JP2007006551A - 駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 リードスクリュー&ラック一体ステッピングモータの鏡筒への連結を相互位置誤差やガタを吸収する構造で行い、正確かつ安定した駆動を図る。
【解決手段】 リードスクリューとラックとラック支持バーとを備えたステッピングモータ(キャラメルCAM)と、鏡筒と、鏡筒支持バーと、ラックと鏡筒とを連結する連結バネと、を備えた駆動装置であって、連結バネに設けられる穴部がラックの球形状出力部を付勢する。
【選択図】 図8

Description

本発明は、駆動装置に関し、モータを用いて光学部材等を駆動する駆動装置に関する。
モータの第1の従来例として、回転軸方向長さを短くし、且つ出力を高めたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図10は、第1の従来例のモータの分解斜視図であり、図11は、図10のモータの縦断面図である。
図10及び図11において、第1の従来例のモータは、周方向にN分割されて異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネット106と、マグネット106の内径部に固定される軟磁性材料からなるロータ軸107と、ロータ軸107の軸方向においてマグネット106に隣接して配置される第1のコイル102と、第1のコイル102により励磁され、第1のコイル102の内周側に挿入され、かつ、マグネット106の外周面に対して所定の隙間をもち、その外周面の所定の角度範囲内に対向するように配置される第1の外側磁極部101aと、ロータ軸107の軸方向においてマグネット106に隣接するとともに第1のコイル102と略同一平面上に配置される第2のコイル104と、第2のコイル104により励磁され、第2のコイル104の内周側に挿入され、かつ、第1の外側磁極部101aとはマグネット106の着磁部に対して(180/N)度位相がずれるとともにマグネット106の外周面に対して所定の隙間をもち、その外周面の所定の角度範囲内に対向するように配置される第2の外側磁極部101bとを備える。また、第1の外側磁極部101aと第2の外側磁極部101bとこれらの一端部を結ぶ平板部101cとでステータ101が一体的に形成される。ロータ軸107はステータ1に取り付けられる軸受け110とカバー108に取り付けられる軸受け109とにより回動可能に支持される。
このモータは、第1のコイル102、第2のコイル104への通電方向を切り換えて、第1の外側磁極部101a、第2の外側磁極部101bの各極性を切り換えることによりロータ軸107を回転させる。
このモータは、コイルに通電することにより発生した磁束が外側磁極部からマグネットを通過して対向するロータ軸(内側磁極部)へ、又はロータ軸(内側磁極部)からマグネットを通過して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率的に作用する。また、ロータ軸が内側磁極部を兼ねることでマグネットの内周と内側磁極部との間に空隙を設ける必要がないため、外側磁極部と内側磁極部との間隔を非常に小さくでき、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が小さくなる。よって少ない電流で多くの磁束を発生させて、出力を向上させることができる。さらに、第1のコイルと第2のコイルとはともにマグネットに隣接して略同一平面状に配置されるとともに、第1の外側磁極部と該第2の外側磁極部とは同一のマグネットに対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されているのでマグネットは軸方向に関して短く構成でき、軸方向の長さが短いモータとすることができる。また、2つの外側磁極部は一体で形成されるため、相互位置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、構造が簡単なモータを提供でき、コストが安い。
しかしながら、上記第1の従来例にて提案されているものは、特に光学部材等を駆動する場合の機構の具体的な記述はない。
一方、第2の従来例として、モータを用いて被駆動部材を駆動する変異装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
これは、モータに連結されたスクリュー軸に噛み合う噛合体と被駆動部材との取り付けを、被駆動部材の駆動方向には剛性を有しかつその移動方向と直交する方向に対して可撓性を有する連結体を介して取り付けたもので、噛合体と被駆動部材は被駆動部材の駆動方向にはガタなく追従し、スクリュー軸と被駆動部材を支持するガイド部材とに平行誤差が生じても連結体が撓むことで誤差を吸収してくれる。
また、第3の従来例として、モータを用いてレンズを駆動するレンズ駆動装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
これは、レンズを保持するレンズ枠と、このレンズ枠を光軸方向に移動可能に保持する2本のガイドポールで構成された第1のガイド手段と、送りねじを有するモータ軸と一体の駆動軸と、この駆動軸の送りねじの円周180°以下に螺合する切欠けナットを有する駆動片と、この駆動片を前記駆動軸と平行に摺動かつ回動可能に保持するモータ取付体に配設された1本のガイドポールで構成される第2のガイド手段とを備えたレンズ移動装置であって、前記駆動片は前記駆動軸に挟み込む手段であるアームを備え、前記駆動片と前記レンズ枠とは光軸方向には隙間なく光軸の直角方向には隙間をもって挿入係合され、前記駆動軸の回転により前記駆動片を光軸方向に駆動させると共に、レンズ枠を駆動することによりレンズを移動するレンズ移動装置である。
特開2004−242453号公報 実開平2−71155号公報 特許第2890689号
しかしながら、上記第2の従来例にて提案されているものは、モータとガイド部材とは何らかの部材に取り付けられなければならないが、その具体的な記述はない。また、噛合体と被駆動部材とは連結体を介して取り付けられており、被駆動部材なしには直進駆動機構を構成できない。すなわち、被駆動部材を新規に設計する場合、直進駆動機構も合わせて新規に設計する必要があり、設計負荷が大きく、製品サイクルの短い機器に応用するのは難しい。
