示すようにヘリコイド部と水平部から構成されている。ヘリコイド部は、中心軸が図４（ｂ）に示す点Ｑ１、点Ｑ２を通る直線または曲線である。水平部の中心軸はｚ軸に対して垂直であり、図４（ｂ）に示す点Ｑ２、点Ｑ３を通る直線である。ヘリコイド中心軸を構成する点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３それぞれの座標を（θ_q1，ｚ５），（θ_q2，ｚ６），（θ_q3，ｚ６）とすると、θ_q1＜θ_q2＜θ_q3であり、ｚ５＞ｚ６となる。

カム溝６ｂはマグネット１の駆動ピン１ｂと摺動可能に当接し、図４（ｂ）のようにヘリコイド部で駆動ピン１ｂと当接するときは、マグネット１が回転することにより鏡筒６がｚ軸方向に移動可能になっている。カム溝６ｂの水平部で駆動ピン１ｂと当接するとき、鏡筒６はマグネット１とｚ軸を中心とする回転方向には自由であり、ｚ軸方向には一体で移動（マクロ位置と標準位置との間を）可能になっている。このように鏡筒６に設けた円筒カム形状のカム溝６ｂとステータ４に設けた端面カム形状のガイド面４ｂ１、段差面４ｂ２、逃げ面４ｂ３により、マクロ位置（第１の位置）ではマグネット１に働くｚ軸方向の力（後述する）を鏡筒６に伝え、標準位置（第２の位置）ではマグネット１に働く回転方向の力をｚ軸方向に変換して鏡筒６に伝え、マクロ位置と標準位置の間ではマグネット１の回転に伴い鏡筒６をｚ軸方向に移動することをコンパクトな構成で実現することができる。

７はレンズであり、鏡筒６の内径部に支持される。８はＣＣＤやＣ−ＭＯＳなど、光を電子的に記録するセンサであり、前述の地板５とビスや紫外線硬化樹脂などで固定される。

以上の構成をとることにより、鏡筒６に設けた回転止めキー６ａと地板５に設けた回転止め溝５ｃの寸法のみでレンズ繰り出し量を決められるため、多くの部品を介してレンズ繰り出し量を決めるものに比べて加工上の寸法誤差が積み重ならない。さらに、それぞれ柱状のキー、柱状の溝という単純な形状なため、精度よく加工でき、高精度に位置決めを行うことができる。また、駆動装置の寸法を径方向に小さくすることができる。すなわち、駆動装置全体の半径は、（レンズ７の半径）＋（鏡筒６の厚さ）＋（内筒４ｂ＋外筒４ａの各厚さ）＋（コイル２の厚さ）＋（ボビン３の厚さ）となり、レンズ７の光軸とアクチュエータの回転軸が一致しないものに比べて小さくできる。

次に、上述した構成によるアクチュエータの無通電時の特性について説明する。マグネット１は常にｚ軸方向における安定点（図２のＭ−Ｍ）からｚ軸に負の方向に位置するため、常にｚ軸正の方向の力を受けている。従って、コイル２への通電を断った時、マグネット１はステータ４（詳しくは、後述するように磁極連結部４ｃ）との間に働く磁力、つまりｚ軸方向に吸引する力を受けている。このマグネット１の受けるθ方向のトルク（コギングトルク、通電トルク）を図５に示している。なお、マグネット１の可動範囲は前述したように回転規制面４ｂ４，４ｂ５により、「可動範囲２」に設定されている。また、マグネット１に加わるｚ軸方向の力ｆを図６に示しており、図６において、横軸はマグネット１の回転位相、縦軸はステータ４によりマグネット１が受ける第１の位置（θ１）及び第２の位置（θ２）におけるｚ軸方向の力ｆ１，ｆ２である。

まず、θ方向において、既に説明したようにアクチュエータはコイル２への通電がなされていない状態では、図５に示すＥ１あるいはＥ２に対応する位置がマグネット１の安定点である。ｚ軸方向においては、無通電時、ステータ４がマグネット１の極に拘わらず、Ｎ極、Ｓ極ともに引きつける。従って、マグネット１は該マグネット１の回転角度位置に拘わらず強磁性体の体積の多い方、すなわちステータ４の磁極連結部４ｃに吸引される方向（ｚ軸方向）に力ｆ１，ｆ２を受けている。

上記のアクチュエータの特性を利用することで、コイル２への無通電時に、図２（ａ）〜図４（ａ）に示すマクロ位置、図２（ｂ）〜図４（ｂ）に示す標準位置それぞれの状態において回転軸（ｚ軸）方向の位置を保持することができる。

