JP2007028717A - リニアモータ及びレンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイル体の寸法を大きくすることなく大きな駆動出力を得ることができるリニアモータ及びそのリニアモータを用いたレンズ駆動装置を提供する。
【解決手段】 本発明のリニアモータ７は、ヨーク１７と、マグネット１９と、コイル体２３とを備えており、コイル体２３を構成するコイルに通電して生じる電磁力によりヨーク１７に対してコイル体２３が相対的に直線駆動するものであって、コイル体２３は筒状を成し且つ内周側巻回コイル２６と外周側巻回コイル２７とを備え、各巻回コイル２６、２７は異なるコイル線を巻回して構成してあり、各巻回コイル２６、２７のコイル線はコイル体２３の相対的な駆動方向の一端側から他端側に亘って巻回してあり且つ直流電源３１に並列に接続してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイル体がヨークに対して直線上を相対移動するリニアモータ、及びそのリニアモータを用いて光軸方向にレンズを駆動するレンズ駆動装置に関する。

特許文献１には、ヨークの対向する壁部間にマグネットを配置すると共に、環状に巻回したコイル体に通電することにより、ヨークに対してコイルを直線駆動するリニアモータが開示されている。

この特許文献１には、コイル体の構成や巻回について詳細な説明はないが、一般的にはコイル体は一本の線材（コイル線）を巻回した一つの巻回コイルのみで構成されている。

特開２００４−２８００３１号公報

小型カメラ等に用いられるこの種のリニアモータでは、更なるリニアモータの小型化と、高い推力（高い駆動出力）が望まれている。

このような要求に対して、巻回コイルについては、コイル線の巻き数や線径の太いものを用いること等が考えられるが、単に巻数を増やしたり、線径を太くしたのでは、コイル体の厚みが大きくなったり駆動方向の寸法が長くなってしまい（コイル体の体積が大きくなる）、モータ全体が大型になったり、移動距離が制限されるという問題がある。

特に、小型カメラ等に搭載されるリニアモータでは、モータ全体の小型化と共に、所定の駆動出力と駆動距離が要求されている。

そこで、本発明は、コイル体の寸法を大きくすることなく大きな駆動出力を得ることができるリニアモータ及びそのリニアモータを用いたレンズ駆動装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、ヨークと、マグネットと、コイル体とを備え、コイル体を構成するコイルに通電して生じる電磁力によりヨークに対してコイル体が相対的に直線駆動するリニアモータであって、コイル体は筒状を成し且つ内周側巻回コイルと外周側巻回コイルとを備え、各巻回コイルは異なるコイル線を巻回して構成してあり、各巻回コイルのコイル線はコイル体の相対的な駆動方向の一端側から他端側に亘って巻回してあり且つ直流電源に並列に接続してあることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、内側巻回コイルの巻き始め端と、外側巻回コイルの巻き始め端とはコイル体の一端側にあり、内側巻回コイルの巻き終わり端と外側巻回コイルの巻き終わり端とはコイル体の他端側にあることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、ヨークは略平行に配置した対向する壁部を有し、対向する壁部間にマグネットを配置してあり、コイル体は環の内周側に一方の壁部を挿通してあり、コイル体は一方の壁部に沿って直線状に相対駆動することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアモータを備え、コイル体には小型カメラのレンズホルダが取付けてあり、コイル体がレンズの光軸方向に沿って移動することを特徴とするレンズ駆動装置である。

請求項１に記載の発明によれば、磁界中に置かれたコイル線に電流を流すことにより、作用する推力Ｆは、一般的にＦ＝ＢＬＩである。Ｂは磁界強度、Ｌはコイル線の長さ、Ｉはコイル線に流す電流であるから、コイル線の長さを長くすれば（巻数を増やせば）大きな推力を得ることができることになる。しかし、実験の結果、一本のコイル線の長さＬが長くなったり巻数が多くなるとコイル線の抵抗が増えて、コイル線を流れる電流値Ｉが低下し、充分な推力が得られなくなることがわかった。

本発明では、コイル体の全体で使用するコイル線の長さや体積は合計すれば同じであっても、一つのコイル線の長さは短くなるので一つのコイル線については電流に対する抵抗を少なくできる。しかも複数の巻回コイルは直流電源に対して並列に接続しているので、コイル体を一つの巻回コイル（一本のコイル線）で構成した場合に比較して、極めて大きな推力（巻回コイル線の数の倍数に近い推力）を得ることができるものである。