また、上記第3の従来例にて提案されているものは、上記第2の従来例の被駆動部材に相当するレンズ及びレンズ枠がなくても、直進駆動機構を構成可能な構造となっており、モータと、モータに一体の送りネジを有する駆動軸と、駆動片と、第2のガイド手段と、モータ取付体とで直進駆動機構をユニット化することが可能であり、レンズ及びレンズ枠を新規に設計する場合、ユニット化された直進駆動機構はそのまま利用することが可能となる。
しかしながら、上記第3の従来例にて提案されているものは、駆動片とレンズ枠とは光軸方向には隙間なく光軸の直角方向には隙間をもって挿入係合するとあるが、光軸方向の挿入係合には挿入ガタを取るためのレンズ及びレンズ枠の自重に打ち勝つ一定の付勢力が必要であり、モータユニットをレンズ枠に組み付ける際、レンズ枠の光軸方向に垂直な方向から組み付ける必要があるが、最終取り付け位置から左右にわずかでもずれて挿入していくと、組み付け後に光軸方向付勢力発生部にねじれ力が生じ、レンズ枠の移動及び伝達負荷に影響を与えてしまうという欠点がある。
本発明の目的は、小型で且つ軸方向の長さが短く、低コストで高出力なステッピングモータを用いて、被駆動部材をスムーズかつ正確に駆動する駆動装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1記載の駆動装置は、両端にモータ軸方向に延びる第1の外側磁極部と第2の外側磁極部を夫々一体的に有するステータと、前記第1の外側磁極部と前記第2の外側磁極部の間において前記ステータに一端部が回転自在に支持されると共に、周りにマグネットが固定された軟磁性材料製のロータと、前記ロータと一体で回動するリードスクリューと、前記モータ軸方向に関して前記マグネットと前記ステータの間において前記第1の外側磁極部及び前記第2の外側磁極部に夫々巻回された第1のコイル及び第2のコイルと、前記ステータに固定されて前記マグネットの一端部を覆うとともに
前記リードスクリューの一端部を回転自在に支持するアングルと、先端が球形状の出力部が設けられて前記リードスクリューに噛み合うラックと、前記アングルに取り付けられて前記ラックを前記リードスクリューの軸と平行方向に回動可能に支持するラック支持バーと、を有するステッピングモータと、前記ラック支持バーと平行的に設けられるガイド部材と、前記ガイド部材に支持されて直線状に移動可能な被駆動部材と、前記被駆動部材に取り付けられて、前記ラックと前記被駆動部材とを連結するバネ部材と、を備えた駆動装置において、前記バネ部材に設けられた穴部が前記ラックの出力部先端を前記被駆動部材に付勢することを特徴とする。
請求項2記載の駆動装置は、請求項1記載の駆動装置において、前記バネ部材のラック部付勢方向は前記被駆動部材の駆動方向と略一致することを特徴とする。
請求項3記載の駆動装置は、請求項1記載の駆動装置において、前記バネ部材の穴部は円形状であることを特徴とする。
請求項4記載の駆動装置は、請求項2記載の駆動装置において、前記バネ部材は前記被駆動部材に取り付ける際、前記被駆動部材の駆動方向に垂直な方向に取り付け位置を調整可能になっていることを特徴とする。
請求項1記載の駆動装置によれば、駆動に用いられるステッピングモータは、第1の外側磁極部と第2の外側磁極部との間にあるロータの周りにマグネットが固定されているので、マグネットの強度が向上されると共に、内側磁極部をロータに形成することができ、よって内側磁極部とマグネットとの隙間を不要にして磁気抵抗を低減することによりモータ出力を向上させることができ、また、このステッピングモータは、マグネットの外径部のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てを容易にして不良率も低減することができる。さらに、このステッピングモータは、第1のコイルと第2のコイルとはともにマグネットに隣接して略同一平面状に配置されるとともに、第1の外側磁極部と該第2の外側磁極部とは同一のマグネットに対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されているので、マグネットは軸方向に関して短く構成でき、軸方向の長さが短いモータとすることができる。また、2つの外側磁極部は一体で形成されるため、相互位置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、構造が簡単なモータを提供でき、コストが安い。さらに、このステッピングモータは、ステータとステータに固定されるアングルとでロータを支持する構成のため、2つの支持部の同軸度のズレを最小限に押えることができ、マグネット外周面と第1及び第2の外側磁極部内周面とのギャップの均一化が図られて安定した回転が得られる。また、このステッピングモータは直進駆動機構がユニット化されており、汎用性が高い。また、ステッピングモータと被駆動部材との連結を先端が球形状のラック出力部と穴部の開いたバネ部材とで行うことで、ステッピングモータと被駆動部材との相対位置誤差を吸収可能となり、被駆動部材を安定して駆動可能となる。以上の結果、小型で且つ軸方向の長さが短く、低コストで高出力なステッピングモータを用いて安定した駆動が可能な駆動装置を提供することができる。
請求項2記載の駆動装置によれば、バネ部材を被駆動部材に取り付ける際、被駆動部材と同一方向から組み付けることが可能となり、組み立て作業性が向上する。
請求項3記載の駆動装置によれば、バネ部材によりラックの出力部先端をガタつきなく被駆動部材に付勢することが可能となるとともに、バネ部材の位置決めが容易となる。