《マクロ時》
図４（ａ）は、マクロ位置において、鏡筒６を位置決めする際の模式図であり、マグネット１の駆動ピン１ｂが回転規制部４ｂ４に当接することにより、該マグネット１の回転角度位置は図３（ａ）に示すθ１となる。マグネット１は安定点Ｅ１に向かうコギングトルクＣ１を受けるものの、そのトルクは回転規制部４ｂ４に伝わるため、鏡筒６に伝わらない。このとき、マグネット１はステータ４からｚ軸方向の支持を受けず、ｚ軸方向に移動可能となっている。マグネット１の駆動ピン１ｂはカム溝６ｂの水平部に当接し、鏡筒６とｚ軸方向に一体となって移動する。このとき、マグネット１はｚ軸正方向にステータ４との間に働く力ｆ１により該ステータ４の磁極連結部４ｃの方向に吸収され、マクロ端突き当て部６ａ１はこの力でマクロ端突き当て部５ｃ１に押し付けられ、鏡筒６とｚ軸方向の位置が決まる。また、ｚ軸方向の力ｆ１が保持力となり、重力や振動に対しても鏡筒６の位置を安定して保持することができる。

このときのコギングトルクＣ１は標準時のコギングトルクＣ２に比べて小さな値で良い。前述の通り、コギングトルクを小さくすると、そのときの通電トルクは大きくなる。すなわち、小さなコギングトルクで鏡筒の位置を保持できると、駆動に必要な電圧を下げることができる。

《標準時》
図４（ｂ）は、標準位置において、鏡筒６を位置決めする際の模式図であり、マグネット１の角度位置は図３（ｂ）に示すθ２であり、マグネット１は安定点Ｅ２に向かうコギングトルクＣ２を受けている。このとき、鏡筒６は駆動ピン１ｂよりカム溝６ｂを介してｚ軸負方向に移動しようとする力を受ける。その結果、鏡筒６の標準端突き当て部６ａ２が標準端突き当て面５ｃ２に押し付けられ、ｚ軸方向の位置が定まる。すなわち、マグネット１は鏡筒６により回転規制を受け、鏡筒６はコギングトルクＣ２によってｚ軸方向の位置を保持される。このときのコギングトルクＣ２は、重力や振動に対して安定に保持できるトルクＣｍｉｎ以上である必要がある。また、このときのマグネット１に働くｚ軸方向の力ｆ２は、ガイド面４ｂ１により規制され、鏡筒６には伝わらない構造となっている。

図５に示すように、一般にコギングトルクの強い角度位置（例えばθ１’）ではコギングトルクの弱い角度位置（θ１）に対して、通電トルクの大きさはコギングトルクの強い角度位置のほうが小さくなる（Ｃ１’＞Ｃ１，ＴＬ１’＜ＴＬ）。従って、強いコギングトルクが必要な角度位置において起動に必要なトルクを出すには、電圧を高くする、コイル２の巻数を変える、などの対策が必要になってくるが、その結果、省エネルギー、省スペース性などが犠牲になる。また、両端をコギングトルクで保持する場合、保持に必要なコギングトルクと駆動に必要な通電トルクをともに得るための両端の角度位置が決まってしまい、設計自由度は少なくなる。

そこで、上記実施例１のように、マクロ位置においてステータ４とマグネット１の間に働くｚ軸方向の吸引力（力ｆ）を用いた保持を行う構成にすると、マクロ位置では位置保持のための高いコギングトルクが不要になる。従って、コギングトルクが低く、通電トルクが高いマグネット位置（図５におけるθ１）をマクロ位置とすることができ、低い電圧（図５では、３Ｖ）で鏡筒６を起動することができる。このことは省電力化、装置の小型化の上で有利である。また、マクロ時の角度位置を自由に選べるため、マグネット１の角度位置に関する設計自由度も大きくなる。

次に、駆動装置の駆動時の様子を、図３および図４を用いて説明する。前述のようにマクロ位置では、コイル２への通電を断っていてもマグネット１は図３（ａ）に示す角度位置θ１に保持されている。このときにコイル２へ＋３Ｖの電圧をかけると、ステータ４は励磁されて外側磁極部（外筒４ａ）がＳ極になる。すると、外側磁極部に対向するマグネット１の着磁部１ａが反発力を受け、マグネット１は図５に示すトルクＴＬを受けて安定的に起動し、θ正方向（図３（ａ）の反時計回り）に回転する。駆動ピン１ｂが逃げ面４ｂ３を過ぎると該駆動ピン１ｂは段差部４ｂ２を介してガイド面４ｂ１に乗り上がり、マグネット１はｚ軸正方向の移動を規制される。駆動ピン１ｂがカム溝６ｂのヘリコイド部と当接すると、マグネット１の回転とともに鏡筒６はｚ軸負方向に移動する。そして、標準端突き当て部６ａ２がｚ軸方向に対向している標準端突き当て面５ｃ２に当たり、図３（ｂ）の標準状態に切り換わる。前述のようにこのときに通電を断っても鏡筒６はこの位置に安定して保持される。この間、鏡筒６は回転止めキー６ａによって回転方向の動きを規制されるため、ｚ軸負方向（図４の下方向）に直進する。