換言すれば、本発明によれば、小型で高推力のリニアモータを提供することができる。

コイル体には内側と外側とに巻回コイルを層状に設けているので、内側の巻回コイルを巻いた後、その上から外側の巻回コイルを巻いて製造できるので、従来の一本のコイル線を巻回する場合と略同様にして製造でき、既存設備を使用できると共に製造も簡易である。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を得ることができるとともに、内側巻回コイルと外側巻回コイルとの各巻き始め端はコイル体の同じ側にあり、内側巻回コイルと外側巻回コイルとの各巻き終わり端もコイル体の同じ側にあるので、各巻き始め端と巻き終わり端をそのまま電気的に連結し或いは纏めて一つにして直流電源に接続することもでき、直流電源への並列接続が容易である。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の作用効果を得ることができるとともに、コイル体の厚み（環状のコイル体の内周側面と外周側面との間の寸法）はヨークの壁部とマグネットとの間の寸法に限られており、且つコイル体のヨークに対する相対駆動距離を長くとる為には、コイル体の駆動方向の寸法を小さくする必要があるが、本発明によれば、このようにコイル体の厚みや長さが制限されていながら、コイル体を一つの巻回コイルで構成するよりも格段に推力を大きくできるので、特に有効である。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の作用効果を奏すると共に、小型カメラのレンズホルダにおいては、レンズ及びホルダの重量や摩擦等が作用するが、そのような場合であっても簡易且つコンパクトな構成で、高い応答性で駆動することができる。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態にかかるコイル体の構成を説明する図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は斜視図である。図２は図３に示すリニアモータの構成を説明した断面図であり、（ａ）は横断面図であり、（ｂ）は縦断面図であり、図３は本実施の形態にかかるリニアモータを用いた小型カメラの縦断面図であり、図４は図３に示す小型カメラのＡ―Ａ断面図であり、図５はコイル線に流れる電流値の経時変化を示すグラフである。

本実施の形態にかかるレンズ駆動装置１は、携帯電話に組み込まれる光学ズーム付きオートフォーカスカメラのレンズ駆動装置である。

このレンズ駆動装置１は、電磁力により駆動する第１レンズホルダ３及び第２レンズホルダ５と、第１レンズホルダ３を駆動する第１駆動機構（リニアモータ）７と、第２レンズホルダ５を駆動する第２駆動機構（リニアモータ）９とを備えている。

第１レンズホルダ３は、本実施の形態では光学ズーム用レンズ１５を保持しており、案内軸１３により光軸方向にスライド自在に設けてある。

第２レンズホルダ５は、フォーカス用レンズ１７を保持しており、第１レンズホルダ３と同様に案内軸１３により光軸方向にスライド自在に設けてある。尚、ズーム用レンズとフォーカス用レンズとは光軸を同一にしてある。

第１駆動機構７と第２駆動機構９とは略同じ構成であるから、第１駆動機構７を説明して第２駆動機構９には同一作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の説明を省略する。

第１駆動機構７は、リニアモータであり、ヨーク１７と、マグネット１９と、コイル体２３とから構成されている。本実施の形態では、ヨーク１７は筐体１１に固定してあり、コイル体２３にレンズホルダ３を取付けてコイル体２３がヨーク１７に対して光軸方向に移動するようになっている。

ヨーク１７は断面略矩形を成して磁界を閉じており、コイル体２３の移動方向に長い一対の壁部２５ａ、２５ｂを有し、一対の壁部２５ａ、２５ｂは略平行に配置してある。一方の壁部２５ａにおいて他方の壁部２５ｂに対向する面にはマグネット１９が貼付してあり、ヨーク１７の一方の壁部２５ａと他方の壁部２５ｂとの間に磁界を形成している。

コイル体２３は、図１に示すように、略角筒状に形成されており、筒の内周側に他方のヨーク２５ｂが挿通されている。また、コイル体２３は内側巻回コイル２６と外側巻回コイル２７でそれぞれ内層と外層とを成す二重層の構造になっている。内側巻回コイル２６と外側巻回コイル２７とは別々のコイル線を巻いて構成してあり、内側巻回コイル２６と外側巻回コイル２７とはコイル体２３の駆動方向の一端２３ａから他端２３ｂに亘って巻回してある（図１（ｂ）参照）。

