JP2673195B2

JP2673195B2 - リニアモータ装置

Info

Publication number: JP2673195B2
Application number: JP2714488A
Authority: JP
Inventors: 明彦征矢; 典一山口; 新二岩波
Original assignee: チノン株式会社
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1997-11-05
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JPH01206861A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、カメラにおけるレンズの焦点調節装置等に
用いられるボイスコイル形のリニアモータ装置に関す
る。

（従来の技術）カメラのレンズ焦点調節装置におけるレンズ駆動源と
して、特開昭58−10706号公報、特開昭59−191005号公
報等で示されるように、リニアモータが用いられてい
る。これらのものではリニアステップモータが用いられ
ているが、リニアステップモータでは連続した変位制御
を行なうことができない。これに対し、ボイスコイル形
のリニアモータによれば連続した変位制御を行なうこと
ができる。しかし、ボイスコイル形では、反答性を向上
させるために駆動回路のゲインを上げるとハンチングを
生じてしまう問題がある。

このような問題を解決するために、特開昭58−182470
号公報に示されるように、可動子に対する速度センサを
設け、可動子の移動速度を表わす速度信号により可動子
をダンピングし、高い反応性を得るようにした提案があ
る。この提案では、正確な速度信号を得るために、駆動
用のコイルと、センサ用のコイルとを２組設け、そのう
ちの１組を実際の変位駆動源として用いている。また、
残りの１組は可動部を固定して、電磁結合より生じる偽
信号の相殺用として用いている。

すなわち、変位駆動源として用いられる一方の組の駆
動コイルに電流を流し、可動子が変位すると速度検出用
のセンサコイルには可動子の変位速度に対応した速度信
号が生じるため、このほかに駆動コイルの電磁誘導作用
による誘起電圧、すなわち偽信号が発生し、重畳されて
出力されてしまう。そこで、残りの１組では可動子を固
定し、そのセンサコイルには、対応する駆動コイルの電
磁誘導による誘起電圧すなわち偽信号のみを生じさせ
る。そして、前記変位駆動源として用いられた一方のセ
ンサコイルの出力信号（偽信号と速度信号）と、他方の
センサコイルの出力信号（偽信号のみ）との差をとる、
すなわち、偽信号を相殺することにより、真のセンサ出
力である速度信号のみを検出する。

（発明が解決しようとする課題）上記のように、可動子の速度信号を得るために、駆動
コイルとセンサコイルとを２組設けるのは現実的ではな
く、種々の制約を伴うため、製品への適用は困難であ
る。

本発明の目的は、駆動コイルとセンサコイルを２組設
けることなく、可動子の真の速度信号のみを得られるよ
うにしたリニアモータ装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、真の速度信号により可動子をダ
ンピングし、ハンチングを生じることなく応答性を向上
させたリニアモータ装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、駆動コイルやセンサコイ
ル等の組立性を改善したハウジングを有するリニアモー
タ装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、可動子の始動時または停
止時の変形によるセンサコイルへの影響を防止すること
により、大きな負荷に対しても確実なダンピングを行な
うことができるリニアモータ装置を提供することにあ
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明によるリニアモータ装置は、円筒状の永久磁
石、この永久磁石の一端に接合されたポールピースおよ
びこの永久磁石の他端に接合されかつ上記永久磁石およ
びポールピースの外面と空間を保って対向するように形
成されたヨークからなる固定子を有する。この固定子に
対しては、その軸方向に沿ってスライド可能に構成され
上記ポールピースとヨークとのなす上記空間内で進退可
能な駆動コイルを有する可動子を設ける。また、上記ヨ
ークの外側でポールピース側の端部より長さ方向内側
に、センサコイルとしての空芯コイルを設ける。この空
芯コイルは上記固定子の軸方向に沿って延在するように
設ける。この空芯コイルに対しては、上記可動子に取付
けられその変位に伴って上記空芯コイル内で変位する永
久磁石を設けている。

また、本発明によるニリアモータ装置は、可動子に対
する位置指令電圧およびこの可動子の位置検出電圧をそ
れぞれ入力しこれらの差入力成分に対応したサーボ信号
を駆動コイルに出力するための差動増幅器を設け、この
差動増幅器の入力端子間に、空芯コイルをその出力電圧
が上記差入力成分を減少させる方向で接続している。

