JP2718443B2 - 揺動モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロータが揺動運動する揺
動モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コイルに通電することにより電磁
石として作用させ、磁石を有するロータに磁力を及ぼし
て、ロータを揺動させるモータがある。このようなモー
タにおいては、ロータの永久磁石として２極着磁のもの
や４極着磁のものなどが使われているが、２極着磁の場
合は中心線に沿って両極位置が存在する１８０度着磁
が、４極着磁の場合は９０度着磁が通常行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のモータの課題の
一つとして、できるだけ消費電力を小さくして効率よく
大出力を得るかということがある。例えば実開平５−７
０１６８号には、コイルの巻線の内部にロータを配設し
てコイルの発生する磁力を有効に利用して大きな出力が
得られる構成が開示してあるが、この構成ではコイルボ
ビン内部に軸受けを設ける必要があり精度よくロータを
保持することは不可能なので、実際に実用化することは
困難である。そこで、比較的容易な構成で効率よく大出
力を得られるモータの開発が望まれている。

【０００４】またもう一つの課題として、モータの外部
に磁界が存在する場合にその影響を受けて運動が不安定
になるということがある。これは特に、４極以上の着磁
が行われたロータを用いる場合に顕著である。またこれ
とは逆に、モータの作動時に外部の他部材に磁気的に影
響を及ぼしてしまうこともある。この場合、このモータ
を設置する場所などに制約を受けるものである。

【０００５】そこで本発明の目的は、比較的簡単な構成
で、効率よく大出力を得られるとともに、外部磁界の影
響を受けにくく、また、外部の部材に磁気的な影響を及
ぼしにくい揺動モータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る揺動モータ
は、中空のコイルボビンと、コイルボビンに巻回されて
いるコイルと、コイルボビンの端部付近に回転自在に配
設されているロータとを有し、ロータは、９０度以上１
８０度未満の着磁角度で２極着磁された永久磁石を有
し、その両極位置がいずれも中心よりもコイル側に偏っ
て位置しているものである。また、４極着磁された永久
磁石を有するロータを用いる場合には、そのうちの２極
は中心よりも上記コイル側に偏って位置しておりその着
磁角度は９０度以上１８０度未満になっており、他の２
極は上記コイル側に偏った２極に比べて磁力が弱められ
ている。

【０００７】そして、コイルボビンに磁性材からなるヨ
ークが固着してあるとさらに効果的である。

【０００８】

【実施例】本発明に係る揺動モータの第１の実施例を図
１〜３に示している。

【０００９】図１はこの揺動モータの要部断面図であ
り、合成樹脂からなる中空のコイルボビン１の外周に巻
線用の凹部１ａが形成されており、この凹部にコイル
（巻線）２が巻回されている。図２に示すように、コイ
ルボビン１の端部に１対の端子部１ｂが設けられ、端子
部１ｂには金属などからなり導電性を有するピン３がそ
れぞれ固着されており、コイル２の両端部がピン３にそ
れぞれ係止されている。このピン３が図示しない電力供
給手段に接続されており、電力供給手段からピン３を介
してコイル２に導通される。コイルボビン１の端部付近
に位置するようにロータ４が回転自在に配置されてい
る。このロータ４は、金属製の中心軸４ａと、焼結サマ
リングコバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）やプラスチックマグネッ
ト（プラマグ）などからなる永久磁石４ｂとからなる。
本発明のロータ４においては、２極着磁のロータ４を用
いており、その着磁位置Ａ，Ｂは中心に対して片側に偏
倚しており、その着磁角度は９０度以上１８０度未満で
ある。具体的には、図１に示すように、両極位置Ａ，Ｂ
がコイルボビン１の中空部内に入り込むように、コイル
側に偏倚した両極位置を配置し、本実施例では着磁角度
は約１２０度である。なお、真円のロータにおいて１２
０度着磁が困難な場合は、コイルと反対側の端部に非磁
性の部分（磁石として機能しない部分）を設けるなどし
て１２０度着磁を行うこともできる。揺動モータの場
合、コイルと反対側においてはロータが磁性を有してい
なくても運動に支障はない。