請求項4記載の駆動装置によれば、モータと被駆動部材との駆動方向に垂直な方向における相対位置に誤差が生じていても、バネ部材の取り付け時にバネ部材の位置を調整することで吸収可能となる。すなわち、バネ部材をラックの出力部先端を挟んで被駆動部材に取り付ける際、被駆動部材、或いはラックに駆動負荷となるようなねじれ力が発生しない。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳述する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る駆動装置の構成の一部であるステッピングモータの構成を示す分解斜視図であり、図2は、ステッピングモータを組み立てた状態における内部構造を示す2つのコイルを通る縦断面図であり、図3は、ステッピングモータを組み立てた状態における内部構造を示す2つのコイルの間を通る縦断面図である。
図1乃至図3において、ステッピングモータは、ステータ1、第1の軸受2、第2の軸受12、第1のコイル3、第2のコイル4、ボビン5、マグネット8、コア9、リードスクリュー軸10、アングル11、ラック15を備えている。
ステータ1は、軟磁性材料により形成されており、第1の外側磁極部1a、第2の外側磁極部1b、平板部1c、穴部1d、突起部1e、1fを備えている。平板部1cは、開き角θ(図4参照)のへの字形をなす板状の部材である。平板部1cの中央には、第1の軸受2が取り付けられる穴部1dが形成されている。第1の外側磁極部1a及び第2の外側磁極部1bは、それぞれ、櫛歯形状を有し、平板部1cの両端部において該平板部1cに対し一体的に単純に曲げられると共に、リードスクリュー軸10に対し平行に配置される。突起部1e、1fは、第1の外側磁極部1aの先端と第2の外側磁極部1bの先端とにそれぞれ一体的に設けられている。
ステ−タ1は、第1の外側磁極部1aと第2の外側磁極部1bが平板部1cと一体的に構成されている。このため、第1の外側磁極部1aと第2の外側磁極部1bとの相互誤差が少なくなり、組み立てによるステッピングモータの性能のばらつきを最小限に抑えることができる。
第1の軸受2は、軟磁性材料により円筒形状に形成されており、中央部に所定の深さの軸穴部2a、軸方向一方の端部に固定部2bを備えている。第1の軸受2は、軸穴部2aにリードスクリュー軸10が嵌合し、固定部2bがステータ1の穴部1dに取り付けられることで、リードスクリュー軸10を回転自在に支持する。
ボビン5は、第1のボビン部5a、第2のボビン部5b、カバー部5c、ダボ5d、5eを備えている。カバー部5cは、ステータ1の第1の外側磁極部1a及び第2の外側磁極部1bが嵌合可能な形状を有する。カバー部5cは、ステータ1の平板部1cの上面に載置され、マグネット8の外周面を覆うと共に、ステッピングモータの外観の一部を構成する。
第1のボビン部5aは、第1のコイル3が巻回されるものであり、カバー部5cに一体的に配設されている。また、第1のボビン部5aは、その内側に、第1の外側磁極部1aの軸方向における平板部1c寄りの部分が嵌合する切り欠き部を有する。第2のボビン部5bは、第2のコイル4が巻回されるものであり、カバー部5cに一体的に配設されている。また、第2のボビン5bは、その内側に、第2の外側磁極部1bの軸方向における平板部1c寄りの部分が嵌合する切り欠き部を有する。
更に、ボビン5のカバー部5cの長手方向両側には、第1のコイル3のコイル端子がからげられる(接続される)2つの端子ピン6(一部不図示)、及び、第2のコイル4のコイル端子がからげられる(接続される)2つの端子ピン7が配設されている。更に、ボビン5のカバー部5cの上面には、アングル11の取り付け位置を決めるための2つのダボ5d、5eが配設されている。
第1のコイル3は、軸方向におけるマグネット8とステータ1の平板部1cとの間で、第1の外側磁極部1aの外周側において、第1のボビン部5aに巻回される。第1のコイル3は、両端のコイル端子がボビン5に付設された上記2つの端子ピン6にからげられることで導通状態となる。これにより、第1のコイル3へ通電することにより、ステータ1の第1の外側磁極部1aが励磁される。
第2のコイル4は、軸方向におけるマグネット8とステータ1の平板部1cとの間で、第2の外側磁極部1bの外周側において、第2のボビン部5bに巻回される。第2のコイル4は、両端のコイル端子がボビン5に付設された上記2つの端子ピン7にからげられることで導通状態となる。これにより、第2のコイル4へ通電することにより、ステータ1の第2の外側磁極部1bが励磁される。
第1のコイル3及び第2のコイル4は、ステータ1の平板部1cの上面に隣接して配置され、第1のコイル3及び第2のコイル4の間には、リードスクリュー軸10及び第1の軸受2が隣接して配置される。これにより、2つのコイル及びマグネットをモータ軸方向に間隔を置いて配置した構造と比較し、ステッピングモータの軸方向長さを短くすることができる。
マグネット8は、円筒形状に形成されており、コア9が嵌合可能な内径部8aを備えている。マグネット8は、円周方向にN分割(着磁極数:N)(本実施の形態では6分割(着磁極数:6))され、S極とN極が交互に着磁されている(図4参照)。マグネット8の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を有するか、或いは全く着磁されていないか、或いは外周面と逆の極(外周面がS極の場合はN極)に着磁されている。
コア9は、軟磁性材料により円筒形状に形成されており、リードスクリュー軸10が嵌合可能な穴部9aを備えている。コア9は、マグネット8の内径部8aに接着等により固定される。マグネット8とコア9とは、互いの軸方向寸法が同一に形成されており、互いの軸方向端面が同一となるように固定される。
リードスクリュー軸10は、軟磁性材料により形成されており、第1軸部10a、第2軸部10b、雄ネジ部10cを備えている。第1軸部10aは、先端部以外の部分がコア9の穴部9aに嵌合して固定され、球面(球R)形状を有する先端部が第1の軸受2に回転自在に支持される。第2軸部10bは、球面(球R)形状を有する先端部が第2の軸受12に回転自在に支持される。雄ネジ部10cは、後述するラック15の突起部15bと噛み合うことで、リードスクリュー軸10の回転に伴い、ラック15を軸方向に直進移動させる。
アングル11は、一体で形成された、平板状の天板部11a、アーム部11b、保持部11cを備えている。また、天板部11aは、穴部11d、11e、位置決め部11f、11g、穴部11h、11iを備えている。また、保持部11cは、穴部11j、11kを備えている。