また、本発明によるリニアモータ装置は、固定子を構
成するヨークを内壁面に取付けるとともに、可動子をス
ライド可能に支持し、また空芯コイルを外部から装着可
能な筒部を設け、この筒部内に空芯コイルの位置決め用
の係止部を設けたハウジングを持つ。

さらに、本発明によるリニアモータ装置は、可動子の
永久磁石取付部近くに、この可動子から外方に突出する
ように負荷との連結部を設けている。

（作用）本発明では、駆動コイルによる空芯コイルへの電磁誘
導作用はこれらの間に位置するヨークによって磁気的に
しゃ閉されるので、空芯コイルには可動子の変位に連動
する永久磁石の変位速度に応じた起電力、すなわち速度
信号のみが生じる。

また、空芯コイルの出力である速度信号を、可動子に
対する位置指令電圧とこの可動子の位置検出電圧とを入
力する差動増幅器に対して、その差入力成分を減少させ
る方向に加えるので、可動子に対してダンピングがかか
り、ハンチングを生じることなく応答性を向上させるこ
とができる。

また、ハウジングは、固定子や可動子を所定の関係に
取付け支持するとともに、空芯コイルは単に外部から嵌
入するだけで所定の位置関係で正確に組立てることがで
きる。

また、可動子の負荷との連結部を、空心コイル内で移
動する永久磁石の近くに配置することにより、大きな負
荷を連結した場合に、始動時や停止時に連結部が変形し
ても、負荷の動きと永久磁石の動きとが逆位相になるこ
とはなく、常に同位相になるので、逆位相になった場合
に生じるダンピング不良を確実に防止できる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図はリニアモータ11を示すもので、ハウジング12
に固定子13が設けられている。この固定子13は、ハウジ
ング12の内側に取付けた円筒状の永久磁石14、この永久
磁石14の一端面に接合された円環状のポールピース15、
および永久磁石14の他端面に接合されてハウジング12の
内壁面の取付けられ上記永久磁石14およびポールピース
15の外面と空間を保って対向するように形成された円筒
状のヨーク16からなっている。

上記ハウジング12の両端部に貫通孔17a,17bが形成さ
れ、この両端の貫通孔17a,17bにリニアボール軸受18が
配設固定されている。このリニアボール軸受は18は、円
筒状の外筒19と、この外筒19内の円周方向に複数列にか
つ等間隔に配列された複数個のボール20と、この各ボー
ル20を上記配列位置に遊嵌した孔21を有する円筒形の保
持枠22とからなっており、外筒19内で各ボール20は保持
枠22とともに所定範囲軸方向移動自在に保持されてい
る。そして、図示左方のリニボール軸受18は、その外筒
19の外端部がキャップ23aに一体的に結合され、このキ
ャップ23aを貫通孔17aの外端に螺着することにより貫通
孔17a内に挿入固定されている。また、図示右方のリニ
アボール軸受18は、キャップ23b内に固定され、このキ
ャップ23bを上記ハウジング12の壁面に複数個の調整ね
じ24で取付けることにより貫通孔17bに対し固定されて
いる。

上記両端部のリニアボール軸受18に円柱状の出力軸26
の両端が軸方向スライド自在に支持され、この出力軸26
の中央部に可動子27が一体的に設けられている。この可
動子27は、出力軸26に一体に固定したボビン28の外周辺
部に駆動コイル29が巻回され、この駆動コイル29が上記
ポールピース15とヨーク16との間の上記空間内に軸方向
進退移動自在に挿入されている。

また、第１図および第２図に示すように、上記ハウジ
ング12の外側に筒部31が一体に形成され、この筒部31内
にセンサコイルとして用いられる空芯コイル32が設けら
れている。この空芯コイル32は、中心のボビン33にコイ
ル34が巻回され、このコイル34の外側にヨークとして機
能する鉄板製の外筒35が設けられている。そして、空芯
コイル32は上記筒部31内に外側から嵌入嵌着され、か
つ、空芯コイル32の内端部が上記筒部31の内側に一体に
突設した円環状の係止部36に当接して所定の位置関係で
位置決めされている。すなわち、空芯コイル32は、上記
固定子13を構成するヨーク16の外側で、ポールピース15
側の端部（第１図の右端）より長さ方向の内側（第１図
の左側）に位置するように係止部36によって位置決めさ
れ、固定子13の軸方向（第１図の水平方向）に沿って延
在している。なお、空芯コイル32の軸方向寸法はヨーク
16の軸方向寸法より短くなっている。

