JP2013030566A - 電磁アクチュエータ、光量調節装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ヨークの磁気的ロスを抑えつつ、ロータに対してヨークを高い精度で位置決めできる小型の電磁アクチュエータが求められている。
【解決手段】電磁アクチュエータは、ロータと、２つの磁極部およびコイルが装着される磁路形成部を有するヨークとを含む。磁路形成部は、ヨークをベース部材に取り付けるための突起部を有し、ヨークは粉末冶金成形法により形成される。磁路形成部における磁路が延びる第１の方向に直交する断面を磁路断面といい、ロータの回転中心軸が延びる方向から見たときの第１の方向に直交する第２の方向での幅を磁路幅という。突起部は、磁路形成部のうち該突起部を含む第１の部分での磁路断面の面積が、第１の方向にて第１の部分に隣接する第２の部分での磁路断面の面積よりも小さくならず、かつ第１の部分の磁路幅が第２の部分の磁路幅よりも大きくならないように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルへの通電により発生させた電磁力によってロータを回転させる電磁アクチュエータに関し、例えば、カメラ等の光学機器に搭載される光量調節装置の駆動源に好適な電磁アクチュエータに関する。

上記のような電磁アクチュエータとして、特許文献１には、複数の着磁部が形成された外周面を有する回転可能なロータと、コイルと、ロータの外周面のうち周方向にて互いに異なる領域に対向する２つの磁極部を有するヨークとにより構成された電磁アクチュエータが開示されている。ロータは、光量調節装置のベース部材によって回転可能に支持されている。また、ヨークには、２つの磁極部をつなぐとともにコイルが装着されるＵ字形状（馬蹄形状）の磁路形成部が設けられている。特許文献１にて開示された電磁アクチュエータは、上記のようなヨークを２つ備えている。また、特許文献２には、１つのロータに対して、上記のようなヨークとコイルが二組設けられた電磁アクチュエータが開示されている。

これらの電磁アクチュエータにおいて、ロータの外周面とこれに対向するヨークの磁極部との位置関係は電磁アクチュエータの性能に大きく影響する。このため、ヨークを、ロータを回転可能に支持するベース部材に対して（つまりはロータに対して）正確な位置に位置決めした上で、該ベース部材に取り付ける必要がある。

特許文献１にて開示された電磁アクチュエータでは、ベース部材に位置決め突起（ピン）が設けられる一方、ヨーク（磁路形成部）に位置決め穴が形成され、位置決め突起が位置決め穴に挿入されることで、ヨークのベース部材およびロータに対する位置決めおよび取り付けが行われる。

特開２００４−０９５７０３号公報 特開２００５−１０７１７３号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された電磁アクチュエータでは、ヨーク（磁路形成部）の一部を光量調節装置の径方向外側に向かって半円形状に大きく突出させ、その突出部分（以下、外側突出部分という）に打ち抜き加工等によって位置決め穴を形成する。このような外側突出部分に位置決め穴を形成するのは、位置決め穴の形成によって、ヨークの強度が低下したり、磁路形成部における磁束が通過する断面積が小さくなったり（磁気的なロスが増加したり）することを回避するためである。また、ベース部材に設けられた位置決め突起とコイルとの干渉を避けるために、位置決め突起の位置をベース部材における径方向外側寄りに設定する必要があるためでもある。

外側突出部分をヨークに形成することで、電磁アクチュエータが大型化する。さらに、ベース部材における位置決め突起の位置をベース部材の径方向外側寄りに設定することで、光量調節装置の外周縁を形成するベース部材、つまりは光量調節装置が径方向に大型化する。

本発明は、ヨークにおける磁気的ロスの発生を抑えながらも、ロータに対してヨークを高い精度で位置決めすることができる小型の電磁アクチュエータを提供する。また、本発明は、この電磁アクチュエータを備えた光量調節装置、さらには該光量調節装置を備えた光学機器を提供する。