天板部11aの穴部11d、11eには、ステータ1の第1の外側磁極部1aの先端の突起部1eと、第2の外側磁極部1bの先端の突起部1fとがそれぞれ挿入され、レーザ溶接やカシメ等により固定される。アーム部11bは、天板部11aの端部から直角に折り曲げた状態(組み立て状態でリードスクリュー軸10と平行方向)で一体に形成されている。保持部11cは、アーム部11bの端部から直角に折り曲げた状態(天板部11aと平行方向)で一体に形成されている。
天板部11aは、該天板部11aとステータ1との間にボビン5を挟持する状態でステータ1に固定される。天板部11aの位置決め部11f、11gには、ボビン5のダボ5d、5eが嵌合され、天板部11aに対するボビン5の取り付け位置が決められる。また、天板部11aの穴部11hは、略中央部に形成されており、リードスクリュー軸10の雄ネジ部10cの外径よりも大きな径を有する。
なお、本実施の形態では、リードスクリュー軸10とコア9とは別体のものを一体に固定する構成としているが、リードスクリュー軸10とコア9を一体で形成しても良い。リードスクリュー軸10とコア9を別体で構成する場合は、リードスクリュー軸10には強度が強くて耐磨耗性が優れるSUS等の材料を使用し、コア9には磁気効率の良いSUY等の軟磁性材料を使用することが可能となる。他方、リードスクリュー軸10とコア9を一体で構成する場合は、部品点数の削減によるコスト低減を図ることができると共に、コア9とリードスクリュー軸10との同軸位置精度を向上させることが可能となる。
第2の軸受12は、アングル11の保持部11cに設けられた穴部11kに取り付けられる。第2の軸受12は、リードスクリュー軸10の第2軸部10bを回転自在に支持する。
軸押えバネ13は、アングル11の保持部11cに取り付けられ、リードスクリュー軸10の第2軸部10bの球R形状の先端部を軸方向に片寄せた状態に付勢すると共に、ラック支持バー14の抜け止めを兼ねている。
ラック支持バー14は、アングル11の天板部11aの穴部11i及び保持部11cの穴部11jに取り付けられ、ラック15を回動可能に支持する。
ラック15は、軸穴部15a、突起部15b、腕部15c、出力部15d、バネ掛け部15eを備えている。軸穴部15aには、ラック支持バー14が挿入され嵌合する。突起部15bは、リードスクリュー軸10の雄ネジ部10cに噛み合う。腕部15cは、バネ性を有し、リードスクリュー軸10の雄ネジ部10cを突起部15bと共に挟み込む。また、腕部15cには、ラック押えバネ16の一端部16aが引っ掛けられる。先端が球形状の出力部15dは、リードスクリュー軸10の回転をステッピングモータの外部に駆動力として伝達する。バネ掛け部15eには、ラック押えバネ16の他端部16bが引っ掛けられる。
ラック押えバネ16は、一端部16aをラック15の腕部15cに引っ掛け、他端部16bをラック15のバネ掛け部15eに引っ掛けることで、ラック15の突起部15bをリードスクリュー軸10の雄ネジ部10cに押し付ける。
リードスクリュー軸10は、第1軸部10aの球面(球R)形状の先端が第1の軸受2の穴部2aの底面に当接することで、軸方向の位置が決められる。これにより、リードスクリュー軸10が回転時に軸方向への振れが抑制される結果、リードスクリュー軸10の雄ネジ部10cに噛み合うラック15の軸方向送り精度が向上する。また、軸押えバネ13は、アングル11の穴部11kからの第2の軸受12の抜け止めも兼ねている。
ステータ1の第1の外側磁極部1aと第2の外側磁極部1bは、マグネット8の外周面に所定の隙間をあけて対向している。そして、コア9における第1の外側磁極部1aに対向する部分と、リードスクリュー軸10と、第1の軸受2とにより、第1の内側磁極部が形成される。同様に、コア9における第2の外側磁極部1bに対向する部分と、リードスクリュー軸10と、第1の軸受2とにより、第2の内側磁極部が形成される。
これにより、第1のコイル3へ通電することで、第1の外側磁極部1aと第1の内側磁極部をそれぞれ反対の極に励磁して、その磁極間にマグネット8を横切る磁束を発生させ、磁束を効果的にマグネット8に作用させる。同様に、第2のコイル4へ通電することで、第2の外側磁極部1bと第2の内側磁極部をそれぞれ反対の極に励磁し、その磁極間にマグネット8を横切る磁束を発生させ、磁束を効果的にマグネット8に作用させる。
本実施の形態では、マグネット8の内側で内側磁極部を成すコア9とマグネット8の内周部との間に、空隙を設ける必要がなくなるので、第1の外側磁極部1aとコア9との間隔及び第2の外側磁極部1bとコア9との間隔を小さくすることができる。よって、第1のコイル3、第1の外側磁極部1a、及び第1の内側磁極部で形成される磁気回路、及び第2のコイル4、第2の外側磁極部1b、及び第2の内側磁極部で形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。これにより、ステッピングモータの出力を高めることができる。
また、本実施の形態では、第1の内側磁極部及び第2の内側磁極部を、コア9とリードスクリュー軸10と第1の軸受2とで構成しているので、ロータが内側磁極部を兼ねることにより、製造コストを低減することができる。更に、ステータ1は、第1の外側磁極部1a及び第2の外側磁極部1bを平板部1cと直交する方向へ単純に折り曲げただけで構成されることから、製造が容易であり、製造コストを低減することができる。
また、本実施の形態では、図2に示すように、マグネット8は、コア9の外周部に固定されているので、マグネット8の機械的強度が大きい。また、コア9は、マグネット8の内径部に現れるS極と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。そのため、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、本ステッピングモータが高温の環境下で使用された場合でも減磁による磁気的劣化も少ない。
また、本実施の形態では、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、ステッピングモータを構成する各部品の組み立てが容易になる。