上記可動子27を構成するボビン28の外側に突出部37が
突出形成され、この突出部37に保持杆38を介して棒状の
永久磁石39が一体的に取付けられ、この永久磁石39が上
記空芯コイル32内に軸方向移動自在に挿入されている。

次に、第３図は、上記リニアモータ11をレンズ鏡筒の
マスターレンズの駆動用に用いた例を示している。

第３図において、41は円筒状の基筒で、この基筒41の
後部にカメラ本体にアダプタ等を介して接続する支持部
42が設けられているとともに、基筒42の前部に円筒状の
固定筒43が設けられ、この固定筒43内の前部にレンズ枠
44を介して固定レンズ45が設けられている。また、上記
基筒41内に可動レンズ筒46が軸方向進退可能に設けら
れ、この可動レンズ筒46に可動レンズ（マスターレン
ズ）47が取付けられている。すなわち、可動レンズ筒46
は、上記基筒41内に設けたガイド軸48に進退自在に支持
されているとともに、可動レンズ筒46の後端上部に連結
部49が突設されている。また、上記基筒41の上部に位置
するように固定筒43上の取付座49に上記リニアモータ11
が取付けられ、このリニアモータ11の可動子27のボビン
28の後端面に、負荷としての上記可動レンズ筒46の連結
部49が接合されて数個のねじ50で連結されている。すな
わち、負荷としての可動レンズ筒46に対する連結部49
は、第２図および第３図に示すように、上記棒状の永久
磁石39の取付部である突出部37近くから外方に突出され
ている。

そして、リニアモータ11を駆動してその出力軸26を進
退し、連結部49を介して可動レンズ筒46をガイド軸48に
沿って軸方向に進退し、可動レンズ47を進退するように
なっている。

なお、上記固定筒43の前部にズームレンズ鏡筒52が設
けられている。このズームレンズ鏡筒52は、円筒状の鏡
筒本体53内に第１群固定レンズ54、第２群可動レンズ5
5、第３群可動レンズ56および第４群固定レンズ57が設
けられている。

また、上記基筒41の固定筒43と可動レンズ筒46との間
に結像レンズ位置、すなわち、負荷としての可動レンズ
筒46の位置を検出する静電容量式の位置センサ61が設け
られている。この結像レンズ位置を示す位置センサ61
は、固定筒43の内周の軸方向に円環状の一対の固定電極
62,63が互いに隣接して絶縁状態で取付けられていると
ともに、上記可動レンズ筒46の前部の外周に可動レンズ
筒46の移動量以上の幅を有する円環状の可動電極64が取
付けられ、上記固定電極62,63と可動電極64とは少許の
間隙を介して対設して、２個の可変コンデンサを構成し
ている。

そうして、被写体の撮像は、各レンズ54,55,56,57,4
5,47を経てカメラ本体のフィルム面または撮像素子面上
に結像される。

撮影にあたっては、リニアモータ11を作動して可動レ
ンズ筒26を進退し、結像レンズ系の可動レンズ47を進退
して焦点合わせを行なう。

この際、マニュアルまたはオートフォーカス機能によ
り設定された撮影距離に対応する信号が後述する位置指
令回路から出力され、この信号に基づいてリニアモータ
11が作動する。

