JP2016144276A - 電磁アクチュエータ、羽根駆動装置、及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータを安定的に動作させる電磁アクチュエータを提供する。
【解決手段】周方向に分割され異なる磁極に着磁された外周面を有し、かつ該外周面から突出して形成された駆動ピンを有するロータ５と、励磁用のコイル７と、前記ロータの第１の外周面に対向する第１の円弧面を有する第１磁極部であって、前記コイルへの通電により第１の磁極が発生する第１の磁極部を含む第１ヨーク６１ａ、及び６２ａと、前記ロータの、前記第１の外周面と重ならない第２の外周面に対向する第２の円弧面を有する第２磁極部であって、前記コイルへの通電により前記第１の磁極と逆極性の第２の磁極が発生する第２の磁極部を含む第２ヨーク６１ｂ、及び６２ｂと、を備え、前記第１の円弧面及び前記第２の円弧面の少なくとも一方において、円弧面の中央部と前記ロータとの間隔は、円弧面の端部と前記ロータとの間隔より狭くなっていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、電磁力により駆動力を発生する電磁アクチュエータ、並びに該アクチュエータを用いた羽根駆動装置及びカメラに関する。

従来から、カメラ用羽根駆動装置等に搭載される電磁アクチュエータとして、露光用の開口部を有する基板に対して回動自在に支持されると共に外周面が周方向に二分されてＮ極及びＳ極に着磁された円柱状のロータ、ロータの外周面に対向するように配置される磁極部を有するヨーク、及びヨークの周りに巻回された励磁用のコイル等を備えるものが知られている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。また、露光部の開口部を有する基板に対して回動自在に支持されると共に外周面が周方向に二分されてＮ極及びＳ極に着磁された円柱状のロータを設け、ロータに対して周方向に突出する突出部を一体的に回動するよう固定し、突出部を基板に形成したストッパに当接させることでロータの回動範囲を規制する電磁アクチュエータが知られている（例えば特許文献３参照）。さらに、２極着磁されたロータマグネットと、このロータマグネットに対してギャップを形成して対向配置される一対の円弧形状磁極を備えたヨークとを備え、円弧形状磁極の半径が異なるよう形成されるマグネット駆動装置が知られている（特許文献４参照）。

特開平９−１５２６４５号公報 特開２００１−３２７１４３号公報 特開平７−１３２１５号公報 特開平１１−９５２７９号公報

上記のような構成の電磁アクチュエータ（マグネット駆動装置を含む）では、ロータを安定的に回転させる技術が求められる。例えば、上記特許文献４に記載の技術では、特許文献１〜特許文献３に記載の技術と比較してディテントトルクは強化されているものの、ロータを安定的に回転させるという点については課題があった。

本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
周方向に分割され異なる磁極に着磁された外周面を有し、かつ該外周面から突出して形成された駆動ピンを有するロータ（５）と、
励磁用のコイル（７）と、
前記ロータの第１の外周面に対向する第１の円弧面を有する第１磁極部であって、前記コイルへの通電により第１の磁極が発生する第１の磁極部を含む第１ヨーク（６１ａ、及び６２ａ）と、
前記ロータの、前記第１の外周面と重ならない第２の外周面に対向する第２の円弧面を有する第２磁極部であって、前記コイルへの通電により前記第１の磁極と逆極性の第２の磁極が発生する第２の磁極部を含む第２ヨーク（６１ｂ、及び６２ｂ）と、を備え、
前記ロータ（５）は、該ロータの回動により前記駆動ピンから駆動力が出力されるよう構成されており、
前記第１の円弧面及び前記第２の円弧面の少なくとも一方において、円弧面の中央部と前記ロータとの間隔は、円弧面の端部と前記ロータとの間隔より狭くなっている
ことを特徴とする電磁アクチュエータである。

上記構成の電磁アクチュエータによれば、ロータの回転位置に関わらず安定した作動トルクを発生させることが可能となる。これによって、ロータを安定的に回転させることが可能となる。

上記電磁アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記第１の円弧面及び前記第２の円弧面の双方において、円弧面の中央部と前記ロータとの間隔は、円弧面の端部と前記ロータとの間隔より狭くなっている。