本発明の一側面としての電磁アクチュエータは、複数の着磁部が形成された外周面を有し、ベース部材によって回転可能に支持されたロータと、コイルと、ロータの外周面のうち周方向にて互いに異なる領域に対向する２つの磁極部、および該２つの磁極部をつなぐ磁路を形成するとともにコイルが装着される磁路形成部を有するヨークとを有する。磁路形成部は、ヨークをベース部材に対して取り付けるための突起部を有しており、突起部を含むヨークは、粉末冶金成形法により形成される。磁路形成部における磁路が延びる第１の方向に直交する断面を磁路断面といい、該磁路形成部における前記ロータの回転中心軸が延びる方向から見たときの前記第１の方向に直交する第２の方向での幅を磁路幅というとき、突起部は、磁路形成部のうち該突起部を含む第１の部分での磁路断面の面積が、第１の方向にて第１の部分に隣接する第２の部分での磁路断面の面積よりも小さくならず、かつ第１の部分の磁路幅が第２の部分の磁路幅よりも大きくならないように形成されていることを特徴とする。

なお、上記電磁アクチュエータを備えた光量調節装置、および該光量調節装置を搭載した光学機器も本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、ヨークの第１の部分における突起部の裏側に、プレス成形によって該突起部を形成した場合のような大きな凹部が形成されない。このため、該第１の部分に突起部を形成しつつも第１の部分の磁路断面積が第２の部分の磁路断面積より小さくなったり、ヨークの強度が低下したりすることを、従来のようにヨークに外側突出部分を設けなくても回避することができる。したがって、突起部を形成したことによる磁気的ロスの増加を、ヨークの大型化を伴わずに抑えることができる。つまり、ヨークにおける磁気的ロスの増加を抑えながらも、ロータに対してヨークを高い精度で位置決めすることができる小型の電磁アクチュエータを実現することができる。

そして、このような電磁アクチュエータを光量調節装置に用いることで、光量調節装置の小型化と光量調節性能の向上とが可能となる。さらに、該光量調節装置を光学機器に備えることで、小型で光学性能が高いカメラ等の光学機器を実現することができる。

本発明の実施例である絞りシャッタ装置の分解斜視図。 実施例の絞りシャッタ装置の地板に取り付けられた電磁アクチュエータを示す正面図。 実施例の絞りシャッタ装置の背面図。 上記電磁アクチュエータの構成を示す平面図。 上記地板の形状を示す平面図。 上記電磁アクチュエータのヨークの断面図。 実施例の絞りシャッタ装置を搭載したカメラの構成を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１、図２および図３には、本発明の実施例１である電磁アクチュエータを備えた光量調節装置としての絞りシャッタ装置を示している。この絞りシャッタ装置は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラおよび交換レンズ等の撮影専用の光学機器に搭載される他、携帯電話やパソコン等の情報端末機器に内蔵される光学撮像ユニット（光学機器）にも用いられる。なお、本発明の実施例の電磁アクチュエータは、絞りシャッタ装置に限らず、電磁アクチュエータを駆動源とする様々な装置にも用いることができる。

なお、図１は絞りシャッタ装置を分解して示し、図２は正面側から見たときの絞りシャッタ装置（ただし、アクチュエータ固定部材４を取り外した状態）を示している。また、図３は背面側から見たときの絞りシャッタ装置（ただし、カバー板６を取り外した状態）を示している。

これらの図において、１は絞りシャッタ装置のベース部材となるシャッタ地板であり、電磁アクチュエータのベース部材を兼ねている。図４には、正面から見たシャッタ地板１のみを示している。シャッタ地板１は、合成樹脂により形成された比較的厚い板状の部材である。シャッタ地板１の中央には、被写体からの光を通過させる円形の開口１ａが形成されている。なお、開口１ａの開口面に対して直交する方向を、以下の説明では光軸方向という。また、シャッタ地板１における開口１ａの周囲部分のうち一部には、電磁アクチュエータの駆動ピン９ｂを貫通させるための円弧状の駆動ピン孔部１ｂが形成されている。

さらに、シャッタ地板１における光軸方向のうち一方の面（アクチュエータ室側の面）には合成樹脂製のアクチュエータ固定部材４が２つのビス２，３によって取り付けられる。シャッタ地板１のうちこのアクチュエータ固定部材４に対向する部分（ビス２，３による取り付け部の間の部分）は、アクチュエータ固定部材４から光軸方向に退避した凹部として形成されている。この凹部は、電磁アクチュエータが配置されるアクチュエータ室となる。

