JP2008054393A - 駆動装置及びその組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを招くことなく高出力化及び小型化を実現することができ、しかもコギングトルクの調整を行うことができる駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置は、マグネット１、コイル２、ボビン３、第１のステータ４、ロータ５、軸受け６、板部材７、第２のステータ８を備える。板部材７が、第１のステータ４と第２のステータ８の位相を決めるように固定され、且つ、板部材がシャッタユニットの地板等の非駆動部材への取り付け板を兼ねる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子カメラなどの電子装置に用いられる円筒形状等の駆動装置及びその組み立て方法に関するものである。

従来、円筒形状の駆動装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載されるものがあった。

特許文献１には、回転軸を中心とする直径を小さくし、且つ出力を高めた駆動装置が提案されている。図４は、特許文献１に開示された駆動装置の分解斜視図である。

この駆動装置は、図４に示すように、円筒形状のマグネット１０１、コイル１０２、軟磁性材料から成るステータ１０４、ロータ軟磁性体１０５、軸受け１０６、及び駆動装置を覆うカバー１０７を備えている。マグネット１０１は、その外周面を円周方向にｎ分割して交互にＳ極とＮ極に着磁され、コイル１０２は、絶縁形状から成るボビン１０３に巻き付けられている。ステータ１０４は、歯形状の外側磁極部１０４ａ、１０４ｂと円筒部分１０４ｄから成り、外側磁極部１０４ａ、１０４ｂがカバー１０７の内周面に設けられた溝部１０７ｃ、１０７ｄに嵌合して固定される。

また、ロータ軟磁性体１０５はマグネット１０１と共にロータを構成する。該ロータ軟磁性体１０５の内側磁極部１０５ａは、コイル１０２によってステータ１０４の外側磁極部１０４ａ、１０４ｂとは反対の極に励磁される。軸受け１０６は、ステータ１０４に固定され、ロータ軟磁性体１０５の軸部１０５ｂが嵌合して、該ロータ軟磁性体１０５を回転可能に保持している。カバー１０７には案内溝１０７ａが設けられ、ロータ軟磁性体１０５の出力ピン１０５ｆがこの案内溝１０７ａ内の一端あるいは他端に当接することにより、該ロータ軟磁性体１０５の回転を規制する。

このような構成の駆動装置によれば、コイルの外径はマグネットの外形とほぼ同径で、且つマグネットの軸方向に配置されているため、本駆動装置の外形寸法を小さくし小型化に寄与する。また、コイルの内径はロータのコイルと重なった部分の外径に隙間を持った径にすることができ、コイルの巻数を最大限にすることができるから駆動装置の出力を高めることができる。

一方、図５は、特許文献２に記載された駆動装置の分解斜視図である。

この駆動装置は、図５に示すように、マグネットリング２０１、回転軸２０２、第１のコイル２０３、第２のコイル２０４、第１のステータ２０５、及び第２のステータ２０６等を備えている。マグネットリング２０１は、ロータを構成する円筒形状であってその円周方向に４分割して異なる極に交互に着磁されている。回転軸２０２は軟磁性材料から成り、マグネットリング２０１の内径部に固定されている。

第１及び第２のコイル２０３、２０４は、マグネットリング２０１の軸方向に隣り合って配置されている。第１のステータ２０５は、第１のコイル２０３により励磁される軟磁性材料から成り、第２のステータ２０６は第２のコイル２０４により励磁される軟磁性材料から成る。

そして、第１のステータ２０５に固定され非磁性材料から成る第１軸受け２０７が回転軸２０２を保持し、第２のステータ２０６に固定され非磁性材料から成る第２軸受け２０８が回転軸２０２を保持している。

さらに、図５に示す駆動装置は、円筒形状の連結リング２０９を備えている。この連結リング２０９の内側の一端側には溝２０９Ａ、２０９Ｂが形成され、他端側には溝２０９Ｃ、２０９Ｄが形成されている。溝２０９Ｃ、２０９Ｄは溝２０９Ａ、２０９Ｂに対して位相が４５度位相がずれている。そして、溝２０９Ａ、２０９Ｂには、第１の外側磁極部２０５Ａ、２０５Ｂが嵌合され、溝２０９Ｃ、２０９Ｄには第２の外側磁極部２０６Ａ、２０６Ｂが嵌合されて固定される。