【００１０】この図１，２に示すコイルボビン１やコイ
ル２やロータ４をケースに収納した状態が、図３（縦断
面図）に示されている。すなわち、上ケース５と下ケー
ス６とによりコイルボビン１を上下から挟み込むととも
に、軸受け５ａ，６ａにロータ４の中心軸４ａを嵌合さ
せて回転自在に保持している。

【００１１】このような構成で、図示しない電力供給手
段からピン３を介してコイル２に通電するとコイル２が
電磁石として作用する。永久磁石４ｂの極位置Ａ，Ｂと
コイル２とが近接するＸ，Ｙ点付近がロータ４とコイル
２との作動点となり、ある方向の電流がコイル２に流さ
れた場合、永久磁石４ｂは極位置Ａが作動点Ｘから吸引
力を受け、極位置Ｂが作動点Ｙから反発力を受け、ロー
タ４は回転しようとする。そして、逆方向の電流がコイ
ル２に流された場合、永久磁石４ｂは極位置Ａが作動点
Ｘから反発力を受け、極位置Ｂが作動点Ｙから吸引力を
受け、ロータ４は逆回転しようとする。従って、コイル
２に供給する電流の向きを交互に変えるとロータ４は揺
動運動を繰り返す。本実施例では、±５度程度の揺動を
行う。

【００１２】上記の通り、本発明に係る揺動モータは、
ロータ４の永久磁石４ｂが２極着磁のものでその両極の
極位置Ａ，Ｂが中心線よりコイル２側に偏っているた
め、ロータの極位置Ａ，Ｂとコイル２とが近接してお
り、コイル２で発生する磁力より有効にロータ４の回転
トルクを生じるため、供給電力が小さくても大きな出力
が得られる。このことについて、図４，５を参照して以
下に説明する。

【００１３】図４には、ケース内に納められた従来のモ
ータ、すなわちロータ１００の中心線上に両極１０１，
１０２が位置する１８０度着磁の永久磁石１０３を用い
た場合の、磁界の様子を示している。図４（ａ）にて、
ロータ１００およびコイルボビン１０４の周囲には等磁
線（磁界の強さが等しい場所を１００[Oe]毎に結んだ
線）が示されており、ロータ１００及びコイルボビン１
０４から遠いところほど磁界が弱く、近づくほど磁界が
強くなっていることがわかる。

【００１４】また、ロータ１００の内部には、矢印によ
って磁界の向きおよび強さが示されている。永久磁石１
０３内では一方の極１０１から他方の極１０２へ向かう
磁界が存在するが、この例では１８０度着磁であるた
め、コイルに平行に図面左方から右方へ向かう磁界が生
じる。これに対し、コイル１０５に通電することによっ
て、コイルボビン１０４の外側においてはその輪郭に沿
って磁界が生じる。図４（ｂ）に拡大して示している
が、このような構成においては、上記作動点Ｘ，Ｙ点付
近において、永久磁石１０３内に生じる磁界の向きと、
コイルボビン１０４の外部に生じる磁界の向きとが平行
に近い角度となるため、この磁力に基づいて効率よく回
転力を得ることはできない。つまり、このようなモータ
が回転力を得るのは、永久磁石が存在しない場合にコイ
ルに通電するとコイルボビンに沿った磁界が発生する
が、永久磁石が存在することによってこの永久磁石が持
つ磁界の干渉を受けて磁界に歪みを生じるので、その歪
みを元に戻そうとする作用が働く。この磁界の歪みを元
に戻そうとする力が、回転トルクとなるものである。と
ころが、図４（ｂ）のように、コイル１０５への通電に
より発生する磁界の向き（永久磁石が存在しなければ図
示の通りとなる。）と永久磁石が持つ磁界の向きとが平
行に近いと、磁界の向きにあまり歪みを生じない。従っ
て、この歪みを元に戻そうとする力が小さく、回転トル
クが小さい。