また、本実施の形態では、ステータ1の第1の外側磁極部1a及び第2の外側磁極部1bは、ステッピングモータの軸方向に延びる櫛歯形状であるので、ステッピングモータの最外径(図4のL1)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に伸びるステータ板で構成すると、マグネットを平面的な展開にする必要があると共に、半径方向に向かってコイルを巻くことになる。そのため、軸方向の長さは短くてもステッピングモータの最外径は大きなものとなってしまう。
これに対して、本実施の形態では、ステッピングモータの最外径(図4のL1)は、マグネット8の直径と、第1の外側磁極部1a及び第2の外側磁極部1bの厚みと、第1のコイル3及び第2のコイル4の巻き線幅とで決定される。この場合、第1及び第2のコイル3、4の巻き線幅の片側部分(第1の軸受2側の部分)は、径方向でマグネット8と略同じ位置にあるので、ステッピングモータの最外径を最小限に抑えることができる。
また、本実施の形態では、第1の外側磁極部1a及び第2の外側磁極部1bを、モータ軸方向に延出した櫛歯形状に構成している。これにより、第1のコイル3、第2のコイル4、マグネット8、及び、コア9とリードスクリュー軸10とからなるロータを、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。
また、本実施の形態では、ボビン5は、第1のコイル3と第2のコイル4の両方が巻回されると共に、マグネット8の外周面を覆うカバーを兼ねている。そのため、第1及び第2のコイルを別々のボビンに巻回する場合やカバーを別個に設ける場合と比較し、部品点数及びコストを削減することができる。
また、本実施の形態では、ステッピングモータの外径(図4のL2)は、マグネット8の直径と、ボビン5のカバー部5cの厚みだけで決定される。そのため、ステッピングモータの外径(図4のL2)に対するマグネット8の外径はかなり近いものにすることが可能となり、ステッピングモータの外径の小型化に対して有利である。
また、本実施の形態では、アングル11は、リードスクリュー軸10を支持すると共に、マグネット8の軸方向の一端面を覆い、ステータ1にボビン5を間に挟んで固定されるという機能を兼ねている。
これにより、ステッピングモータ単体に後からアングルを取り付ける構造のものと比較し、部品点数が少なくなるので、コストを低減することができると共に、ステッピングモータの軸方向長さをより短くすることができる。
また、本実施の形態では、ステータ1と、該ステータ1に固定されるアングル11とにより、リードスクリュー軸10を支持する構成であるため、2つの支持部の同軸度のズレを最小限に抑えることができる。更に、マグネット8の外周面と第1の外側磁極部1a及び第2の外側磁極部1bの内周面とのギャップの均一化を図ることができ、ステッピングモータの安定した回転を得ることができる。
また、本実施の形態では、リードスクリュー軸10がステッピングモータの回転軸となっていることで、例えばリードスクリュー軸がステッピングモータの回転軸とは別体のものと比較し、リードスクリュー軸と回転軸を接合する必要がなくなる。これにより、接合時の芯ズレがなくなることで、ステッピングモータの安定した回転を得ることができると共に、大幅にコストの低減を図ることができる。
また、本実施の形態では、ステッピングモータが、リードスクリュー軸10に噛み合うラック15とラック支持バー16も備えることで、マグネット8の回転を、リードスクリュー軸10を介してラック15の軸方向移動に変換して出力することができる。これにより、本ステッピングモータのみで、他に減速機などの機構を用いることなく、例えばレンズ等の直進駆動をステップ制御で行うことが可能となる。すなわち、直進駆動機構がユニット化でき、汎用性が高い。
次に、本実施の形態に係る駆動装置の構成の一部であるステッピングモータの特徴並びにステッピングモータの動作について図4乃至図7を参照しながら説明する。
先ず、ステッピングモータの特徴について説明する。
図4は、ステッピングモータの第1の通電状態の場合を示す上面図である。図5は、第2の通電状態の場合を示す上面図である。図6は、第3の通電状態の場合を示す上面図である。図7は、第4の通電状態の場合を示す上面図である。
図4乃至図7において、マグネット8は、その外周側表面及び内周側表面が円周方向に等角度間隔で複数個に分割(本実施の形態では6分割)され、S極とN極が交互に着磁されている。外周側表面がS極である部分に対応する、内周側表面はN極であり、外周側表面がN極である部分に対応する、内周側表面はS極である。
また、ステータ1の第1の外側磁極部1aと第2の外側磁極部1bとは、図4に示すように、マグネット8の回転中心を基準としてθ度位相がずれた位置に配置されている。ここで、θ度は(180度−180度/N)である(N=着磁分割数)。本実施の形態では、N=6であるので、θ度は150度である。このように、θ度=(180度−180度/N)にすることにより、図4中のL2寸法(ステッピングモータの最小外径寸法)を小さくすることができる。
上記のように、ステータ1の第1の外側磁極部1aと第2の外側磁極部1bは、マグネット8における軸方向に直交する方向の同一面(外周面)に対して、それぞれ異なる角度範囲(θ度位相がずれた位置)で対向するように構成されている。これにより、マグネット8を軸方向に関して短くすることができ、ひいては、ステッピングモータも軸方向に関して短くすることができる。
上記構成の大きな特徴として、マグネット8の外周面の一部分に着目すれば、次のように磁束が作用する。即ち、マグネット8が回転することにより、マグネット8の一部分に対して、第1のコイル3により励磁される第1の外側磁極部1aの磁束と、第2のコイル4により励磁される第2の外側磁極部1bの磁束とが交互に作用することになる。第1の外側磁極部1aと第2の外側磁極部1bがマグネット8の同じ個所に対して磁束を作用させるので、着磁のバラツキなどによる悪影響を受けず、ステッピングモータの性能を安定化させることができる。
次に、ステッピングモータの動作について説明する。