コイル体２３の一端２３ａ側には、内側巻回コイル２６と外側巻回コイル２７との各巻き始め端２６ａ、２７ａが配置してあり、それぞれ電気的に接続してある。同様に、コイル体２３の他端２３ｂ側には、内側巻回コイル２６と外側巻回コイル２７との各巻き終わり端２６ｂ、２７ｂが配置してあり、それぞれ電気的に接続してある。

各巻回コイル線２６、２７には直流の電流が供給され且つ、直流電源３１に対して並列に接続されている。

尚、コイル体２３の製造は、内側巻回コイル２６を巻回した後、その上から外側巻回コイル２７を巻回して製造する。

各巻回コイル２６、２７のコイル線は、共に線径が６０μｍであり、巻数２９８Ｔ（ターン）、コイル体２３の厚みＷ（図２（ａ）参照）が０．５ｍｍ、有効コイル長さＬ（図２（ａ）参照）は７．６ｍｍ、高さＨ（図２（ｂ）参照）が６ｍｍ、駆動距離Ｓ（図２（ｂ）参照）が１４ｍｍである。厚みＷは、環状のコイルの内周側面と外周側面との間の寸法であり、高さＨは巻回コイルにおける駆動方向の長さである。

また、下記の表１に示すように、内側巻回コイル２６の厚みＷ１（図１（ａ）参照）は０．２５ｍｍで、外側巻回コイル２７の厚みＷ２（図１（ａ）参照）も０．２５ｍｍとした。

尚、各コイル線に印加する電圧は２．８Ｖ、電流８７ｍＡ（実際に流れる電流は内側巻回コイルが８９ｍＡで外側巻回コイルが８５ｍＡ）とし、各コイル線に同方向の電流を流した。コイル線の抵抗値は内側巻回コイル２６が、３１．５Ωで、外側巻回コイル２７が３３．１Ωであった。この実施の形態では、内側巻回コイル２６の推力は３６ｍＮであり、外側巻回コイル２７の推力は３４ｍＮであり、コイル体２３全体では内側巻回コイル線２６と外側巻回コイル２７とから構成されているので、合計７０ｍＮの推力を得ることができた。

次に、本発明にかかるレンズ駆動装置１の作用及び効果について説明する。

レンズ駆動装置１を搭載したカメラ（携帯電話）で撮影する場合において、光学ズームを用いる場合には、コイル体２３に電流を流して、第１駆動機構７を駆動する。例えば、図３の実線に示す位置から二点鎖線で示す位置まで一方向に駆動する。また、逆方向の電流を流すことにより、二点鎖線で示す位置から実線で示す位置まで他方向に駆動する。

尚、第１レンズホルダ３はガイド軸１３との摩擦力により所定位置で保持される。

ここで、コイル体２３を構成するコイル線について、線径や高さ、巻き数等を変えた実験を種々行ったので、その結果を表２に示す。

この実験では、上述した実施の形態において、コイル体２３の厚みＷ、即ちヨーク１７の一方の壁部２５ａとマグネット１９との間の隙間を制限しており、しかもレンズ１５及びホルダ３が所定重量を有すると共に案内軸１３との摩擦との関係から、所定の推力が要求されることを条件としたものである。

一方、線径７０μｍ、抵抗値４５．２Ωのコイル線に種々の電流値の電流を流してその経時変化を測定したので、その結果を図５に示す。図５から明らかなように、１３１ｍＡの電流を流した場合には、約１２０秒後に９８ｍＡになって安定した。即ち、この１３１ｍＡの電流では流れる電流の変化率が１割を超えて、最も大きかったが、１００ｍＡ以下では、変化率は１割以下であった。このことは、他の線径でも同様のことが言えるものであり、本実施の形態にかかるリニアモータで流す電流は１００ｍＡ以下が好ましい。

更に、駆動距離Ｓを長く取るためには、高さＨは成るべく低い方が良い。本実施例ではコイル体２３全体の高さＨが６ｍｍ以下に抑えることにした。

上記条件を加味すると、表２にＮｏ.１で示す線径６０μｍで高さＨが６ｍｍで、巻き数２９２Ｔ（ターン）が最も効率良く所定の推力（一つの巻回コイル当り３５ｍＮ）を得ることができる。