【００１５】一方、図５には、本発明に係る揺動モータ
の磁界の状態を示している。図５（ａ）の等磁線を図４
（ａ）の等磁線と比較すると、図５（ａ）の方が等磁線
がコイルボビンの近傍に密集してコイルボビンから離れ
た位置の等磁線が少ない。磁界の強さが５００[Oe]の等
磁線を比較すると、本発明の実施例（図５）の方が従来
例（図４）よりもはるかにコイルボビンに近接した位置
に等磁線が位置している。すなわち、従来のモータを駆
動した場合には、このモータよりも比較的離れた位置に
まで磁界を生じるのに対し、本発明のモータは駆動時に
モータ近傍にしか磁界を生じないことがわかる。従っ
て、従来の構成よりも本発明の方が作動時に外部へ磁気
的な影響を及ぼしにくい。また、モータの外部に磁界が
存在している場合、その外部磁界がモータの作動に影響
を及ぼすが、従来のモータではモータ周辺の広い範囲に
磁界を発生してモータが作動するのに対して、本発明の
モータはモータ近傍の狭い範囲に集中的に磁界を発生し
て作動するため、よほど近接した位置に存在しない限り
外部磁界の干渉や影響を受けにくい。このように、本発
明のモータは作動時に外部に磁気的な影響をあまり及ぼ
さないのと同時に、外部からの磁気的な影響も受けにく
く安定した動作が行える。

【００１６】また、図５においてロータ内部の磁界をみ
ると、１２０度着磁であるため、一方の極Ａから他方の
極Ｂに向かって円弧状に磁界を存在させている（中心軸
は通過しない）。すなわち、図５（ｂ）に示すように極
位置Ａ，Ｂの部分においては、実質的に半径方向に磁界
が生じることになる。そこでロータとコイルの作動点
Ｘ，Ｙの位置では、コイルに通電することによりコイル
ボビンの輪郭に沿って生じる磁界の向きと、永久磁石内
部の磁界の向きとが直角に近い角度をなすので、コイル
により生じる磁力から効率よくロータの回転駆動力が得
られる。すなわち、図５（ｂ）に示すようにコイルへの
通電により発生する磁界の向き（永久磁石が存在しなけ
れば図示の通りとなる。）と永久磁石が持つ磁界の向き
とが直角に近いため、磁界の歪みが大きくなる。従っ
て、この歪みを元に戻そうとする力が大きく、回転トル
クが大きくなる。ちなみに、図５（ｂ）に２点鎖線で示
しているが、着磁角度が９０度以下になると、作動点
Ｘ，Ｙから極位置Ｃ，Ｄまでの距離が長くなるととも
に、コイルの磁界の向きと永久磁石の磁界の向きとが平
行に近くなり、出力効率が低くなる。

【００１７】具体的には、本出願人の実験によると、最
低動作電圧（ロータの揺動運動を生じるために最低限必
要な電圧であり、これ以下の電圧ではロータは揺動しな
い。）は、従来の１８０度着磁のモータよりも本実施例
の１２０度着磁のモータの方が約４０％低下した。すな
わち、本発明の揺動モータによると従来よりも約４０％
低い電圧での駆動が可能となる。

【００１８】本発明の第２の実施例を図６〜８に示して
いる。第２の実施例は、図１〜３に示す第１の実施例
に、ヨーク７を加えたものであり、それ以外の構成は第
１の実施例と同一であるので説明は省略する。

【００１９】ヨーク７は、コイルボビン１の底部１ｃに
固定された基部７ａと、この底部７ａから図６上下に屈
曲する延伸部７ｂと、コア部７ｃとからなるものであ
り、コア部７ｃはコイルボビン１の中空部１ｄ内に挿入
されている。