上記構成の電磁アクチュエータによれば、さらに安定した作動トルクを発生させることが可能となる。これによって、ロータをさらに安定的に回転させることが可能となる。

上記電磁アクチュエータにおいて、好ましくは、
前記第１の円弧面及び前記第２の円弧面のそれぞれが、前記ロータよりも径が大きい。

上記構成の電磁アクチュエータによれば、ロータとヨークとをより適切な間隔で配置しやすくすることが可能となる。

また、本発明の別の手段は、
被写体光路用の開口部を有する地板（４）と、
前記開口部を開閉するべく前記地板に回動自在に指示された羽根（２、及び３）と、
前記羽根を駆動する駆動源と、を備え、
前記駆動源が上記いずれかの電磁アクチュエータである
ことを特徴とする羽根駆動装置である。

上記構成の羽根駆動装置によれば、動作時における羽根の開閉を安定させることが可能となる。

また、本発明の別の手段は、
上記いずれかの電磁アクチュエータを備えるカメラである。

上記構成のカメラによれば、動作時におけるシャッタの開閉を安定させることが可能となる。

電磁アクチュエータを含む羽根駆動装置の分解斜視図。 電磁アクチュエータを含む羽根駆動装置の平面図及び断面図。 ロータの回転動作を示す平面図。 羽根の開閉動作を示す平面図。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
（１）羽根駆動装置の構成例
（２）動作例
２．補足事項
３．本発明の特徴

＜１．実施形態＞
本実施形態の電磁アクチュエータの特徴のひとつは、一定の位置に戻るような力が常に発生するよう（片吸引ともよばれる）構成された所謂扁平モーターにおいて、ロータとヨークとのギャップ（間隔）を位置に応じて変化させることで、作動トルクが一定になるよう構成された点である。これによって、ロータを安定的に回転させることを可能にするものである。以下、具体的に説明する。

本実施形態では、以下の図面を必要に応じて参照しながら説明していく。
図１は、電磁アクチュエータを含む羽根駆動装置の分解斜視図である。
図２は、電磁アクチュエータを含む羽根駆動装置をフレキシブル基板側から見た平面図、及び同平面図をＡ−Ａの位置で側方から見た断面図である。
図３は、ロータの回転動作を示す平面図である。
図４は、羽根の開閉動作を示す平面図である。

＜（１）羽根駆動装置の構成例＞
図１に示されるように、本実施形態の羽根駆動装置は、補助地板１、絞り羽根２及び３、地板４、ロータ５、ヨーク６１ａ〜６２ｂ、ボビン（コイル）７、カバー８、並びにフレキシブル基板９を含んで構成される。本実施形態では、ロータ５、ヨーク６１ａ〜６２ｂ、及びコイル（ボビン）７を含む構成を電磁アクチュエータと呼ぶ。

＜補助地板１＞
補助地板１は、図１及び図２に示されるように、円形をなす露光用の開口部１１を備える。なお、本実施形態では、開口部１１は露光用の光路の口径を画定する構成となっているが、露光用の光路に開口部１１より径が小さい開口部が存在する場合には、露光用の光路の口径は、この径が小さい開口部により画定される。また、補助地板１は、単に地板と呼ばれることもある。

＜絞り羽根２及び３＞
絞り羽根２は、絞り羽根３と組み合わされることによって一対の絞り羽根対を構成する。図１に示されるように、絞り羽根２は、ＮＤフィルタ２１を備えており、長孔２３、２４、及び２５、並びにピン孔２２が形成されている。絞り羽根３は、ＮＤフィルタ３１を備えており、長孔３３、３４、及び３５、並びにピン孔３２が形成されている。電磁アクチュエータの組み立て時には、ピン孔２２には駆動ピン５２ａが挿入され、ピン孔３２には駆動ピン５２ｂが挿入される（図４参照）。また、電磁アクチュエータの組み立て時には、長孔２３及び長孔３３にはピン４４ａが移動可能に挿入され、長孔２５にはピン４４ｂが移動可能に挿入され、長孔２４及び長孔３４にはピン４４ｃが移動可能に挿入され、長孔３５にはピン４４ｄが移動可能に挿入される（図４参照）。これらのピン４４ａ〜４４ｄは、それぞれが挿入されている長孔の範囲で移動し、長孔の端部でその移動が制限される。絞り羽根２及び３は、駆動ピン５２ａ及び５２ｂの移動に伴って移動し、開口部１１を開閉する。この動作については後述する。