次に、標準位置において、コイル２へ−５Ｖをかけると、外側磁極部がＮ極に励磁され、マグネット１ａは通電トルクＴｈ２を受けて起動し、θ負方向（図３（ｂ）の時計回り）に回転する。駆動ピン１ｂがカム溝６ｂのヘリコイド部と当接している間、マグネット１の回転とともに鏡筒６はｚ軸正方向に移動する。マグネット１が回転し、駆動ピン１ｂの角度位置がＰ２を越えると、マグネット１がステータ４のガイド面４ｂ１から受けていたｚ軸正方向の規制がなくなる。同時に駆動ピン１ｂはカム溝６ｂの水平部と当接し、鏡筒６はマグネット１とともにｚ軸正方向に僅かに移動する。そして、マクロ端突き当て部６ａ１がｚ軸方向に対向しているマクロ端突き当て面５ｃ１に当たり、図３（ａ）のマクロ状態に切り換わる。

このようにコイル２への通電方向を切り換えることにより、鏡筒（レンズ）位置を標準、マクロの２つの位置に安定して切り換えることができる。

上記実施例１によれば、通電トルクは摩擦や重力に打ち勝つために、ある一定以上（Ｔｍｉｎ）である必要があるが、電圧を低くしたい（図５の３Ｖに下げたい）ので、図５において、第１の位置をθ１’からθ１へ、第２の位置をθ２’からθ２へとマグネット１の可動範囲を「可動範囲１」から「可動範囲２」にずらす（回転規制部４ｂ４，４ｂ５により）ことで３Ｖでの通電トルクをＴｍｉｎ以上のＴＬにして、第１の位置での鏡筒６の起動を可能にしている。また、無通電時に重力や振動に負けずに鏡筒を保持するには、第１の位置（θ１）では、このときのコギングトルクＣ１では不十分なためにマグネット１の位置をｚ軸方向の安定点（図２のＭ−Ｍ）よりもｚ軸の負方向にずらし、このことによりｚ軸方向に作用する力ｆ１を利用して、鏡筒６の保持を行うようにしている。第２の位置（θ２）では、従来通り、電圧を−５Ｖにすることで起動可能とし、また、この第２の位置を安定点であるＥ２から離れた場所に設定して、この第２の位置において、Ｃｍｉｎを上回っているＥ２へ向かうコギングトルクＣ２を発生させ、鏡筒６の保持を可能にしている。

つまり、第１の位置では、ｚ軸方向の力ｆ１を利用して鏡筒６の保持を可能にしているので、コギングトルクＣ１が小さくてもよく、よって、第１の位置から第２の位置への鏡筒６の起動電圧を３Ｖ（Ｔｍｉｎよりも大きいＴＬ）にしても、該鏡筒６を起動することができる。よって、被駆動部材である鏡筒６を第１の位置において安定的に保持可能であるとともに、第１の位置から第２の位置へ鏡筒６の位置を切り換える際に必要な電圧を下げることができ、省電力化を達成可能となる。

また、マクロ時の角度位置を自由に選べるため、マグネット１の角度位置に関する設計自由度も大きくなる。

さらに、第２の位置においては回転方向の磁気的な吸引力により鏡筒位置を保持することができ、その結果、レンズの光学性能を安定させることができる。このとき少ない部品点数でレンズ繰り出し量を決められるため、高精度に位置決めを行うことができる。

その他の効果として、コイル２への通電により発生する磁束は、外側磁極部と内側磁極部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。外側磁極部４ａは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、軸の中心に向かうような半径方向への凹凸により構成されるものに比べて直径方向に関する寸法は小さく構成できる。これにより、外径と内径との差が小さい円筒状のアクチエータとすることができる。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。