この連結リング２０９に、上記のようにして第１のステータ２０５と第２のステータ２０６を固定することで、これら第１のステータ２０５と第２のステータ２０６を所望の位置及び位相で配置することができる。また、連結リング２０９は非磁性材料で構成されており、第１のステータ２０５と第２のステータ２０６との間の磁気回路を分断でき、お互いの磁極の影響が出にくい構成となっている。
特開２００４−２０８４７８号 特開２００５−０５１９１３号

しかしながら、上述した特許文献１で提案された駆動装置を更に高出力なものとするには例えばマグネットを高磁力特性をもつものにしたり、マグネットと外側磁極部とのエアギャップを小さく設定する必要がある。マグネットが高磁力特性のものを用いると一般的にはコストが上がる。また、マグネットと外側磁極部とのエアギャップを小さく設定すると組み立てによってはマグネット外周面と外側磁極部が接触してしまい不良となる可能性が高くなる。

また、上述した特許文献２で提案された駆動装置では、連結リング２０９は、第１のステータ２０５と第２のステータ２０６の位相を決めるためだけのものである。従って、この駆動装置を非駆動部材に取り付ける際には、別の部材を必要とし、コストアップとなる。さらに、第１のステータ２０５及び第２のステータ２０６の両方ともがそれぞれのコイル２０３と２０４で励磁され、第１のステータ２０５から第２のステータ２０６とをつなぐ磁路を構成することがないため、コギングトルクの調整や高出力化することができない。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、コストアップを招くことなく高出力化及び小型化を実現することができ、しかもコギングトルクの調整を行うことができる駆動装置及びその組み立て方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の駆動装置は、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、前記マグネットと同心で且つ該マグネットの軸方向に配置されたコイルと、前記コイルの外周面を覆い前記コイルにより励磁される第１のステータと、前記コイルの内径部に挿入され且つ前記マグネットの内径部に固定された回転可能なロータと、前記コイルとは前記マグネットを挟み逆側に配置され、前記コイルにより前記第１のステータとは異なる極性に励磁される第２のステータと、非磁性材料で構成され、前記第１のステータと前記第２のステータの位相を決めるための板部材とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の駆動装置の組み立て方法は、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同心で且つ該マグネットの軸方向にコイルを配置する工程と、回転可能なロータを前記コイルの内径部に挿入して、前記マグネットの内径部に固定する工程と、前記コイルにより励磁される第１のステータを前記コイルの外周面を覆うように配置する工程と、前記コイルにより前記第１のステータとは異なる極性に励磁される第２のステータを、前記コイルとは前記マグネットを挟み逆側に配置する工程と、外部の非駆動部材に取り付け可能に構成された非磁性材料の板部材を用意し、前記第１及び第２のステータの磁気ギャップが所定の大きさに設定されるように該前記第１と第２のステータを前記板部材を介して固定する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、コストアップを招くことなく高出力化及び小型化を実現することが可能であり、しかもコギングトルクを調整することもできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜駆動装置の構造＞
まず、本実施の形態に係る駆動装置の構造について、図１及び図２を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る駆動装置の分解斜視図であり、図２は、図１の駆動装置の断面図である。

本実施の形態の駆動装置は、マグネット１、コイル２、ボビン３、第１のステータ４、ロータ５、軸受け６、板部材７、及び第２のステータ８を備えている。

マグネット１は、プラスチックマグネットからなる円筒形状のマグネットであり、内径部は後述のロータ５が固定される。マグネット１はその外周面を円周方向にｎ分割（本実施の形態では８分割）して交互にＳ極とＮ極に着磁されている。この実施の形態では着磁極数は８極であるが、２極以上であれば何極でも構わない。

コイル２は円筒形状のコイルであり、ボビン３はプラスチック等の絶縁材料で且つ非磁性材料から成り、コイル２はボビン３に巻き付けられている。コイル２は、マグネット１と同心で、且つ該マグネット１の回転軸方向に関して隣り合う位置に配置されている。また、コイル２はその外径がマグネット１のマグネット部の外径とほぼ同じ寸法である。