＜地板４＞
地板４は、図１及び図２に示されるように、開口部４１、及び軸４２を含んで構成される。さらに、地板４は、図３及び図４に示されるように、長孔４３ａ及び４３ｂ、並びにピン４４ａ〜４４ｄを含んで構成される。開口部４１は、図１に示されるように、２つの円形を重ね合わせたような形状で形成されている。軸４２は、電磁アクチュエータの組み立て時にロータ５の中心部に挿入される。長孔４３ａ及び４３ｂは、それぞれロータ５の中心部を円心とする円弧上に伸びて形成されており、駆動ピン５２ａ及び５２ｂが移動可能な状態で挿入される。ロータ５が回転すると、駆動ピン５２ａ及び５２ｂはそれぞれ長孔４３ａ及び４３ｂの範囲で移動し、長孔の端部によりその移動が制限される。

＜ロータ５＞
ロータ５は、図１〜図４に示されるように、円筒状に形成され、軸４２が挿入される貫通孔、モールド部５１、及び駆動ピン５２ａ及び５２ｂを含んで構成される。モールド部５１は、ロータ５の地板４に対向する部分に形成される（図１及び図２参照）。モールド部５１には、その外周面から径方向外側に突出してさらに地板４の側に伸長される駆動ピン５２ａ及び５２ｄが形成される。これらの駆動ピン５２ａ及び５２ｂは互いにロータ５を中心として反対方向に伸びるよう形成される。また、ロータ５は、図１〜図４に示されるように、所定の境界面を境に二分されて互いに異なる磁極（Ｓ極及びＮ極）に着磁される。コイル７に電圧が印加されていない状態では、ロータ５に着磁された磁極と、この部分に対向するヨークの部分の磁極とは、互いに異なる極性になるよう構成される。これにより、無通電状態ではロータ５とこれに対向するヨークとの間に磁気的吸引力が発生する。モールド部５１、並びに駆動ピン５２ａ及び５２ｂは、合成樹脂により形成される。ただし、このモールド部５１並びに駆動ピン５２ａ及び５２ｂは、ロータ５と一体的に形成されてもよいし、他の材料により形成されてもよい。

＜駆動ピン５２ａ及び５２ｂ＞
駆動ピン５２ａ及び５２ｂは、それぞれロータ５の回転駆動力を外部に伝達するよう構成される。本実施形態では、駆動ピン５２ａ及び５２ｂは、与えられた回転駆動力を、絞り羽根２及び３に対して、それぞれピン孔２２及び２３を介して伝達するよう構成される。

＜ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂ＞
本実施形態の電磁アクチュエータは、図１に示されるように、ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂを含んで構成される。これらのヨークは、６１ａと６１ｂとが対になり、６２ａと６２ｂとが対になってそれぞれヨークの層を形成する。すなわち、本実施形態ではヨークは２層で形成されている。これらのヨークの層の数は任意に決定可能である。ヨーク６１ａとヨーク６２ａとは同じ形状であり、ヨーク６１ｂとヨーク６２ｂとは同じ形状である。ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂは、一の端部の近傍が円弧状に形成され、平面視でロータ５を囲む（覆う）ような形状となっている。また、ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂの他の端部は直線状に形成され、コイル（ボビン）７に挿入可能に構成される。ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂの上記円弧面は、図３に示されるように、ロータ５より大きな径を有し、ロータ５の円心よりやや離れた位置を円心とするよう配置される。これによって、ロータ５とヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂの円弧面とのギャップ（間隔）は、円弧面の端部よりも、円弧面の中心部の方が狭くなっている（図３参照）。

＜コイル（ボビン）７＞
ボビン７は、図１に示されるようにヨークの直線状に形成された側の端部が挿入されるよう形成されており、電気線を巻くことでコイル７となる（図２及び図３参照）。すなわち、電磁アクチュエータの組み立て時には、コイル７はヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂを覆うように配置される。コイル７に対しては、駆動回路（図示せず）からの電圧の印加により通電することができる。コイル７は、通電されることで励磁され、これによってヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂを電磁的に着磁することができる。

＜カバー８＞
カバー８は、図１及び図２に示されるように、地板４とともに、組み立て時においてヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂ、コイル７、並びにロータ５を覆うよう構成される。

＜フレキシブル基板９＞
フレキシブル基板（ＦＰＣ）９は、可撓性を有する基板であり、カバー８を覆うよう配置される。

＜電磁アクチュエータ＞
上記のとおり、本実施形態の電磁アクチュエータは、ロータ５、ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂ、並びにコイル７を含む。