次に、本発明の実施例２に係わる駆動装置について、図７〜図９を用いて説明する。

図７は本発明の実施例２に係わる駆動装置の分解斜視図、図８（ａ）はマクロ位置、（ｂ）は標準位置の回転軸に垂直な面での駆動装置の断面図、図９は図７及び図８に示す軸受けの要部構成を示す図である。なお、図１と同じ構成部品については同一の符号を付し、その詳細は省略する。なお、本実施例２における地板は、図１の地板５と同様の機能を有するが、その形状が一部異なるために「５’」として示している。

図７〜図９において、１０は中空円盤形状に形成され、その中心を回転中心として回転可能に保持されるマグネットである。該マグネット１０は回転中心となる仮想軸に直交する面が該仮想軸を中心とする角度方向にｎ分割（本実施例２では１２分割）して、Ｓ極、Ｎ極に交互に着磁されている。また、該マグネット１０の内周部には内径方向に突き出た柱状の駆動ピン１０ａを３本、１２０度ごとに備えている。コイル２は、マグネット１０の外径側に同心上で、軸方向には重なって配置されている。

１１は絶縁性材料からなるボビンであり、コイル２が巻回されている。１２は軟磁性材料からなる第１のステータであり、コイル２への通電により励磁される第１磁極部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆを持ち、該第１磁極部１２ａ〜１２ｆは円盤形状のマグネット１０の軸方向と垂直な平面に所定の隙間をもって対向し、マグネット１０の半径方向でしかも内径方向に延出する櫛歯形状の歯により構成されている。該第１のステータ１２の各第１磁極部はその先端部がマグネット１０の半径方向に延出する複数の歯、即ち櫛歯形状によって構成されているが、この延出する歯の数はマグネット１０の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（本実施例２では７２度）ずつ等分配置されている（本実施例２では６つ）。コイル２への通電により、第１磁極部１２ａ〜１２ｆはすべて互いに同極になるように励磁される。

１３は軟磁性材料からなる第２のステータであり、コイル２への通電により励磁される第２磁極部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆを持ち、該第２磁極部１３ａ〜１３ｆは円盤形状のマグネット１０の軸方向と垂直な平面に所定の隙間をもって対向し、マグネット１０の半径方向でしかも内径方向に延出する櫛歯形状の歯により構成されている。該第２のステータ１３の各第２磁極部はその先端部がマグネット１０の半径方向に延出する複数の歯、即ち櫛歯形状によって構成されるが、この延出する歯の数はマグネット１０の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（本実施例２では７２度）ずつ等分配置されている。

第２のステータ１３の第２磁極部１３ａ〜１３ｆはマグネット１０を挟んで第１のステータ１２の第１磁極部１２ａ〜１２ｆに対向する位置に形成されている。第１のステータ１２と第２のステータ１３の各磁極部はコイル２の外径を覆う外壁部１３ｇで磁気的に連結されている。

上記コイル２、第１のステータ１２、第２のステータ１３で磁気回路を構成している。コイル２への通電により、第１磁極部１２ａ〜１２ｆはすべて互いに同極になるように励磁される。但し、第１のステータ１２の第１磁極部１２ａ〜１２ｆと第２のステータ１３の第２磁極部１３ａ〜１３ｆとは異なる極性に励磁される。

１４は非磁性材料による軸受けである。マグネット１０の駆動ピン１０ａを貫通するため、周方向に長い切り欠き部１４ａを３ヶ所備える。軸受け１４はその外周部でマグネット１０の内径面と当接し、該マグネット１０を回転可能に保持している。１４ｂ１，１４ｂ２は、上記実施例１におけるステータ４の回転規制部４ｂ４，４ｂ５と同様の機能（マグネット１０の可動範囲を図５の「可動範囲２」とする機能）を有する部分である。

図９に、軸受け１４とマグネット１０の可動範囲の位置関係を示す。コイル２への通電を断ったとき、マグネット１０は第１磁極部１２ａ〜１２ｆ、第２磁極部１３ａ〜１３ｆ双方から磁気的な吸引力を受ける。従って、マグネット１０が第１磁極部１２ａ〜１２ｆにくっついたとき、第２磁極部１３ａ〜１３ｆにくっついたとき、それぞれがマグネット１０の軸方向安定点となり、その中間地点がマグネット１０に働く軸方向の磁力が０になる不安定点である。

従って、図９に示すように、軸受け１４（切り欠き部１４ａ）を配置し、マグネット１０の可動範囲を不安定点より僅かにｚ軸方向にずらしておくと、マグネット１０には常にｚ軸正方向（図９の上方向：図８の左方向）に力を受ける。

