JP2012047991A - 駆動モータおよび光量調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の位置を安定させつつ抵抗負荷の少ない駆動回転を実現することにより、ローターマグネットの磁気力の変化や振動や衝撃等の機械的な外乱の影響を受けることを少なくして、高精度な駆動制御を実現することのできる駆動モータを提供すること。
【解決手段】ローターマグネット１０２を取り付けられている回転軸２１と、該回転軸を回転自在に軸支する軸受部材２６と、を備える駆動モータ１１であって、回転軸の一端側に凸面の球形状部２１ａが形成される一方、回転軸がスラスト方向に移動する際に球形状部に対面する軸受部材の軸受面が凹面の球面軸受面２８ａに形成されており、軸受部材の球面軸受面の曲率半径が回転軸の球形状部の曲率半径よりも１．５倍〜２倍の範囲内の大きさになるように形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動モータおよび光量調節装置に関し、詳しくは、軽量化を図りつつ高精度な回転駆動を実現するものに関する。

駆動モータは、電気機器に搭載されて、例えば、各種機能の稼動に必要な駆動力の発生源として利用される場合があり、近年の電気機器の小型化に伴って搭載する駆動モータも小型化されている。

この種の駆動モータは、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの撮像機器の光量調節装置に搭載される場合があり、その光量調節装置では、駆動モータの駆動力で撮像手段に至る光量の調節機構を動作させるようになっており、搭載される駆動モータには、小型化を実現しつつ駆動力を確保する必要があるとともに、スムーズに回転駆動することが求められる。

この光量調節装置は、例えば、図４に示す駆動モータ１００を搭載して光量調節機構を動作させるようになっている。この駆動モータ１００は、回転軸１０１にローターマグネット（回転体）１０２が一体回転するように取り付けられており、ローターマグネット１０２には、図５に示すように、コイル１０３（電線Ｃ）を窪み部１０４ｃに巻き付けるボビン１０４ａ、１０４ｂを外装させるとともに、その外側をヨーク（強磁性体）１０５で囲んでローターマグネット１０２の磁界が外部に漏れることを防ぎ、ヨークの内側に磁気回路を形成する。ボビン１０４ａ、１０４ｂのコイル１０３で発生させた磁界がヨーク１０５内で、ローターマグネット１０２の磁界との効果的な作用や反作用により、回転軸１０１を中心にして回転させるようになっている。また、この駆動モータ１００の回転軸１０１は、両端部１０１ａ、１０１ｂを軸受部材１０６ａ、１０６ｂの軸受穴１０７ａ、１０７ｂ内に差し込んで回転自在に軸支するようになっており、その軸受部材１０６ａ、１０６ｂは、軸受穴１０７ａ、１０７ｂをボビン１０４ａ、１０４ｂに穿孔形成することにより構成されている。

また、光量調節装置は、駆動モータ１００の回転軸１０１の一端側に、直交方向の両側方に張り出している駆動力伝達部材１０９が接合や嵌合により一体形成されており、その駆動力伝達部材１０９の端部の係合ピン１０９ａ、１０９ｂを光量調節機構に係合させることにより駆動モータ１００の駆動力を伝達して動作するようになっている。

そして、駆動モータ１００は、図６に示すように、ボビン１０４ａ、１０４ｂのコイル１０３（図６には不図示）に図中矢印方向の電流Ｉを流すことで生じる磁界により、回転軸１０１を中心にするローターマグネット１０２のＮ極・Ｓ極との相互作用で一方向に駆動回転するようになっている。また、この駆動モータ１００の回転軸１０１は、図示するように、ローターマグネット１０２とヨーク１０５のスラスト方向の相対的な位置関係を調整することによって、互いの磁気的作用により一端側の軸受部材１０６ａの軸受穴１０７ａ側に向かう矢印ｇで示すスラスト方向に付勢されている状態にするとともに、その一端側に球形状部１０１ａを形成することにより接触抵抗を少なくしてスムーズに回転駆動することができるように工夫されている。