しかも、本実施の形態では、表１から明らかなように、内側巻回コイル２６と外側巻回コイル２７との２つの巻回コイル２６、２７に並列に電流を流すから、内側巻回コイル２６の推力３６Ｎｍと外側巻回コイル２７の推力３４ｍＮとで、コイル体２３全体として７０ｍＮの推力を得ることができるものである。

また、コイル体２３の全体で使用する内側巻回コイル２６と外側巻回コイル２７との各コイル線の長さや体積は合計すれば同じであっても、各巻回コイル２６、２７におけるコイル線の長さは短くなるので、一つの巻回コイル２６、２７のコイル線では電流に対する抵抗を少なくできる。しかも内側巻回コイル２６と外側巻回コイル２７とは直流電源３１に対して並列に接続しているので、コイル体２３を一本のコイル線で構成した場合に比較して、小型でありながら極めて大きな推力を得ることができるものである。

コイル体２３の厚みＷは、ヨーク１７の壁部２５ａとマグネット１９との間の寸法に限られており、且つコイル体２３のヨーク１７に対する相対駆動距離を長くとる為には、コイル体２３の高さＨ（駆動方向の寸法）を小さくする必要があるが、このようにコイル体２３の厚みや長さが制限される場合であっても、大きな推力を得ることができる。

本実施の形態では、従来のコイル体よりも約２倍の推力を得ることができるので、レンズ駆動装置１として用いた場合には高い応答性で駆動することができる。

コイル体２３の製造は、一つのコイル線で内側巻回コイル２６を形成した後、その上に重ねて他のコイル線で外側巻回コイル２７を形成するので、一本のコイル線を巻回する既存の設備を利用でき、しかも内側巻回コイル２６に外側巻回コイル２７を重ねて巻回すればよいので、連続して巻回できるから製造効率が良い。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、コイル体２３を構成する内側巻回コイル２６と外側巻回コイル２７との間に中間巻回コイルを形成して、全体として三層構造にしてもよく、層状に巻回する巻回コイルの数は幾つであってもよい。

内側巻回コイル２６と外側巻回コイル２７とを構成する各コイル線には、各々異なる線径のものを用いてもよい。

本発明のリニアモータは、小型カメラに用いることに限らず、移動体を駆動するリニアモータとして用いるものであれば、どのようなものにも利用することができる。

コイル体２３はヨーク１７に相対的に移動すれば良く、例えば、コイル体２３を筐体１１に固定し、ヨーク１７を駆動するものであってもよい。

本実施の形態にかかるコイル体の構成を説明する図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は斜視図である。 図３に示すリニアモータの構成を説明した断面図であり、（ａ）は横断面図であり、（ｂ）は縦断面図である。 本実施の形態にかかるリニアモータを用いた小型カメラの縦断面図である。 図３に示す小型カメラのＡ―Ａ断面図である。 巻回コイルに流れる電流値の経時変化を示すグラフである。

１ レンズ駆動装置
７ 第１駆動機構（リニアモータ）
９ 第２駆動機構（リニアモータ）
１７ ヨーク
１９ マグネット
２３ コイル体
２５ａ 一方の壁部
２５ｂ 他方の壁部
２６ 内側巻回コイル
２７ 外側巻回コイル
３１ 直流電源

Claims (4)

1. ヨークと、マグネットと、コイル体とを備え、コイル体を構成するコイルに通電して生じる電磁力によりヨークに対してコイル体が相対的に直線駆動するリニアモータであって、コイル体は筒状を成し且つ内周側巻回コイルと外周側巻回コイルとを備え、各巻回コイルは異なるコイル線を巻回して構成してあり、各巻回コイルのコイル線はコイル体の相対的な駆動方向の一端側から他端側に亘って巻回してあり且つ直流電源に並列に接続してあることを特徴とするリニアモータ。
2. 内側巻回コイルの巻き始め端と、外側巻回コイルの巻き始め端とはコイル体の一端側にあり、内側巻回コイルの巻き終わり端と外側巻回コイルの巻き終わり端とはコイル体の他端側にあることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. ヨークは略平行に配置した対向する壁部を有し、対向する壁部間にマグネットを配置してあり、コイル体は環の内周側に一方の壁部を挿通してあり、コイル体は一方の壁部に沿って直線状に相対駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアモータを備え、コイル体には小型カメラのレンズホルダが取付けてあり、コイル体がレンズの光軸方向に沿って移動することを特徴とするレンズ駆動装置。
   
   
   

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