【００２０】このようにヨーク７を設けた構成による
と、コイル２により発生した磁力をあまり外部に漏れさ
せず、効率よくロータに作用させることができる。具体
的には、図９にヨーク７を持たない第１の実施例におけ
るロータの位置の等磁線（５０[Oe]毎に結んだ線）を示
し、図１０にヨーク７を備えた第２の実施例におけるロ
ータの位置の等磁線とヨーク内部の磁界の様子を示して
いる。３００[Oe]の等磁線を比較すると明らかなよう
に、第２の実施例の方が磁界が強く、コイルの中央付近
では、第１の実施例では３５０[Oe]程度の磁界の強さ
で、第１の実施例では４５０[Oe]程度の磁界の強さであ
る。このように第２の実施例では大きな磁力を得ること
ができ、回転トルクは約３０％向上する。なお、図９，
１０では、ロータが存在しない場合の等磁線を示して、
ヨークのある場合とない場合との比較が行えるようにし
てある。

【００２１】さらに、この揺動モータは、静的安定位置
を持たず無通電時の姿勢は一定ではなく自在な姿勢をと
り得る。すなわち、極位置とヨーク延伸部との距離が遠
いことや、上記の通り出力効率がよいため磁力の弱い磁
石を使用可能であることなどから、従来のモータに比べ
無通電時にロータを一定位置に保持しようとする力が小
さい。従って、このモータの作動停止時にロータと連結
された歯車を一気に回転させてリセットするような場合
の抵抗となることがない。第３の実施例を図１１に示し
ている。この実施例では４極着磁の永久磁石８ａを有す
るロータ８を用いており、それ以外の構成については第
１の実施例と同一であるので説明は省略する。

【００２２】上記第１，２の実施例では、２極着磁のロ
ータを用いているが、このように極位置を偏らせた２極
着磁の磁石は製造が比較的困難である。そこで、より簡
単に製造できるように４極着磁の永久磁石８ａを用いた
のが図１１に示す第３の実施例である。４極着磁の永久
磁石によって上記第１，２の実施例と同様な効果をそう
するために、４極のうちの２極の極位置Ｅ，Ｆは中心に
対してコイル側に偏倚して、両者の着磁角度は９０度以
上１８０度未満となっており、上記第１，２の実施例の
極位置Ａ，Ｂと実質的に同じである。そして、それ以外
の２極Ｇ，Ｈは中心に対してコイルと反対側に偏って極
位置Ｅ，Ｆと対称的に設けられている。そしてこの２極
Ｇ，Ｈは、極Ｅ，Ｆに比べてはるかに弱い磁力を及ぼす
ように形成されている。従って第３の実施例では、極
Ｇ，Ｈを設けたため永久磁石８ａが容易に製造可能であ
るとともに、極Ｇ，Ｈは極Ｅ，Ｆに比べて弱い磁力を及
ぼすようになっているため極Ｇ，Ｈはロータ８の運動に
影響を及ぼすことがなく、かつモータ外部の部材に対し
て磁気的な影響を及ぼすこともモータ外部の磁界から磁
気的な影響を受けることもなく、上記第１，２の実施例
と同様な効果を奏することができる。

【００２３】図１２には、上記第２の実施例を組み込ん
だカメラのシャッタ装置の要部を示している。

【００２４】図１２において、シャッタ地板１１は、レ
ンズ鏡筒（図示せず。）を支持する固定鏡筒部１１ａを
有している。固定鏡筒部１１ａの内周には雌ヘリコイド
が切られ、レンズ鏡筒に形成された雄ヘリコイド部が螺
合しており、レンズ鏡筒は後述する回転にともなって光
軸方向に移動し、その焦点位置が変化する。