しかるに、光量調節装置では、撮像映像の光を通過させる開口部の閉切位置と開切位置には光量調節機構を衝止部材に突き当てて駆動力伝達部材１０９の回動を静止させるようになっており、このときには、駆動モータ１００のローターマグネット１０２とボビン１０４ａ、１０４ｂのコイル１０３で発生させた磁界の強さで一定方向に位置決めされるようになっている。この光量調節装置では、上述のように、駆動モータ１００の小型化も進められているため、ローターマグネット１０２の磁力の低下は避けられず、また、重量も軽くなって安定性に欠けるようになっていることから、光量調節機構の閉切や開切の際の衝撃を受ける度に静止位置が異なってしまっていた。

特に、駆動モータ１００のローターマグネット１０２の回転はホール素子１１０により検出するが、そのホール素子１１０の出力は、ローターマグネット１０２の位置がラジアル方向にずれるとその出力値も変化する一方、光量調節機構の閉切位置と開切位置での基準となることから、その出力値が大きく変化するのは制御品質の低下を招いてしまう。

また、回転軸１０１は、両端部１０１ａ、１０１ｂと軸受部材１０６ａ、１０６ｂの軸受穴１０７ａ、１０７ｂとの間のラジアル方向のクリアランスの存在によりガタツキが生じてしまうとともに、その回転軸１０１の端部の球形状部１０１ａの外面（端面）を当接させて軸受けする軸受穴１０７ａの軸受面１０８ａが単なる円形の平面に形成されていることから、ラジアル方向に変位することを制限することができず、そのガタツキの影響は小型化されるほど大きい。

このことから、回転軸１０１の一端側の軸受部材１０６ａは、図７に示すように、円錐形状の軸受面１０８ｂを形成することにより、ローターマグネット１０２とヨーク１０５の磁気的作用により矢印ｇで示すスラスト方向に付勢される回転軸１０１の一端側の球形状部１０１ａを円錐の中心に案内するようになっている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００４−１３８９３９号公報 特開２００６−１５４２１１号公報

しかしながら、このような駆動モータにあっては、光量調節装置のように小型化されて搭載する場合には、駆動モータ１００の小型化によるローターマグネット１０２の磁力低下で駆動力も低下する。また、この駆動モータ１００は、軸受部材１０６ａの円錐形状の軸受面１０８ｂに回転軸１０１の一端側の球形状部１０１ａの外周一周が摺接する状態になって接触抵抗が大きいとともに、ローターマグネット１０２とヨーク１０５の磁気的作用により回転軸１０１の一端側の球形状部１０１ａが軸受部材１０６ａの円錐形状の軸受面１０８ｂに軽度の圧入状態になって回転負荷が大きくなる。このため、駆動モータ１００では、静止状態から動き出すときに大きな駆動力が必要になってスムーズに回転駆動を開始することが難くなる。

そこで、本発明は、回転軸の位置を安定させつつ抵抗負荷の少ない駆動回転を実現することにより、ローターマグネットの磁気力の変化や振動や衝撃等の機械的な外乱の影響を受けることを少なくして、高精度な駆動制御を実現することのできる駆動モータや光量調節装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する駆動モータの発明は、回転体を取り付けられている回転軸と、該回転軸を回転自在に軸支する軸受部材と、を備える駆動モータであって、前記回転軸の端部の一方あるいは双方に凸面の球形状部が形成される一方、前記回転軸がスラスト方向に移動する際に当該端部の前記球形状部に対面する前記軸受部材の軸受面が凹面の球面軸受面に形成されており、前記軸受部材の前記球面軸受面の曲率半径が前記回転軸の前記球形状部の曲率半径よりも大きく形成されていることを特徴とするものである。