第１のステータ４は、軟磁性材料から成り、穴部４ａを有したドーナツ状の基端部と、先端部にｎ／２個（本実施の形態では４個）の歯形状の外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅとが形成されている。外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅは、筒形状のものを切り欠いてできる形状であり、即ち、マグネット１の外周面に沿って軸と平行方向に延出する歯の形状である。また、外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅは、マグネット１の外周面に所定の隙間を持って対向するように構成され、それぞれ７２０／ｎ度（本実施の形態では９０度）ずれて形成されている。

ロータ５は、駆動装置の出力軸となる軟磁性材料から成り、ロータ本体部５ａでマグネット１の内径部に固定されている。ロータ５のピン５ｄとマグネット１の着磁位相とは所定の関係になるようにロータ５とマグネット１とは固定される。軸受け６は、軟磁性材料から成り、その外径部は大径の６ａ部と小径の６ｂ部からなる。そして、図２に示すように、小径の６ｂ部が第１のステータ４の穴４ａに、例えば圧入や接着、溶接等で固定されると共に大径の６ａ部が前記ボビン３の内径部３ａを挟み込みボビン３と第１のステータ４とを一体的に固定する。

軸受け６は、内径部６ｃにおいてロータ５の軸部５ｂを回転可能に嵌合している。第１のステータ４の外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅは、マグネット１の外周面に所定の隙間を持って対向すると共に軟磁性材料から成るロータ５の５ａ部とも対向している。また、第１のステータ４とロータ５とは軸受け６を介して磁気回路を形成しているため、コイル２に通電が行われると、前記第１のステータ４の外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅとロータ５の５ａ部とは逆の極性に励磁される。

板部材７は、非磁性材料から成り、溝穴部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと、切欠き部７ｅ、７ｆ、７ｇが形成されている。また、該板部材７によって、非駆動装置の地板（例えばシャッタ装置の地板）等に取り付けが可能となる。第２のステータ８は、軟磁性材料から成るコイル２とはマグネット１を挟み逆側に配置され、該第２のステータ７には最大ｎ／２個（本実施の形態では３個）の折り曲げ形状の歯形状のヨーク部８ｂ、８ｃ、８ｄが形成されている。

ヨーク部８ｂ、８ｃ、８ｄは、マグネット１の外周面に沿って軸と平行方向に延出する歯の形状であり、マグネット１の外周面に所定の隙間を持って対向するように構成されている。このとき、ヨーク部８ｂ、８ｃ、８ｄの歯幅は、第１のステータの外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅの歯幅と異なる大きさで形成されている。第２のステータ８の穴８ａはロータ５の軸部５ｃと回転可能に嵌合している。

＜駆動装置の作用＞
上述した本実施の形態の構成によれば、２つの磁気回路が形成される。即ち、１つ目の第１の磁気回路は、第１のステータ４の外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅからマグネット１を通過して、ロータ５、軸受け６を通る磁気回路である。また、２つ目の第２の磁気回路は、第１のステータの外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅからヨーク部８ｂ、８ｃ、８ｄへ空気中を通過した後、ロータ５、軸受け６を通る磁気回路である。コイル２へ通電すると、励磁される極性は、第１のステータ４の外側磁極部４ａ、４ｂとヨーク部８ａ、８ｂ、８ｃとでは異なる極性（逆の極性）となる。このような２つの磁気回路が構成されるため、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、駆動装置の高出力化を可能にする。

さらに、本実施の形態の構成によれば、コイルは１つで構成されるので、通電の制御回路も単純になり、コストも安くなる。

また、本実施の形態の構成によれば、ステータが２つ存在する。即ち、第１のステータ４と第２のステータ８を設けたので、この第１と第２のステータ４、８の歯幅を変化させることで、コギングトルクを調整することができる。

＜駆動装置の組み立て方法＞
次に、上記構成の駆動装置の組み立て方法、特に第１のステータ４と第２のステータ８の固定方法について、一例として説明する。

まず、マグネット１と同心で且つ該マグネット１の軸方向にコイル２を配置し、ロータ５をコイル２の内径部に挿入した後、マグネット１の内径部に固定する。さらに、第１のステータ４の外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅがマグネット１の外周面に対向するように、第１のステータ４をコイル２の外周面を覆うように配置する。