本実施形態の電磁アクチュエータでは、上記のようにヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂの円弧面部分とロータ５との間隔は、平面視で、円弧面部分の両端部よりも、円弧面部分の中央部で狭くなるよう構成されている。このような構成とすることで、ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂの円弧面部分とロータ５との間に発生する保持力（ディテントトルク）、すなわち図３（ａ）の状態に戻ろうとする力をロータ５の回転位置に関わらず安定させることが可能となる。仮に、ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ、及び６２ｂの円弧面部分とロータ５との間隔が一定であった場合、ロータ５の回転位置に応じて保持力が変化することとなる。

＜（２）動作例＞
次に、上記構成の羽根駆動装置、及びその一部である電磁アクチュエータの動作について、図３及び図４を参照しながら具体的に説明する。以下の説明では、ヨーク６１ａ及び６１ｂの動きを例に挙げて説明するが、これらのヨーク６１ａ及び６１ｂと重なるよう配置されたヨーク６２ａ及び６２ｂもヨーク６１ａ及び６１ｂと同じ動きをする。

コイル７に対して電力が供給されない無通電状態では、ロータ５の外周部と、ヨーク６１ａ及び６１ｂの円弧面部分との磁気的吸引力により、図３（ａ）の状態が保持される。このとき、ヨーク６１ａ及び６１ｂの円弧面部分と、これらに対向するロータ５の外周部とには、互いに逆極性の磁極となっている。また、駆動ピン５２ａ及び５２ｂには、それぞれ図３（ａ）に示される矢印の方向に磁気的吸引力（保持力、ディテントトルク）が発生している。駆動ピン５２ａ及び５２ｂは、長孔４３ａ及び４３ｂの端部に接触することで停止している（図３（ａ）参照）。

次に、コイル７に電力が供給されない無通電状態から、コイル７に電力が供給された通電状態へと変化すると、ヨーク６１ａ及び６１ｂの円弧面部分の磁極が逆極性に変化（反転）し、これによってヨーク６１ａ及び６１ｂの円弧面部分とロータ５の外周部との間では磁気的反発力が発生して、図３（ａ）から図３（ｂ）を経て図３（ｃ）の状態へと変化する。なお、駆動ピン５２ａ及び５２ｂは、長孔４３ａ及び４３ｂの端部に接触することで停止する（図３（ｃ）参照）。

その後、コイル７への電力供給が停止され無通電状態になると、ヨーク６１ａ及び６１ｂの円弧面部分の磁極が逆極性にさらに変化（反転）し（戻り）、これによってヨーク６１ａ及び６１ｂの円弧面部分とロータ５の外周部との間では磁気的吸引力が発生して、図３（ｃ）から図３（ｂ）を経て図３（ａ）の状態へと戻る。

なお、本実施形態では長孔４３ａ及び４３ｂの端部が駆動ピン５２ａ及び５２ｂの動作を制限するストッパとして機能しているが、長孔４３ａ及び４３ｂとは独立した駆動ピン５２ａ及び５２ｂの動作を制限するストッパを地板４に設けてもよい。

上記のようにロータ５が回転移動することにより、駆動力が電磁アクチュエータの外部の絞り羽根２及び３に伝達される。以下、このときの絞り羽根２及び３の動作について説明する。

図４は、上記のようにコイル７に通電がなされてロータ５が回転移動したときの羽根駆動装置の動作を示す図である。図４（ａ）は図３（ａ）の状態に対応し、図４（ｂ）は図３（ｃ）の状態に対応している。

すなわち、電磁アクチュエータが図３（ａ）の状態のとき、絞り羽根２及び３は図４（ａ）に示すような状態になっている。ここで、コイル７への通電が行われてロータ５が回転移動すると、これに伴って、駆動ピン５２ａ及び５２ｂがそれぞれ挿入されたピン孔２２及び２３が移動する。このとき、ピン孔２２が形成された絞り羽根２は、駆動ピン５２ａの移動によって、水平方向の第１方向に移動する。一方で、ピン孔３２が形成された絞り羽根３は、駆動ピン５２ｂの移動によって、上記第１方向とは反対の、水平方向の第２方向に移動する。このようにして、絞り羽根２及び３は互いに逆方向に移動し、羽根駆動装置は図４（ｂ）に示される状態となる。

＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明は、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

上記実施形態では、２組のヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂを含む構成について説明しているが、このヨークの数は任意に決定可能である。すなわち、上記のように、ヨークの組からなる層を、任意の数だけ含む構成とすることが可能である。