図4の状態で、第1のコイル3に正方向に通電することにより、第1の外側磁極部1aはN極に励磁され、第1の内側磁極部(コア9のうち第1の外側磁極部1aに対向する部分)はS極に励磁されている。また、第2のコイル4に正方向に通電することにより、第2の外側磁極部1bはN極に励磁され、第2の内側磁極部(コア9のうちのうち第2の外側磁極部1bに対向する部分)はS極に励磁されている(第1の通電状態)。
次に、図4の状態から、第2のコイル4への通電方向のみ逆方向にして、第2の外側磁極部1bをS極に励磁し、第2の内側磁極部をN極に励磁する。これに伴い、図5に示すように、マグネット8は時計方向に30度回転する(第2の通電状態)。
更に、図5の状態から、第1のコイル3への通電方向のみ逆方向にして、第1の外側磁極部1aをS極に励磁し、第1の内側磁極部をN極に励磁する。これに伴い、図6に示すように、マグネット8は時計方向に更に30度回転する(第3の通電状態)。
更に、図6の状態から、第2のコイル4への通電方向のみ正方向にして、第2の外側磁極部1bをN極に励磁し、第1の内側磁極部をS極に励磁する。これに伴い、図7に示すように、マグネット8は時計方向に更に30度回転する(第4の通電状態)。
以後、同様に、第1のコイル3及び第2のコイル4への通電方向を順次切り換えていくことにより、第1の外側磁極部1aと第2の外側磁極部1bとは異なるタイミングで励磁の切り換えが行われる。これにより、マグネット8は通電位相に応じた位置へと回転する。
上記のように、本実施の形態では、第1の通電状態として、第1のコイル3と第2のコイル4を共に正方向に通電する。第2の通電状態として、第1のコイル3を正方向に通電し、第2のコイル4を逆方向に通電する。第3の通電状態として、第1のコイル3と第2のコイル4を共に逆方向に通電する。第4の通電状態として、第1のコイル3を逆方向に通電し、第2のコイル4を正方向に通電する。このように、第1の通電状態→第2の通電状態→第3の通電状態→第4の通電状態へと通電状態の切り換えを行い、マグネット8を回転させている。
上記の通電状態の切り換えは次のようにしてもよい。即ち、第5の通電状態として、第1のコイル3と第2のコイル4を共に正方向に通電する。第6の通電状態として、第1のコイル3を正方向に通電し、第2のコイル4を非通電状態とする。第7の通電状態として、第1のコイル3を正方向に通電し、第2のコイル4を逆方向に通電する。第8の通電状態として、第1のコイル3を非通電状態とし、第2のコイル4を逆方向に通電する。このように、第5の通電状態→第6の通電状態→第7の通電状態→第8の通電状態へと通電状態を切り換えるようにしてもよい。これにより、マグネット8は通電位相に応じた回転位置へと回転する。
次に、マグネット8と、ステータ1の第1の外側磁極部1a及び第2の外側磁極部1bとの位相関係について説明する。
上述したように、第1の通電状態、第2の通電状態、第3の通電状態、第4の通電状態と通電状態を切り換えると、第1の外側磁極部1aと第2の外側磁極部1bとは、交互に励磁される極性の切り換えが行われる。
図4の状態で、第1のコイル3に正方向に通電することにより、第1の外側磁極部1aをN極に励磁すると、マグネット8には第1の外側磁極部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。同時に、第2のコイル4にも正方向に通電することにより、第2の外側磁極部1bをN極に励磁すると、マグネット8には第2の外側磁極部1b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反時計方向の回転力が発生する。
両コイルの通電中は、マグネット8は回転力のバランスがとれた状態で静止する。図4はこの状態を示している。両コイルへの通電量が等しい時は、第1の外側磁極部1aの中心とマグネット8の着磁部の中心(S極の中心)との位相差、及び、第2の外側磁極部1bの中心とマグネット8の着磁部の中心(S極の中心)との位相差は、共に約15度となる。
図4の状態から、第2のコイル4を逆方向の通電に切り換えると、第2の外側磁極部1bはS極に励磁されて、マグネット8には、第2の外側磁極部1bの中心と該マグネット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する。ここで、第1のコイル3は正方向の通電のままにしておくことで、マグネット8には、第1の外側磁極部1aの中心と該マグネット8の着磁部の中心(S極の中心)が一致するように同じく時計方向の回転力が発生する。これにより、図4の状態から、マグネット8は時計方向に回転を始める。
図4の状態から、マグネット8が時計方向に約15度回転すると、第1の外側磁極部1aの中心とマグネット8の着磁部の中心(S極の中心)が一致する状態になる。この時、第2の外側磁極部1bの中心は、マグネット8の着磁部の境界(S極、N極の境界)と一致した状態であり、マグネット8を更に時計方向に回転させる力が発生している。そして、マグネット8は、その状態から更に時計方向に約15度回転(図4の状態から時計方向に約30度回転)すると、両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態は図5に示される。
図5の状態から、第1のコイル3を逆方向の通電に切り換えると、第1の外側磁極部1aはS極に励磁されて、マグネット8には、第1の外側磁極部1aの中心と該マグネット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する。ここで、第2のコイル4は逆方向の通電のままにしておくことで、マグネット8には、第2の外側磁極部1bの中心と該マグネット8の着磁部の中心(N極の中心)が一致するように同じく時計方向の回転力が発生する。これにより、図5の状態から、マグネット8は時計方向に回転を始める。
図5の状態から、マグネット8が時計方向に約15度回転すると、第2の外側磁極部1bの中心とマグネット8の着磁部の中心(N極の中心)が一致する状態になる。この時、第1の外側磁極部1aの中心は、マグネット8の着磁部の境界(S極、N極の境界)と一致した状態であり、マグネット8を更に時計方向に回転させる力が発生している。そして、マグネット8は、その状態から更に時計方向に約15度回転(図5の状態から時計方向に約30度回転)すると、両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態は図6に示される。