そして、軸受け６の小径の６ｂ部を第１のステータ４の穴４ａに、例えば圧入や接着、溶接等で固定する。さらに、軸受け６の大径の６ａ部がボビン３の内径部３ａを挟み込みボビン３と第１のステータ４とを一体的に固定する。こうして、軸受け６は、内径部６ｃにおいてロータ５の軸部５ｂを回転可能に嵌合することになる。

また、第２のステータ８を、コイル２とはマグネット１を挟み逆側に配置し、第１のステータ４と第２のステータ８の固定する。このとき、第１のステータ４の外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅと第２のステータ８のヨーク部８ｂ、８ｃ、８ｄが位相を確実に合せることが必要である。即ち、磁気ギャップを所定の大きさに確実に保つようにする。

以下、第１のステータ４と第２のステータ８の固定方法について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態における駆動装置の要部分解斜視図である。

まず、第１のステータの外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅをそれぞれ、板部材８の溝穴部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに挿入して、レーザ溶接、もしくは圧入、または接着剤で固定する。さらに、第２のステータのヨーク部８ｂ、８ｃ、８ｄを板部材７の切欠き部７ｅ、７ｆ、７ｇに挿入して、レーザ溶接、もしくは圧入、または接着剤で固定する。これによって、第１のステータ４の外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅと第２のステータ８のヨーク部８ｂ、８ｃ、８ｄとが位相を確実に合せることが可能となる。さらに、板部材７が非磁性材料で構成されているため、外側磁極部４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅからヨーク部８ａ、８ｂ、８ｃに直接磁束が流れるということが生じない。

このように、板部材７を介して、第１のステータ４と第２のステータ８の磁極ギャップを確実に保持しながら固定することができる。このとき、ロータ５の軸部５ｃは、第２のステータ８の穴８ａに回転可能に嵌合している。

また、板部材７を非駆動部材の地板（例えば、シャッタユニットの地板）に直接取り付けることが可能となるため、少ない部品点数で高出力の駆動装置を実現することが可能となる。

なお、本実施の形態では、第１のステータ４及び第２のステータ８と取り付け板７をレーザ溶接で固定したが、圧入でも接着でも構わない。

実施の形態に係る駆動装置の分解斜視図である。 図１の駆動装置の断面図である。 実施の形態における駆動装置の要部分解斜視図である。 特許文献１に開示された駆動装置の分解斜視図である。 特許文献２に記載された駆動装置の分解斜視図である。

符号の説明

１ マグネット
２ コイル
３ ボビン
４ 第１のステータ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 外側磁極部
５ ロータ
６ 軸受け
７ 板部材
８ 第２のステータ
８ａ、８ｂ、８ｃ ヨーク部

Claims (3)

1. 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、
   前記マグネットと同心で且つ該マグネットの軸方向に配置されたコイルと、
   前記コイルの外周面を覆い前記コイルにより励磁される第１のステータと、
   前記コイルの内径部に挿入され且つ前記マグネットの内径部に固定された回転可能なロータと、
   前記コイルとは前記マグネットを挟み逆側に配置され、前記コイルにより前記第１のステータとは異なる極性に励磁される第２のステータと、
   非磁性材料で構成され、前記第１のステータと前記第２のステータの位相を決めるための板部材とを備えたことを特徴とする駆動装置。
2. 前記第１及び第２のステータは、磁気ギャップが所定の大きさに設定されるように前記板部材に固定され、前記板部材は、外部の非駆動部材に取り付け可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 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同心で且つ該マグネットの軸方向にコイルを配置する工程と、
   回転可能なロータを前記コイルの内径部に挿入して、前記マグネットの内径部に固定する工程と、
   前記コイルにより励磁される第１のステータを前記コイルの外周面を覆うように配置する工程と、
   前記コイルにより前記第１のステータとは異なる極性に励磁される第２のステータを、前記コイルとは前記マグネットを挟み逆側に配置する工程と、
   外部の非駆動部材に取り付け可能に構成された非磁性材料の板部材を用意し、前記第１及び第２のステータの磁気ギャップが所定の大きさに設定されるように該前記第１と第２のステータを前記板部材を介して固定する工程とを有することを特徴とする駆動装置の組み立て方法。

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