この発明では、回転軸が自重あるいは磁気的作用による付勢力によりスラスト方向に移動する状態で回転体と共に一体回転する際には、回転軸端部の球形状部が軸受部材の球面軸受面に当接回転することになり、その回転軸端部の球形状部は、最も突出して軸心に一致する中心が軸受部材の球面軸受面の最も窪む中心に案内されつつ回転自在に軸受けされる。したがって、回転軸の球形状部の中心を軸受部材の球面軸受面の中心に一致させることができ、回転軸の軸心が軸受けの中心になるように安定させつつ回転自在に軸受けすることができる。このとき、回転軸の球形状部と軸受部材の球面軸受面とはそれぞれの中心部が面接触して摺接する状態になることから、接触抵抗を大きくすることなく、また、付勢力により圧入する状態になることもなく、面同士で当接して傾こうとするのを制限することもできる。

このように本発明によれば、スラスト方向に付勢されつつ回転体と一体回転する回転軸の球形状部を、軸受部材の球面軸受面が回転自在に軸受けするので、回転軸の軸心が軸受けの中心になるように案内しつつ安定した状態で回転自在に軸受けすることができ、回転軸の球形状部は軸受部材の球面軸受面と互いの中心部を面接触させつつ摺接回転することから、付勢力により圧入状態になることなく、また、安定した姿勢を保持しつつ、小さな接触抵抗で回転駆動することができる。したがって、ローターマグネットの磁気力が小型化に伴って低下したとしても、また、駆動時の振動や衝撃等の機械的な外乱を受けたとしても、小さな回転負荷で回転駆動を開始して安定した位置で高精度な駆動制御を実現することができる。

本発明に係る駆動モータを搭載する光量調節装置の一実施形態を示す分解斜視図である。 その光量調節機構を示す概念平面図である。 その駆動モータの構成を示す図であり、（ａ）はその縦断面、（ｂ）はその要部の一部拡大縦断面図である。 その関連技術の駆動モータを示す図であり、（ａ）はその縦断面、（ｂ）はその要部の一部拡大縦断面図である。 その関連技術の駆動モータを示す横断概念図である。 その関連技術の駆動モータの駆動を説明する概念説明図である。 その図４とは異なる関連技術の駆動モータを示す図であり、（ａ）はその縦断面、（ｂ）はその要部の一部拡大縦断面図である。

本発明の実施形態としては、上記の課題解決手段のように、回転体を取り付けられている回転軸と、該回転軸を回転自在に軸支する軸受部材と、を備える駆動モータであって、前記回転軸の端部の一方あるいは双方に凸面の球形状部が形成される一方、前記回転軸がスラスト方向に移動する際に当該端部の前記球形状部に対面する前記軸受部材の軸受面が凹面の球面軸受面に形成されており、前記軸受部材の前記球面軸受面の曲率半径が前記回転軸の前記球形状部の曲率半径よりも大きく形成されていることを基本構成とするのに加えて、次の構成を備えてもよい。

第１の形態としては、前記軸受部材の前記球面軸受面の曲率半径が前記回転軸の前記球形状部の曲率半径よりも１．５倍〜２倍の範囲内の大きさになるように形成されていてもよい。

この形態では、回転軸の球形状部と軸受部材の球面軸受面との面接触する面積を小さくするのと同時に点接触する状態にしてしまうことなく、安定した姿勢を保持しつつ小さな回転負荷で軸受けすることができる。

第２の形態としては、前記回転軸の端部を階段状に形成して、あるいは円錐形状に形成して縮径することにより、前記回転軸よりも小さな直径の前記球形状部を形成するようにしてもよい。

この形態では、軸受部材の球面軸受面の曲率半径よりも回転軸の球形状部の曲率半径を小さくした場合にも、軸受面に回転軸の球形状部以外の箇所が接触してしまう恐れのない状態にして構築することができる。