図6の状態から、第2のコイル4を正方向の通電に切り換えると、第2の外側磁極部1bはN極に励磁されて、マグネット8には、第2の外側磁極部1bの中心と該マグネット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。ここで、第1のコイル3は逆方向の通電のままにしておくことで、マグネット8には、第1の外側磁極部1aの中心と該マグネット8の着磁部の中心(N極の中心)が一致するように同じく時計方向の回転力が発生する。これにより、図6の状態から、マグネット8は時計方向に回転を始める。
図6の状態から、マグネット8が時計方向に約15度回転すると、第1の外側磁極部1aの中心とマグネット8の着磁部の中心(N極の中心)が一致する状態になる。この時、第2の外側磁極部1bの中心は、マグネット8の着磁部の境界(S極、N極の境界)と一致した状態であり、更に時計方向に回転させる力が発生している。そして、マグネット8は、その状態から更に時計方向に約15度回転(図6の状態から時計方向に約30度回転)すると、両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図7に示される。
次に、本実施の形態に係る駆動装置のステッピングモータと鏡筒との連結について図8乃至図9を参照しながら説明する。
図8は、本実施の形態に係る駆動装置の分解斜視図であり、図9は図8の駆動装置のステッピングモータと鏡筒との連結部の縦断面図である。
Mは上述した本実施の形態に係る駆動装置のステッピングモータである。
鏡筒18は、円筒形状内部にレンズ17を備えるとともに、軸穴部18a、突起部18b、バネ取り付け部18c、ラック当接部18dを備えている。
鏡筒支持バー19は、鏡筒18の軸穴部18aに挿入されて、鏡筒18をレンズ17の光軸方向に回動可能に支持する。
鏡筒振れ止めバー20は、鏡筒18の突起部18bに嵌合して、鏡筒18が鏡筒支持バー19を中心にして回転移動しようとする動きを規制する。
すなわち、鏡筒18は、鏡筒支持バー19と鏡筒振れ止めバー20とにより、光軸方向に移動可能に支持される。
連結バネ21は、板バネで形成され、2つの穴部21a、穴部21bを備えている。
連結バネ21はビス23とバネ押え22により鏡筒18のバネ取り付け部18cに固定される。
ステッピングモータMのラック15の出力部15dは先端が球形状となっており、連結バネ21を鏡筒18のバネ取り付け部18cに固定する際、連結バネ21の穴部21bが出力部15dの球面部に当接するように位置決め固定される。連結バネ21はレンズ17が固定された鏡筒18の自重よりも大きな力でラック15の出力部15dを鏡筒18のバネ取り付け部18cに付勢している。よって、ラック15が光軸方向に直進駆動すると、レンズ17が固定された鏡筒18はラック15に遅れなく追従して光軸方向に直進駆動する。
連結バネ21の穴部21aはビス23の外径よりも大きくすることで、連結バネ21の鏡筒18への取り付け位置が微調整可能になっている。ステッピングモータMと鏡筒18との駆動方向(光軸方向)に垂直な方向における相対位置に誤差が生じている場合、穴部21bの全周が出力部15dの球面部に当接するように連結バネ21の鏡筒18への取り付け位置を調整することで、鏡筒18、或いはラック15に駆動負荷となるようなねじれ力が発生しない。
また、連結バネ21の穴部21aは円形状に形成され、この穴部21aが出力部15dの球面部に当接する構造のため、連結バネ21によりラック15をガタつきなく鏡筒18に付勢することが可能となるとともに、連結バネ21の位置決めが容易となる。このような連結構造にすることで、例えば、ラック15とラック支持バー14との間の嵌合ガタが比較的大きい場合でも、ガタを吸収して鏡筒15を光軸方向に精度良く安定的に駆動可能となる。よって、ラック15のラック支持バー14との嵌合長さを短くすることが可能となり、ステッピングモータMの軸方向長さをより短いものとしても、鏡筒15を光軸方向に精度良く安定的に駆動できる。
さらに、連結バネ21を鏡筒18に組み付ける際は、鏡筒18を鏡筒支持バー19へ組み付けるのと同様に光軸方向から組み付けることが可能となり、組み立て作業性が向上する。また、ステッピングモータMは、鏡筒18に光軸方向から組み付けた後に、連結バネ21を出力部15dを間に挟んで鏡筒18に組み付けるることが可能であるとともに、先に連結バネ21を鏡筒18に組み付けた後に、光軸に垂直な方向(連結バネ21の横方向)から連結バネ21と鏡筒18のラック当接部18dとの間に出力部15dを挿入する形で組み付けることも可能であり、組み立て自由度が高い。
また、連結バネ21は穴の開いた単純な板の形状で形成できるため、コストが安い。
以上説明したように、本実施の形態によれば、駆動装置の構成の一部であるステッピングモータMは、ステータ1の第1の外側磁極部1aと第2の外側磁極部1bの間に配置したロータ(リードスクリュー軸10及びコア9)の外周部に、マグネット8を固定する構成としている。これにより、マグネット8の機械的強度を向上できると共に、ロータに内側磁極部を兼ねさせることができ、マグネット8と内側磁極部との間に隙間を設けることが不要となる。この結果、磁気抵抗を低減することができるため、ステッピングモータMの出力を向上させることができる。
また、ステッピングモータMを、その外径がマグネット8の直径とボビン5のカバー部5cの厚みだけで決定可能な構造とし、ステータ1の第1の外側磁極部1a及び第2の外側磁極部1bを、ステッピングモータMの軸方向に延出した櫛歯形状として、第1のコイル3と第2のコイル4とを軸方向に垂直な略同一平面上に配置している。これにより、ステッピングモータMの外径及び軸方向長さを最小限に抑え、小型化を図ることができる。
また、リードスクリュー軸10を支持するアングル11がマグネット8の一端面を覆う構成のため、天板を設ける必要がない。更に、ステッピングモータに後からアングルを取り付けるものと比較し、ステッピングモータMの軸方向長さをより短くでき、ステッピングモータMの小型化とコストの低減を図ることができる。