これとともに、結像レンズ位置を示す位置センサ61が
作動する。すなわち、結像レンズが変位の中心位置にあ
る場合は、可動レンズ筒46の可動電極64に対する一対の
固定電極62,63の対向面積が等しく、一対の可変コンデ
ンサの静電容量がそれぞれ等しい。そして、可動レンズ
筒46とともに可動電極64を進退することにより一対の固
定電極62,63の対向面積がそれぞれ変化し、たとえば、
撮影距離が短くて、可動レンズ47を動作前の位置より前
方位置にすると、一方の可変コンデンサの静電容量が増
加するとともに、他方の可変コンデンサの静電容量が減
少し、反対に、撮影距離が遠く、可動レンズ47を動作前
の位置より後方位置にすると、一方の可変コンデンサの
静電容量が減少するとともに、他方の可変コンデンサの
静電容量が増加し、このように、可動レンズ47の変位に
連動して一対の可変コンデンサの静電容量が変化し、こ
れを可動レンズ47の位置として出力する。この結像レン
ズの位置を示す位置センサ61からの出力により可動レン
ズ47の位置を検出する。

上述した位置指令回路および位置センサ61によりリニ
アモータ11を作動させる制御回路を第４図により説明す
る。

第４図において、71は位置指令回路で、マニュアルま
たはオートフォーカス機能により設定された撮影距離に
対応する位置指令電圧を出力する。すなわち、設定され
た撮影距離がＮ（近距離）寄りである程度、出力される
位置指令電圧は上昇し、∞（無限大）寄りである程、位
置指令電圧は低下する。

72は差動増幅器で、この反転入力端（−）には上記位
置指令回路71から出力された位置指令電圧が抵抗R₁を介
して印加される。また、非反転入力端（＋）には、前記
位置センサ61から積分回路73および抵抗R₂を介して位置
検出電圧が印加される。すなわち、この差動増幅器72
は、設定された撮影距離に対応する位置指令電圧と、可
動レンズ（マスターレンズ）47の位置検出電圧とを入力
し、その差入力成分に対応する大きさおよび極性方向の
サーボ信号を出力する。このサーボ信号は定電流回路74
を介してニリアモータ11の駆動コイル29に供給され、リ
ニアモータ11を作動させる。

前記空芯コイル（センサコイル）32は、調整抵抗R₃を
介して差動増幅器72の入力端間に接続する。また、その
接続方向は、第１図における可動子27側の永久磁石39の
変位に伴って誘起される電圧が、差動増幅器72の差入力
成分を減少させる極性方向とする。

上記構成において、撮影距離がマニュアルまたはオー
トフォーカス機能により設定され位置指令回路71の位置
指令電圧が上昇する（Near指令）と、位置センサ61から
の位置検出電圧との関係によって差動増幅器72の出力が
低下する。すなわち、このサーボ信号により、定電流回
路74を介してリニアモータ11の駆動コイル29には、可動
子27に連結する負荷（可動レンズ筒）46をNear側に駆動
する方向の電流が流れる。この駆動コイル29への通電に
より、これによって生じる磁束と、固定子13側の永久磁
石14の磁束との相互作用で可動子27が軸方向に変位し、
これに連結する負荷46をNear側に変化させる。

このようにして、可動子27が変位を始めると、これと
一体の永久磁石39も空芯コイル32内で変位するので、空
芯コイル32には、永久磁石39の変位速度に応じた電圧が
第４図で示す極性で発生する。このため、差動増幅器72
の差入力成分が減少し、リニアモータ11にダンピングが
かかる。したがって、上述した駆動回路のゲインを上げ
て応答性を向上させても、従来のようにハンチングを生
じることはない。

このようにして、可動レンズ筒46が変位すると、位置
センサ61の出力信号電圧も徐々に上昇する。そして、最
終的には差動増幅器72の差入力成分が零となることによ
り、リニアモータ11を含むサーボシステムは停止する。

すなわち、位置指令回路71からの位置指令電圧と、位
置センサ61からの位置検出電圧と、可動子27の変位速度
とにより駆動コイル29への通電量が制御されるので、ハ
ンチングを生じることなく、位置指令電圧と位置検出電
圧とが等しくなるまで、迅速に変位駆動され、応答性が
向上する。

ここで、空芯コイル32は、固定子13のヨーク16の外側
に設けられ、駆動コイル29とはこのヨーク16により磁気
しゃ閉されているので、駆動コイル29の電磁誘導作用に
より偽信号が誘起されることはなく、可動子27側の変位
速度に対応した信号のみが生じる。したがって、従来の
ように、駆動コイルとセンサコイルとを２組設ける必要
はなく、コンパクトに構成できる。