第３の形態としては、上記の駆動モータの回転軸と一体回転するように光量調節機構が連結されて、該駆動モータの駆動力により光量調節を行うようにして、上記の駆動モータによる作用効果を得るようにしてもよい。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図３は本発明に係る駆動モータを搭載する光量調節装置の一実施形態を示す図である。ここで、本実施形態は、図４〜図７に示す関連技術と基本構成を共通にしていることから、同様な構成には、同一の符号を付して説明する。

図１において、光量調節装置１０は、駆動モータ１１を光量調節機構１２に組み付けて構成されており、駆動モータ１１は、図４に示す回転軸１０１に代わる回転軸２１と、ローターマグネット（回転体）１０２と、コイル１０３（電線Ｃ）と、ボビン１０４ａ、１０４ｂと、ヨーク（強磁性体）１０５と、を備えて構成されている。

この駆動モータ１１は、ローターマグネット１０２内に回転軸２１を一端側から差し込んで接合や嵌合により一体化するとともに、この回転軸２１をローターマグネット１０２と共に上側ボビン１０４ａ内に差し込んで内装状態にする一方、下側ボビン１０４ｂをその回転軸２１の他端側に被せるようにして上側ボビン１０４ａに接合や嵌合などすることにより一体化する。このボビン１０４ａ、１０４ｂは、互いの境界付近に形成されている開口１０４ｃから回転軸２１端部の駆動力伝達部材１０９を直交方向に張り出した状態にして回転軸２１を往復回動可能にしており、この回転軸２１の軸方向と平行に形成されているボビン１０４ａ、１０４ｂの外面側の窪み部１０４ｃ（図５を参照）内に電線Ｃを巻き付けてコイル１０３を形成した後に、ヨーク（強磁性体）１０５を外装させて組み立てるようになっている。なお、図中、２２はプリント配線基板であり、このプリント配線基板２２は、回転軸２１を回転駆動する電流Ｉ（図６を参照）をコイル１０３に供給するために必要な回路が組まれて、ヨーク１０５の一面側にコンパクトに組み付けられている。

光量調節機構１２は、駆動モータ１１を組み付けるベース１３と、駆動力伝達部材１０９の一方の係合ピン１０９ａに係合させる光量調節地板１４と、駆動力伝達部材１０９の他方の係合ピン１０９ｂに係合させる光量調節地板１５と、ベース１３に組み付けて光量調節地板１４、１５を内装状態にするカバー１６と、を備えて構成されている。なお、１８はフィルタであり、このフィルタ１８としては、例えば、ＮＤ（Neutral Density：減光）フィルタなどを適宜取り付けて最適な映像を撮像することができるようにすることができる。

この光量調節機構１２は、図１の裏面側から見たときの図２に示すように、回転軸２１を中心にして矢印ｒ方向に往復回動する駆動力伝達部材１０９の係合ピン１０９ａ、１０９ｂを収容する円弧状の案内長穴１６ａ、１６ｂがカバー１６に開口しており、その案内長穴１６ａ、１６ｂが駆動モータ１１の駆動力により回動する駆動力伝達部材１０９の係合ピン１０９ａ、１０９ｂの光量調節地板１４、１５からの外れを防止している。なお、図２中には、光量調節地板１４、１５に異なるハッチング・トーンを付して区別しやすくしている。

光量調節地板１４、１５は、回転軸２１の片側で離隔する方向に延在する直線状の案内長穴１４ａ、１５ａが複数開口しており、この案内長穴１４ａ、１５ａは、その回転軸２１を中心にする矢印ｙ方向の平行方向に延在している。この案内長穴１４ａ、１５ａには、ベース１３に立設されている案内ピン１３ａが収容されることにより、カバー１６との間に収納されている光量調節地板１４、１５を平行方向（矢印ｙ方向）にスライド自在に保持するようになっている。