シャッタ地板１におけるアクチュエータ室側の面には、ピン部１ｃと、ヨーク１０の位置決め用のボス部１ｄおよび凹部１ｅ，１ｆとが形成されている。本実施例では、凹部１ｅは丸穴形状を有し、凹部１ｆは長穴形状を有するが、ヨーク１０のシャッタ地板１に対する位置決めの仕方に応じて他の凹部形状に形成してもよい。

また、シャッタ地板１における光軸方向のうち他方の面（羽根室側の面）には、中央に被写体からの光を通過させるための開口５ａが形成された仕切りシート５が２つのビス７，８によって取り付けられる。さらに、仕切りシート５に対して所定の間隔をあけて、中央に被写体からの光を通過させるための開口６ａが形成されたカバー板６が上記ビス７，８によって取り付けられる。仕切りシート５とカバー板６との間には羽根室が形成され、この羽根室には、光量調節部材としてのシャッタ羽根１３，１４が配置される。カバー板６の開口６ａの径は、仕切りシート５の開口５ａの径よりも若干大きく設定されている。

シャッタ地板１のシャッタ室側の面には、２つのピン部１ｇ，１ｈと、仕切りシート５およびカバー板６の位置決めを行うためのボス部１ｉ，１ｊとが設けられている。また、シャッタ地板１のアクチュエータ室側の面およびシャッタ室側の面にはそれぞれ、ビス２，３，７，８を締め込むためのビス下孔１ｋ，１ｌ，１ｍ，１ｎが形成されている。

シャッタ室に配置されたシャッタ羽根１３，１４には、シャッタ地板１に形成されたピン部１ｇ，１ｈがそれぞれ挿入される円形の孔部１３ａ，１４ａと、電磁アクチュエータの駆動ピン９ｂが挿入される長孔部１３ｂ，１４ｂとが形成されている。シャッタ羽根１３，１４は、長孔部１３ｂ，１４ｂに挿入された駆動ピン９ｄが電磁アクチュエータによって回動されることにより、孔部１３ａ，１４ａに挿入されたピン部１ｇ，１ｈ回りで、仕切りシート５とカバー板６の開口５ａ，６ａを塞ぐ閉位置と該開口５ａ，６ａを開放する開位置との間で回動する。これにより、開口５ａ，６ａを通過する光の量が調節（増減および遮断）され、絞りやシャッタとして機能する。

また、アクチュエータ固定部材４には、ビス２，３によって取り付けられるための孔部４ａ，４ｂが形成されているとともに、シャッタ地板１に形成されたピン部１ｃの先端が挿入される孔部４ｃが形成されている。

仕切りシート５には、シャッタ地板１の駆動ピン孔部１ｂと重なる位置に、該駆動ピン孔部１ｂと同様な円弧形状を有する駆動ピン孔部５ｂが形成されている。さらに、仕切りシート５には、シャッタ地板１のピン部１ｇ，１ｈを貫通させるための孔部５ｃ，５ｄと、シャッタ地板１のボス部１ｉ，１ｊがそれぞれ挿入される孔部５ｅおよび長孔５ｆも形成されている。

カバー板６にも、仕切りシート５と同様に、シャッタ地板１の駆動ピン孔部１ｂと重なる位置に、該駆動ピン孔部１ｂと同様な円弧形状を有する駆動ピン孔部６ｂが形成されている。さらに、カバー板６には、シャッタ地板１のピン部１ｇ，１ｈの先端が挿入される孔部６ｃ，６ｄと、シャッタ地板１のボス部１ｉ，１ｊの先端がそれぞれ挿入される孔部６ｅおよび長孔６ｆも形成されている。その他、カバー板６には、ビス７，８を挿入するためのビス孔部６ｇ，６ｈも形成されている。