また、ステータ1と、該ステータ1に固定されるアングル11とにより、リードスクリュー軸10を支持する構成のため、2つの支持部の同軸度のズレを最小限に抑えることができる。これにより、マグネット外周面と第1及び第2の外側磁極部内周面とのギャップの均一化を図ることができ、ステッピングモータMの安定した回転を得ることができる。
また、リードスクリュー軸10がステッピングモータMの回転軸となっているため、例えばリードスクリュー軸が回転軸と別体のものと比較し、リードスクリュー軸と回転軸を接合する必要がなくなる。これにより、接合時の芯ズレがなくなることで、ステッピングモータMの安定した回転を得ることができると共に、大幅にコスト低減を図ることができる。
また、ステッピングモータMにラック15とラック支持バー16も備わるため、マグネット1の回転を、リードスクリュー軸10を介してラック15の軸方向移動に変換して出力することができる。これにより、ステッピングモータMのみで、他に減速機などの機構を用いることなく、例えばレンズ等の直進駆動をステップ制御で行うことが可能となる。
また、本実施の形態によれば、連結バネ21の鏡筒18への取り付け位置が微調整可能になっており、ステッピングモータMと鏡筒18との駆動方向(光軸方向)に垂直な方向における相対位置に誤差が生じても、取り付け位置を調整することで、鏡筒18、或いはラック15に駆動負荷となるようなねじれ力が発生しない。
また、連結バネ21の穴部21aは円形状に形成され、この穴部21aが出力部15dの球面部に当接する構造のため、ガタを吸収する効果があり、連結バネ21によりラック15をガタつきなく鏡筒18に付勢することが可能となるとともに、連結バネ21の位置決めが容易となり、鏡筒18を精度良く安定的に光軸方向に駆動可能となる。
さらに、ステッピングモータMと鏡筒18との連結を光軸方向から組み付けることが可能であるとともに、光軸に垂直な方向から組み付けることも可能であり、組み立て自由度が高い。
上記の効果をまとめると、小型で且つ軸方向の長さが短く、低コストで高出力なステッピングモータを用いて、光学部材をスムーズかつ正確に駆動する駆動装置を提供することができる。
[他の実施の形態]
上記第1の実施の形態では、リードスクリュー付のステッピングモータを備えた光学部材の駆動装置について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。特許請求の範囲で示した機能または上記実施の形態における機能が達成できる構成であれば、どのようなものであっても良いことは言うまでもない。
本発明の第1の実施の形態に係る駆動装置の構成の一部であるステッピングモータの分解斜視図である。 図1のステッピングモータの2つのコイルを通る縦断面図である。 図1のステッピングモータの2つのコイルの間を通る縦断面図である。 図1のステッピングモータの内部構造の上面図であり、第1の通電状態の場合を示す。 図1のステッピングモータの内部構造の上面図であり、第2の通電状態の場合を示す。 図1のステッピングモータの内部構造の上面図であり、第3の通電状態の場合を示す。 図1のステッピングモータの内部構造の上面図であり、第4の通電状態の場合を示す。 本発明の第1の実施の形態に係る駆動装置の分解斜視図である。 図7の駆動装置のステッピングモータと鏡筒との連結部の縦断面図である。 第1の従来例のステッピングモータの分解斜視図である。 図10のステッピングモータの縦断面図である。
符号の説明
1 ステ−タ
1a 第1の外側磁極部
1b 第2の外側磁極部
2 第1の軸受け
3 第1のコイル
4 第2のコイル
5 ボビン
8 マグネット
9 コア
10 リードスクリュー軸
11 アングル
12 第2の軸受け
13 軸押えバネ
14 ラック支持バー
15 ラック
15d 出力部
16 ラック押えバネ
17 レンズ
18 鏡筒(被駆動部材)
19 鏡筒支持バー(ガイド部材)
20 鏡筒振れ止めバー(ガイド部材)
21 連結バネ(バネ部材)
21b 穴部
22 バネ押え
23 ビス
M ステッピングモータ

Claims (4)

  1. 両端にモータ軸方向に延びる第1の外側磁極部と第2の外側磁極部を夫々一体的に有するステータと、前記第1の外側磁極部と前記第2の外側磁極部の間において前記ステータに一端部が回転自在に支持されると共に、周りにマグネットが固定された軟磁性材料製のロータと、前記ロータと一体で回動するリードスクリューと、前記モータ軸方向に関して前記マグネットと前記ステータの間において前記第1の外側磁極部及び前記第2の外側磁極部に夫々巻回された第1のコイル及び第2のコイルと、前記ステータに固定されて前記マグネットの一端部を覆うとともに
    前記リードスクリューの一端部を回転自在に支持するアングルと、先端が球形状の出力部が設けられて前記リードスクリューに噛み合うラックと、前記アングルに取り付けられて前記ラックを前記リードスクリューの軸と平行方向に回動可能に支持するラック支持バーと、を有するステッピングモータと、前記ラック支持バーと平行的に設けられるガイド部材と、前記ガイド部材に支持されて直線状に移動可能な被駆動部材と、前記被駆動部材に取り付けられて、前記ラックと前記被駆動部材とを連結するバネ部材と、を備えた駆動装置において、前記バネ部材に設けられた穴部が前記ラックの出力部先端を前記被駆動部材に付勢することを特徴とする駆動装置。
  2. 前記バネ部材のラック部付勢方向は前記被駆動部材の駆動方向と略一致することを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  3. 前記バネ部材の穴部は円形状であることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  4. 前記バネ部材は前記被駆動部材に取り付ける際、前記被駆動部材の駆動方向に垂直な方向に取り付け位置を調整可能になっていることを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。
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