【００２５】このレンズ鏡筒を回転させるため固定鏡筒
部１１ａの外周には、レンズ設定リング１２が回転可能
に嵌合されている。このレンズ設定リング１２は図示し
ない突出部がレンズ鏡筒の係合部と係合し、レンズ鏡筒
はレンズ設定リング１２と一体に連結されて回転する。
このレンズ設定リング１２はバネ１３により時計方向に
回動付勢されている。

【００２６】またレンズ設定リング１２は外周部にラッ
ク１２ａを有しており、中間車１４を介してラチェット
１５の歯車１５ａと連結している。ラチェット１５はシ
ャッタ地板１１上で回転可能である。ラチェット１５の
外周には複数の爪１５ｂが等ピッチで形成されている。
アンクル１６は前述した本発明に係る揺動モータＭのロ
ータ４と一体的に揺動し、一対の係止爪１６ａ，１６ｂ
が形成されラチェットの爪１５ｂと交互に噛み合うよう
構成されている。また、係止爪１６ａ、１６ｂとラチェ
ット１５の爪１５ｂとの係合位置は位相的に爪１５ｂの
ピッチの半分だけずれている。すなわち、アンクル１６
が係止爪１６ａとラチェット１５の爪１５ｂとが係合し
ている状態から係止爪１６ｂと爪１５ｂが係合する状態
へ回転すると、その間にラチェット１５は中間車１４を
介してバネ１３の付勢により爪１５ｂのピッチの半分の
角度だけ回転することとなる。

【００２７】ラチェット１５は、レンズ初期状態では図
示しない係止部材に係合することにより係止される。駆
動リング１７の時計方向の回転により係合が解除される
よう構成されている。駆動リング１７は、シャッタ地板
１１の固定鏡筒部１１ａの外周に回転可能に嵌合されて
いる。駆動リング１７はラック１７ａを有し、駆動モー
タ１８のロータ１８ａの歯車に噛み合っており、正逆方
向に回転可能となっている。駆動リング１７のピン１７
ｂは、レンズ設定リング１２の係合部１２ｂと係合し、
バネ１３の付勢に抗してレンズ設定リング１２を反時計
方向に回転するよう構成されている。駆動リング１７が
時計方向に回転すると、図示しないセクタリングと係合
して一体的に回転するよう構成されている。駆動モータ
１８は１対のステータ１８ｂの間隙にロータ１８ａが回
転自在に配置された構成で、図示しない電源より電力が
供給されると、ロータ１８ａが回転するものである。

【００２８】次に上記実施例の動作について説明する。
初期状態でシャッタボタンが押されると、まず揺動モー
タＭへ通電がなされアンクル１６の係止爪１６ｂがラチ
ェット１５の爪１５ｂの一つと係合し、ラチェット１５
を係止する。次にモータ１８に通電がなされ駆動リング
１７が時計方向に回転して一度停止する。この時レンズ
設定リング１２は、アンクル１６がラチェット１５を係
止していることにより、バネ１３に抗して係止されてい
る。この後揺動モータＭに通電されると、反時計方向に
回転しアンクル１６の係止爪１６ｂとラチェット１５の
爪１５ｂの係合を解除し、係止爪１６ａと次の爪１６ｂ
とが係合する方向に交互に揺動するよう通電がなされ
る。この動作により、レンズ設定リング１２とラチェッ
ト１５はバネ１３の付勢により爪１５ｂのピッチの半分
の角度分だけ回転する。以下同様に揺動モータＭにアン
クル１６を逆方向に揺動するよう通電がなされると、前
記動作と同様にレンズ設定リング１２とラチェット１５
は回転する。レンズ設定リング１２を所定の位置まで回
転させるために、それに応じた回数だけアンクル１６を
揺動させる。レンズ設定リング１２が所定の合焦位置に
達したならば、揺動モータＭに係止爪１６ａもしくは１
６ｂと爪１５ｂの係止を維持するように通電をする。た
だし、通電電圧としてはアンクル１６を揺動させる電圧
よりも低く、係止爪１６ａもしくは１６ｂと爪１５ｂの
係合が外れないだけの電圧を通電する。