また、光量調節地板１４、１５には、回転軸２１の両側方で離隔する方向に延在する直線状の案内長穴１４ｂ、１５ｂが開口しており、この案内長穴１４ｂ、１５ｂは、回転軸２１を中心にして往復回動する駆動力伝達部材１０９の係合ピン１０９ａ、１０９ｂを収容可能に案内長穴１４ａ、１５ａに対して直交する方向に延在している。この案内長穴１４ｂ、１５ｂには駆動力伝達部材１０９の係合ピン１０９ａ、１０９ｂが係合することにより光量調節地板１４、１５が連れられて移動されるようになっており、その駆動力伝達部材１０９が駆動モータ１１の駆動力により回動することにより光量調節地板１４、１５を逆方向（図２における矢印ｙ方向の上下方向）に移動させることができるようになっている。

この光量調節地板１４、１５は、図２に示すように、一方の光量調節地板１４が上方に位置するとともに他方の光量調節地板１５が下方に位置する場合に、互い内側に位置する外周縁１４ｃ、１５ｃが離隔してその間で光量調節装置１０が撮像光を通過させる開口部１９を開口させる一方、反対方向に回転軸２１の駆動力により駆動力伝達部材１０９（係合ピン１０９ａ、１０９ｂ）が回動して、光量調節地板１４が下方に降下するとともに光量調節地板１５が上方に上昇する場合には、互いの外周縁１４ｃ、１５ｃが重なってその開口部１９を閉止するようになっている。なお、フィルタ１８は、開口部１９が開口したときに位置するように光量調節地板１４、１５の一方または両方に着脱可能に固定するようになっている。

そして、駆動モータ１１は、図４や図６の駆動モータ１００と同様に、図３に示すように、回転軸２１の両端部２１ａ、２１ｂをボビン１０４ａ、１０４ｂの軸受部材２６ａ、２６ｂの軸受穴２７ａ、２７ｂ内に差し込んで回転自在に軸支するようになっており、ローターマグネット１０２とヨーク１０５のスラスト方向にずらすことによる相対的な位置関係に応じた互いの磁気的作用により、回転軸２１の一端側の球形状部２１ａをボビン１０４ａの軸受部材２６ａの軸受穴２７ａ内に差し込む矢印ｇ方向に付勢して回転自在に軸受けさせるようになっている。

この回転軸２１の一端側は、中央側の外径よりも段階的に縮径した階段部２１ｂを形成することによりその端面に小径の球形状部２１ａが形成されており、回転軸２１が傾いた場合にもその球形状部２１ａの外周部分の階段部２１ｂが軸受部材２６ａ側に接触してしまうことがないように形成されている。

これに対して、軸受部材２６ａは、その回転軸２１の一端側の球形状部２１ａの外面（凸面）を当接させた状態にして軸受けする軸受穴２７ａの軸受面２８ａが、その球形状部２１ａ外面よりも１．５倍〜２倍の範囲内の大きさの曲率半径Ｒとなるように形成した凹面の球面軸受け面２８ａに形成されている。

これにより、光量調節装置１０は、駆動モータ１１の回転軸２１がローターマグネット１０２と一体回転する際には、軸受部材２６ａの球面軸受面２８ａの最も窪む中心に球形状部２１ａを案内させつつ付勢力により当接回転させることができ、その回転軸２１の軸心を球形状部２１ａの中心に一致させる姿勢で安定して回転自在に軸受けさせることができる。このとき、回転軸２１の球形状部２１ａと軸受部材２６ａの球面軸受面１８ａとはそれぞれの中心部が面接触して摺接することから、大きな接触抵抗になることなく、また、付勢力により球形状部２１ａが球面軸受面１８ａに圧入状態になることもなく、凸面と凹面の球面同士で当接して回転軸２１が傾くのを制限しつつ回転自在に軸受けすることができる。特に、本実施形態では、軸受部材２６ａの球面軸受面１８ａが回転軸２１の球形状部２１ａの曲率半径Ｒの１．５倍〜２倍であることから、接触抵抗をより小さくすることができるのと同時に、点接触する状態になって回転軸２１が傾くのを制限することができ、より安定した姿勢を保持しつつ小さな回転負荷で軸受けすることができる。