また、この空芯コイル32を、差動増幅器72の入力端間
に接続するだけの構成により、ハンチングを生じること
なく駆動回路の応答性を向上させることができる。

さらに、空芯コイル32は、組立に当って、ハウジング
12に形成した筒部31内に外部から挿入するだけで、所定
の位置関係に位置決めされるので、組立性が大幅に向上
する。

また、負荷としての可動レンズ筒46の連結部49を、可
動子27を構成するボビン28の、前記永久磁石39の取付部
近くに連結しているので、負荷46が大きく始動時や終了
時に、この連結部49が慣性によって変形しても、安定に
制御することができる。すなわち、可動子27の変位開始
時および終了時には、負荷46による慣性により、ボビン
28と連結部49とが第５図の破線のように変形することが
ある。このような変形が生じた場合、空芯コイル32およ
び永久磁石39が、仮に中心軸に対し、負荷46の反対側
（図示上方）に配置されていると、負荷46と逆位相の状
態になってしまう。したがって、第４図で示した制御回
路に加わる電圧が正帰還になってしまい、発振してしま
う。

しかし、本発明では、負荷46の連結部49が、永久磁石
32の取付部、すなわち、第２図の突出部37近くに位置す
るため、第５図のような変形が生じても、負荷46との関
係は常に同位相となる。したがって、前述したような正
帰還の状態が少なくとも生じることはなく、安定したダ
ンピング効果を得ることができる。

さらに、負荷46の連結部49は、ボビン28と別体であ
り、両者間はねじ止めにより連結しているので、負荷46
の慣性によるボビン28自体の変形を防止でき、センサコ
イルである空芯コイル32に慣性が及ぼす影響を排除でき
る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、従来のように駆動コイ
ルとセンサコイルを２組設けたりすることなく、ダンピ
ングをかけることができ、ハンチングを生じることなく
応答性に優れたリニアモータ装置が得られる。

また、組立性にも優れ、さらに、負荷の慣性による悪
影響を受けることなく、安定したダンピング効果を得る
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるリニアモータ装置の一実施例を示
す断面図、第２図は第１図の分解斜視図、第３図は第１
図で示したリニアモータ装置のレンズ鏡筒への取付け状
態を示す断面図、第４図は本発明に用いる制御回路の構
成例を示す回路図、第５図は負荷の慣性による連結部の
変形状態を示す説明図である。。１……リニアモータ、12……ハウジング、13……固定
子、14……永久磁石、15……ポールピース、16……ヨー
ク、27……可動子、29……駆動コイル、31……筒部、32
……空芯コイル、36……係止部、39……永久磁石、46…
…負荷としての可動レンズ筒、49……連結部、61……位
置センサ、71……位置指令回路、72……差動増幅器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の永久磁石、この永久磁石の一端に
接合されたポールピースおよびこの永久磁石の他端に接
合されかつ上記永久磁石およびポールピースの外面と空
間を保って対向するように形成されたヨークからなる固
定子と、この固定子の軸方向に沿ってスライド可能に構成され上
記ポールピースとヨークとのなす上記空間内で進退可能
な駆動コイルを有する可動子と、上記固定子のヨークの外側でポールピース側の端部より
長さ方向内側に設けられかつ上記固定子の軸方向に沿っ
て延在する空芯コイルと、上記可動子に取付けられその変位に伴って上記空芯コイ
ル内で変位する永久磁石と、を備えたことを特徴とするリニアモータ装置。
【請求項２】可動子に対する位置指令電圧およびこの可
動子の位置検出電圧をそれぞれ入力しこれらの差入力成
分に対応したサーボ信号を駆動コイルに出力するための
差動増幅器を設け、この差動増幅器の入力端子間に、空
芯コイルをその出力電圧が上記差入力成分を減少させる
方向で接続したことを特徴とする請求項１記載のリニア
モータ装置。
【請求項３】固定子を構成するヨークを内壁面に取付け
るとともに、可動子をスライド可能に支持し、また空芯
コイルを外部から装着可能な筒部を設け、この筒部内に
空芯コイルの位置決め用の係止部を設けたハウジングを
有することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ装
置。
【請求項４】可動子の永久磁石取付部近くに、この可動
子から外方に突出するように負荷との連結部を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載のリニアモータ装置。