また、切り欠き部１４ａにはマグネット１０が第１の位置（マクロ位置：図５のθ１）になる角度位置において、逃げ部１４ｂを有する。こうすることにより、マグネット１０を第１の位置でｚ軸正方向に移動可能にできる。その結果、上記実施例１と同じように、第１の位置において、鏡筒６とマグネット１０の駆動ピン１０ａをｚ軸正方向に一体となって移動させ、マクロ端突き当て部６ａ１をマクロ端突き当て部５ｃ１’に押し付けることができ、第１の位置から第２の位置（この実施例２では、マクロ位置から標準位置）への駆動に必要な電圧を下げることができる。

以上、マグネット１０、コイル２、ボビン１１、第１のステータ１２、第２のステータ１３、軸受け１４により、実施例２の駆動装置におけるアクチュエータが構成される。

上記の構成により、アクチュエータの厚さを最小限にしつつ磁極の形成が可能となる。すなわち、上記実施例１のように磁極部を軸方向と平行に延びる凹凸で形成すると、その分アクチュエータは厚くなってしまうが、本実施例２では、半径方向に延出する櫛歯形状により磁極部を形成しているので、ステップモータを構成する駆動装置の回転軸方向と平行方向の寸法を最小限に抑えることができる。つまり、本実施例２では、上記実施例１と比べると半径方向には大きくなってしまうものの、回転軸方向には小さくすることができる。

また、実施例１と同様、コイル２への通電方向を切り換えることにより、レンズ位置を標準、マクロの二つの位置に安定して切り換えることができる。そのときにマクロ位置では位置保持のための高いコギングトルクが不要になり、マクロ位置から標準位置へ切り換える電圧を下げることができ、上記実施例１と同様、省電力の駆動装置とすることができる。

本発明は、レンズをマクロ位置と標準位置に切り換える駆動装置のみならず、広角位置と望遠位置に切り換える駆動装置、収納位置と撮影位置に切り換える駆動装置、シャッタを閉位置と開位置に切り換える駆動装置などに適用することができる。

本発明の実施例１に係わる駆動装置を示す斜視図である。図１の駆動装置においてマクロ位置（ａ）、標準位置（ｂ）での断面図である。図１の駆動装置においてマクロ位置（ａ）、標準位置（ｂ）における回転軸に垂直な面での断面図である。本発明の実施例１においてコイルへの通電を断ったときのマクロ位置（ａ）、標準位置（ｂ）それぞれでの鏡筒保持状態を示す模式図である。本発明の実施例１においてマグネットにかかるトルクを示す図である。本発明の実施例１においてマグネットにかかる軸方向の力を示す図である。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７の駆動装置においてマクロ位置（ａ）、標準位置（ｂ）における回転軸に垂直な面での断面図である。本発明の実施例２における軸受けとマグネット可動範囲の位置関係を示す図である。

符号の説明

１，１０マグネット
２コイル
３，１１ボビン
４ステータ
４ｃ磁極連結部
４ｂ４，４ｂ５回転規制部
５，５’ 地板
５ｃ，５ｃ’回転止め溝
６鏡筒
６ｂカム溝
７レンズ
１２第１のステータ
１３第２のステータ
１４軸受け
１４ａ切り欠け部
１４ｂ逃げ部
１４ｂ１，１４ｂ１回転規制部

Claims

回転可能なマグネット、コイル及びステータを具備するアクチュエータによって、被駆動部材が一方の突き当て端位置から他方の突き当て端位置まで前記マグネットの軸方向に移動される駆動装置において、
前記コイルの無通電時における前記被駆動部材の前記一方の突き当て端位置での保持を、前記マグネットと前記ステータとの間の前記軸方向の磁気力によって行い、前記コイルの無通電時における前記被駆動部材の前記他方の突き当て端位置での保持を、前記アクチュエータの回転方向のトルクによって行うことを特徴とする駆動装置。
回転可能なリング状のマグネット、コイル及び前記マグネットの軸方向に近接して配置されるステータを具備し、前記コイルへの通電方向が切り換えられることにより、前記マグネットが第１の位置と第２の位置のいずれかの回転位置に切り換えられるアクチュエータと、
前記マグネットが前記第１の位置と前記第２の位置との間の可動範囲において一方の位置から他方の位置へ切り換えられることに伴い、一方の突き当て端位置から他方の突き当て端位置まで前記マグネットの軸方向に移動する被駆動部材と、
を有する駆動装置において、
前記第１の位置における前記コイルの無通電時における回転方向のトルクが保持に必要なトルクより小さくなるように前記マグネットの可動範囲を設定すると共に、前記コイルの無通電時に前記被駆動部材を前記マグネットと前記ステータとの間の前記軸方向の磁気力によって前記一方の突き当て端位置に保持することを特徴とする駆動装置。