ここで、駆動力伝達部材１０９の位置決め（回動角）は、駆動モータ１１のコイル１０３に流す電流値Ｉで決めるようになっており、そのコイル１０３に流す電流Ｉの向きにより絞りを開閉動作させることができる。このときには、正逆方向の電流により開閉動作を行わせても良く、また、絞りの閉じ方向に作用するようにヨークを断面Ｃ字形状に形成するなどして磁気的な偏りを持たせても良く、また、絞りの閉じ方向に巻バネや板バネ等の付勢手段により回動させるようにしても良い。但し、バネのトルクは大きいことから小型化には他の方式の方が有利である。

このように本実施形態においては、スラスト方向に付勢されつつローターマグネット１０２と一体回転する回転軸２１の球形状部２１ａを、軸受部材２６ａの１．５倍〜２倍の曲率半径Ｒの球面軸受面２８ａが回転自在に軸受けするので、回転軸２１の軸心が軸受けの中心になるように案内しつつ安定した状態で回転自在に軸受けすることができるとともに、その回転軸２１（駆動力伝達部材１０９）を小さな接触抵抗で回転駆動させることができる。したがって、ローターマグネット１０２の磁気力が光量調節装置１０の小型化に伴って低下したとしても、また、駆動力伝達部材１０９が衝止される際に振動や衝撃を加えられたとしても、小さな回転負荷で回転軸２１の回転駆動を開始して安定した位置に案内しつつ高精度な駆動制御を実現することができる。

本実施形態の他の態様としては、図示することは省略するが、上述実施形態では、磁力により回転軸２１の一端側を軸受部材２６ａ側に付勢して球形状部２１ａを球面軸受面１８ａに軸受けさせる場合を一例にして説明するが、これに限るものではなく、自重により上下する場合などには、その両端側に球形状部と球面軸受面とを配設してもよいことはいうまでもない。

また、回転軸２１の一端側に階段部２１ｂを形成してその端面に小径の球形状部２１ａを形成する場合を一例にして説明するが、これに限るものではなく、回転軸２１の一端側を円錐状に形成してその先端に球形状部２１ａを形成してもよい。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１０……光量調節装置 １１……駆動モータ １２……光量調節機構 １３……ベース １３ａ……案内ピン １４、１５……光量調節地板 １４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ……案内長穴 １４ｃ、１５ｃ……外周縁 １６……カバー １８……フィルタ １８ａ……球面軸受面 １９……開口部 ２１……回転軸 ２１ａ……球形状部 ２１ｂ……階段部 ２６ａ、２６ｂ……軸受部材 ２７ａ、２７ｂ……軸受穴 ２８ａ……球面軸受面 １０２……ローターマグネット １０３……コイル １０４ａ、１０４ｂ……ボビン １０５……ヨーク １０９……駆動力伝達部材 １０９ａ、１０９ｂ……係合ピン

Claims (3)

1. 回転体を取り付けられている回転軸と、該回転軸を回転自在に軸支する軸受部材と、を備える駆動モータであって、
   前記回転軸の端部の一方あるいは双方に凸面の球形状部が形成される一方、
   前記回転軸がスラスト方向に移動する際に当該端部の前記球形状部に対面する前記軸受部材の軸受面が凹面の球面軸受面に形成されており、
   前記軸受部材の前記球面軸受面の曲率半径が前記回転軸の前記球形状部の曲率半径よりも大きく形成されていることを特徴とする駆動モータ。
2. 前記軸受部材の前記球面軸受面の曲率半径が前記回転軸の前記球形状部の曲率半径よりも１．５倍〜２倍の範囲内の大きさになるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動モータ。
3. 上記請求項１または２に記載の駆動モータの回転軸と一体回転するように光量調節機構が連結されて、該駆動モータの駆動力により光量調節を行うことを特徴とする光量調節装置。

Images