また、上記実施形態では、ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂのそれぞれとロータ５との間隔が、すべて同様の例について説明したが、必ずしもこのような構成に限定されるものではなく、ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂとロータ５との間隔はそれぞれ異なるものであってもよい。具体的には、ヨーク６１ａ及び６２ａとロータ５との間では間隔が一定であり、ヨーク６１ｂ及び６２ｂとロータ５との間では、ヨーク６１ｂ及び６２ｂがロータ５に対向する円弧面の中央部分の間隔が狭く、両端部分の間隔が広い構成などとしてもよい。

また、上記実施形態では、駆動される羽根が絞り羽根である例について説明したが、この絞り羽根はフィルタ羽根に置き換えても適用可能である。

また、上記実施形態の電磁アクチュエータ及び羽根駆動装置は、カメラなどの撮像装置に適用可能である。

＜３．本発明の特徴＞
以上、説明したような構成の電磁アクチュエータは、ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂの少なくとも一部において、ロータ５の外周面と対向する円弧面における中央部とロータ５との間隔が、この円弧面における端部とロータ５との間隔より狭くなる構成としているため、ロータ５の回転位置に関わらず安定した作動トルクを発生させることが可能となる。これによって、電磁アクチュエータにおけるロータ５を安定的に回転させることが可能となる。

また、上記構成の電磁アクチュエータにおいては、ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂのすべてにおいて、ロータ５の外周面と対向する円弧面における中央部とロータ５との間隔が、この円弧面における端部とロータ５との間隔より狭くなる構成とすることが好ましい。このような構成によれば、さらに安定した作動トルクを発生させることが可能となる。

また、上記構成の電磁アクチュエータにおいては、ヨーク６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂがロータ５と対向する円弧面の径が、ロータ５の径よりも大きくなる構成とすることが好ましい。このような構成の電磁アクチュエータでは、ロータ５とヨークとをより適切な間隔で配置しやすくすることが可能となる。

また、上記実施形態の羽根駆動装置では、上記構成の電磁アクチュエータと、地板４と、羽根（絞り羽根２及び３）と、羽根を駆動する駆動源を備える構成としている。このような羽根駆動装置では、動作時における羽根の開閉を安定させることが可能である。

また、本実施形態の一適用例としてのカメラ（撮像装置）では、上記の電磁アクチュエータまたは羽根駆動装置を含むことで、動作時におけるシャッタの開閉を安定させることが可能となる。

本発明は、カメラに用いられる羽根駆動装置の電磁アクチュエータなどとして好適に適用される。

１…補助地板
１１…開口部
２、３…絞り羽根
２１…ＮＤフィルタ
２２…ピン孔
２３〜２５…長孔
３１…ＮＤフィルタ
３２…ピン孔
３３〜３５…長孔
４…地板
４１…開口部
４２…軸
４３ａ…長孔
４４ａ〜４４ｄ…ピン
５…ロータ
５１…モールド部
５２ａ〜５２ｂ…駆動ピン
６１ａ〜６２ｂ…ヨーク
７…コイル（ボビン）
８…カバー
９…フレキシブル基板

Claims (5)

1. 周方向に分割され異なる磁極に着磁された外周面を有し、かつ該外周面から突出して形成された駆動ピンを有するロータと、
   励磁用のコイルと、
   前記ロータの第１の外周面に対向する第１の円弧面を有する第１磁極部であって、前記コイルへの通電により第１の磁極が発生する第１の磁極部を含む第１ヨークと、
   前記ロータの、前記第１の外周面と重ならない第２の外周面に対向する第２の円弧面を有する第２磁極部であって、前記コイルへの通電により前記第１の磁極と逆極性の第２の磁極が発生する第２の磁極部を含む第２ヨークと、を備え、
   前記ロータは、該ロータの回動により前記駆動ピンから駆動力が出力されるよう構成されており、
   前記第１の円弧面及び前記第２の円弧面の少なくとも一方において、円弧面の中央部と前記ロータとの間隔は、円弧面の端部と前記ロータとの間隔より狭くなっている
   ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記第１の円弧面及び前記第２の円弧面の双方において、円弧面の中央部と前記ロータとの間隔は、円弧面の端部と前記ロータとの間隔より狭くなっている
   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. 前記第１の円弧面及び前記第２の円弧面のそれぞれは、前記ロータよりも径が大きい
   ことを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
4. 被写体光路用の開口部を有する地板と、
   前記開口部を開閉するべく前記地板に回動自在に指示された羽根と、
   前記羽根を駆動する駆動源と、を備え、
   前記駆動源は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータである
   ことを特徴とする羽根駆動装置。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータを備えたカメラ。

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