次に、アクチュエータ室内に配置される電磁アクチュエータについて説明する。９は永久磁石により作られた円筒形状の本体部９ａを有するロータである。本体部９ａの外周面には複数（本実施例では２つ）のＮ極とＳ極の着磁部が形成されている。本体部９ａの中心の孔部には、シャッタ地板１のピン部１ｃが挿入される。これにより、ロータ９は、シャッタ地板１によって回転可能に支持される。

また、ロータ９は、本体部９ａよりも径方向外側に延びた腕部の先端から光軸方向に延びる合成樹脂製の駆動ピン９ｂを有する。駆動ピン９ｂは、シャッタ地板１および仕切りシート５の駆動ピン孔部１ｂ，５ｂを貫通してシャッタ羽根１３，１４の長孔部１３ｂ，１４ｂに挿入され、さらにカバー板６の駆動ピン孔部６ｂに挿入される。

なお、本実施例では、シャッタ地板１に形成されたピン部１ｃを円筒形状のロータ９（本体部９ａ）の中心孔に挿入することでロータ９をシャッタ地板１により回転可能に支持する場合について説明するが、ロータ９のシャッタ地板１による支持構造はこれ以外の構造であってもよい。例えば、ロータ９の中心から両側に延出させた軸部を、シャッタ地板１とアクチュエータ固定部材４に形成した孔部に挿入することで、ロータ９をシャッタ地板１により回転可能に支持するようにしてもよい。

１１はコイルであり、ボビン１２の外周に巻き付けられている。ボビン１２の内周には、後述するヨーク１０が挿入される孔部が形成されている。

ヨーク１０は、ロータ９（本体部９ａ）の外周面のうち周方向にて互いに異なる領域に対向する２つの磁極部１０ｄと、該２つの磁極部１０ｄをつなぐ磁路を形成する磁路形成部１０ｅとを有する。磁路形成部１０ｅは、光軸方向（ロータ９の回転中心軸が延びる方向）から見たときにＵ字形状を有するように形成されている。言い換えれば、Ｕ字形状の磁路形成部１０ｅの２つの先端面（ロータ９の外周面に対向する面）に磁極部１０ｄが形成されている。

そして、Ｕ字形状の磁路形成部１０ｅが有する２つの直線形状部分のうち一方は、コイル１１が巻き付けられたボビン１２の内周に形成された孔部に挿入されている。これにより、コイル１１が磁路形成部１０ｅに装着される。このように構成された電磁アクチュエータにおいて、コイル１１に通電されることにより発生した磁束は、磁路形成部１０ｅを流れて２つの磁極部１０ｄにＮ極とＳ極を形成する。そして、これら磁極部１０ｄのＮ極およびＳ極とロータ９の着磁部のＮ極およびＳ極との磁気作用によってロータ９が回転する。

図５には、図１および図２に示した電磁アクチュエータをシャッタ地板１側から見て示している。また、図６（ａ），（ｂ）にはそれぞれ、図５中に示したＡ−Ａ線とＢ−Ｂ線で切断したときのヨーク１０の断面であるＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示している。Ａ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面は、ヨーク１０のうち磁路形成部１０ｅにおける磁路が延びる方向（磁束が流れる方向：以下、第１の方向という）に直交する磁路断面に相当する。また、以下の説明において、磁路形成部１０ｅにおける光軸方向から見たときの第１の方向に直交する第２の方向での幅を磁路幅（図６（ａ），（ｂ）中にＷで示す）という。

図５に示すように、ヨーク１０のうち磁路形成部１０ｅには、シャッタ地板１に対する位置決め用のボス部（突起部）１０ａ，１０ｂと位置決め用の穴部１０ｃとが形成されている。ボス部１０ａ，１０ｂは円柱形状を有し、穴部１０ｃは丸穴形状を有する。ただし、ボス部１０ａ，１０ｂと穴部１０ｃの形状はこれ以外の形状であってもよい。また、穴部１０ｃは磁路形成部１０ｅを貫通してもよいし、底面を有する（つまりは凹部）であってもよい。

ボス部１０ａ，１０ｂをシャッタ地板１に形成された凹部１ｅ，１ｆにそれぞれ挿入し、さらに穴部１０ｃにシャッタ地板１に形成されたボス部１ｄを挿入することで、２つの磁極部１０ｄがロータ９の外周面に対して適正な位置に配置されるようにヨーク１０をシャッタ地板１に対して位置決めすることができる。

以下、ボス部１０ａ，１０ｂとこれが形成された磁路形成部１０ｅとの関係について、図６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。ここでは、ボス部１０ａと磁路形成部１０ｅとの関係について説明するが、もう１つのボス部１０ｂと磁路形成部１０ｅとの関係についても同様である。

図６（ａ）に示すように、ボス部１０ａは、磁路形成部１０ｅからその厚みＨの方向（光軸方向）に突出するようにヨーク１０に一体形成されている。ただし、ボス部１０ａは、ヨーク１０のプレス加工（半抜き加工）によって形成されたものではない。ボス部１０ａは、ヨーク１０を、軟磁性粉を含む粉体を圧縮して加熱し焼結させる粉末冶金成形法により製造する際に磁路形成部１０ｅに一体形成される。なお、粉末冶金成形法自体は周知の技術であるため、その詳しい説明は省略する。

そして、このような粉末冶金成形法を用いることで、ボス部１０ａは、図６（ａ）に示す磁路形成部１０ｅのうちボス部１０ａを含む第１の部分での磁路断面（Ａ−Ａ断面）の面積(磁路断面積)Ｓ１が、図６（ｂ）に示す第１の方向にて第１の部分に隣接する第２の部分での磁路断面（Ｂ−Ｂ断面）の面積(磁路断面積)Ｓ２よりも小さくならないように形成されている。さらに、ボス部１０ａは、第１の部分の磁路幅Ｗが第２の部分の磁路幅Ｗよりも大きくならないように（本実施例では、両部分の磁路幅Ｗが同じになるように）形成されている。なお、第２の部分の厚みＨは、第１の部分の厚みＨと同じである。

図６（ｃ）には、比較例として、ボス部１０ａをヨーク１０（磁路形成部１０ｅ）のプレス加工によって形成した場合のＡ−Ａ断面に相当する断面を示している。磁路形成部１０ｅの厚みは、図６（ａ），（ｂ）中の厚みＨと同じである。この場合、磁路形成部１０ｅにおけるボス部１０ａの反対側には、ボス部１０ａの形状に対応する大きな凹部１０ａ′が形成され、この結果、その部分の磁路断面積Ｓ３が、図６（ｂ）に示した磁路断面積Ｓ２よりも大幅に小さくなる。このため、ヨーク１０に磁気的ロスが発生する。これを防止するため、さらにプレス加工におけるボス部１０ａの加工精度をも確保するためには、磁路形成部１０ｅにおけるボス部１０ａを形成する部分の幅を、ボス部１０ａの幅（径）より十分に広くする（一般には２倍以上にする）ことが必要である。

これに対して、本実施例では、第１の部分での磁路断面積Ｓ１が、第２の部分での磁路断面積Ｓ２よりも小さくならないだけでなく、第１の部分の磁路幅Ｗが第２の部分の磁路幅Ｗよりも大きくならない。したがって、ヨーク１０を大型化することなく、該ヨーク１０における磁気的ロスの発生を抑えることができる。磁気的ロスの発生を抑えることにより、電磁アクチュエータ（ロータ）の高精度の回転位置制御を行うことが可能となり、これにより、電磁アクチュエータにより駆動されるシャッタ羽根１３，１４による高精度な光量調節動作（絞り動作やシャッタ動作）が可能となる。そして、このようにヨーク１０を大型化しないことにより、電磁アクチュエータを備える絞りシャッタ装置の径方向の大型化を回避することができる。

特に本実施例のように粉末冶金成形法にてボス部１０ａも成形する場合には、図６(ａ)に示すボス部１０ａの第２の方向での幅ＷＰを、第１の部分の磁路幅Ｗに対して８０％以上にすること（より望ましくは９０％以上とすること）が可能である。これにより、ヨーク１０を大型化することなく、ボス部１０ａの幅ＷＰとして位置決め用に必要な寸法を確保することができる。

また、穴部１０ｃは、磁路形成部１０ｅのうちコイル１１（ボビン１２）が装着される側の直線形状部分（以下、コイル装着部分という）に形成されている。これは以下の理由による。ヨーク１０の磁極部１０ｄは、ロータ９の外周面に対向する円弧面として形成されているため、ボビン１２の内周に形成された孔部の幅は、該孔部内を磁極部１０ｄが通過してコイル装着部分の外周にボビン１２が位置することができるように、磁極部１０ｄの幅よりも大きく設定される。したがって、コイル装着部分の幅は、ボス部１０ａが形成された側の直線形状部分よりも広くすることができる。

そこで、穴部１０ｃを、コイル装着部分（本実施例ではコイル１１（ボビン１２）よりも磁極部１０ｄ側の位置）に形成することにより、前述した第２の方向でのコイル装着部分の幅を、穴部１０ｃの幅（径）の２倍以上に設定することができる。これにより、磁路形成部１０ｅに穴部１０ｃを形成することによる磁路断面積の不足に伴う磁気的ロスの発生を抑えることができる。

なお、本実施例では、ヨーク１０に位置決め用のボス部を２つと位置決め用の凹部を１つ形成した場合について説明したが、これらの数は任意に選択することができる。

また、本実施例では、絞りシャッタ装置のベース部材であるシャッタ地板１に電磁アクチュエータを直接取り付ける場合について説明したが、電磁アクチュエータを、シャッタ地板１とは別の電磁アクチュエータ専用のベース部材に取り付け（ヨークもこのベース部材に対して位置決めされることになる）、該ベース部材をシャッタ地板１に固定するようにしてもよい。

上記実施例１にて説明した絞りシャッタ装置が搭載された光学機器としてのカメラ（ビデオカメラ又はスチルカメラ）を図７に示す。５０はカメラ本体であり、５１，５３は撮影光学系を構成する複数のレンズである。５２はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成される撮像素子であり、撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する。

５４はＣＰＵ等により構成されるコントローラであり、絞りシャッタ装置２０の動作（電磁アクチュエータへの通電）や撮像素子５２の光電変換動作を制御する。

実施例１にて説明したように、絞りシャッタ装置２０は、大型化することなく良好な精度で光量調節（絞り動作やシャッタ動作）を行うことができるため、カメラの小型化および撮像性能を向上させることができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

小型で、ヨークにおける磁気的ロスが少ない電磁アクチュエータおよびこれを駆動源とする光量調節装置や光学機器を提供である。

１ シャッタ地板
９ ロータ
９ａ 本体部
９ｂ 駆動ピン
１０ ヨーク
１０ａ，１０ｂ ボス部
１０ｃ 穴部
１０ｄ 磁極部
１０ｅ 磁路形成部
１１ コイル

Claims (4)

1. 複数の着磁部が形成された外周面を有し、ベース部材によって回転可能に支持されたロータと、
   コイルと、
   前記ロータの前記外周面のうち周方向にて互いに異なる領域に対向する２つの磁極部、および該２つの磁極部をつなぐ磁路を形成するとともに前記コイルが装着される磁路形成部を有するヨークとを有し、
   前記磁路形成部は、前記ヨークを前記ベース部材に対して取り付けるための突起部を有しており、
   前記突起部を含む前記ヨークは、粉末冶金成形法により形成され、
   前記磁路形成部における前記磁路が延びる第１の方向に直交する断面を磁路断面といい、該磁路形成部における前記ロータの回転中心軸が延びる方向から見たときの前記第１の方向に直交する第２の方向での幅を磁路幅というとき、
   前記突起部は、前記磁路形成部のうち該突起部を含む第１の部分での前記磁路断面の面積が、前記第１の方向にて前記第１の部分に隣接する第２の部分での前記磁路断面の面積よりも小さくならず、かつ前記第１の部分の前記磁路幅が前記第２の部分の前記磁路幅よりも大きくならないように形成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記突起部の前記第２の方向での幅が、前記第１の部分の前記磁路幅に対して８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータと、
   該電磁アクチュエータにより駆動されて光量を調節する光量調節部材とを有することを特徴とする光量調節装置。
4. 請求項３に記載の光量調節装置を備えたことを特徴とする光学機器。