【００２９】レンズ設定リング１２が所定の位置に達し
た後、駆動リング１７はさらに時計方向に回転する。図
示しないセクタリングは駆動リング１７と一体的に回転
する。セクタリングが回転すると、セクタ１９は回転
し、レンズ開口部１１ｂを開放し、露光を行なう。所定
の露光量に達したならば、駆動リング１７は反時計方向
に回転する。それにともない、セクタリング、セクタ１
９もそれぞれ逆方向に回転し、レンズ開口部１１ｂを遮
光し、露光動作を終了する。この時にも揺動モータＭに
は係止爪１６ａもしくは１６ｂと爪１５ｂの係合が外れ
ないだけの電圧を通電しておく。

【００３０】駆動リング１７は更に回転を続け、駆動リ
ング１７がレンズ設定リング１２の係合部１２ｂと係合
するところで揺動モータＭへの通電をやめ、ラチェット
１５とアンクル１６の係合を解除する。さらに、駆動リ
ング１７は、レンズ設定リング１２の係合部１２ｂと係
合し、バネ１３の付勢に抗してレンズ設定リング１２を
反時計方向に回転する。レンズ設定リング１２が駆動リ
ング１７により初期状態を越える位置まで回転し、ラチ
ェット１５の係止部と係止部材が係合したところで、レ
ンズ設定リング１２はバネ１３の付勢に抗して係止部材
により係止される。次にレンズ駆動リング１７は、再度
時計方向に回転し、初期状態の位置で停止する。以上で
一連の動作が終了する。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る揺動モータ
によると、ロータの永久磁石の２極の極位置がコイル側
に偏倚しているため、従来よりも低い駆動電圧で効率よ
く大きな出力を得ることができる。また、モータの外部
に磁気的な影響を及ぼしにくく、かつ外部磁界の影響を
受けにくく安定した動作が行える。この永久磁石が４極
着磁されたもので、そのうちの２極がコイル側に偏った
ものであると、永久磁石の製造も容易にできる。

【００３２】また、この揺動モータにヨークを取り付け
た場合には、さらに効率よく大きな出力を得ることがで
きる。

【００３３】さらに、この揺動モータをカメラの合焦装
置に採用し、揺動モータからラチェットを介してレンズ
設定部材が移動され合焦位置の制御がなされるようにす
ると、細かいステップで正確な合焦を行う装置が低消費
電力で駆動可能になるとともに、セクタ開閉用モータな
ど他部材からの磁界の影響を受けにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る揺動モータの第１の実施例の平面
断面図

【図２】第１の実施例の平面図

【図３】第１の実施例にケースを取り付けた状態の側面
断面図

【図４】従来の揺動モータの磁界を示す説明図

【図５】本発明の揺動モータの磁界を示す説明図

【図６】第２の実施例の平面断面図

【図７】第２の実施例の平面図

【図８】第２の実施例にケースを取り付けた状態の側面
断面図

【図９】永久磁石を取り除いた状態でのロータ位置での
等磁線を示す説明図

【図１０】図９にヨークを取り付けた状態の等磁線を示
す説明図

【図１１】第３の実施例の平面断面図

【図１２】第２の実施例をカメラに採用した例を示した
正面図

【符号の説明】

１ コイルボビン ２ コイル ４，８ ロータ ４ｂ，８ａ 永久磁石 ７ ヨーク Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ 極位置 Ｍ 揺動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田上 茂 千葉県四街道市鹿渡934−13番地 株式 会社精工舎 千葉事業所内 (72)発明者 田中 将樹 千葉県四街道市鹿渡934−13番地 株式 会社精工舎 千葉事業所内 (56)参考文献 特開 昭53−68809（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−89207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−135306（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−70168（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭32−8363（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空のコイルボビンと、上記コイルボビ
   ンに巻回されているコイルと、上記コイルボビンの端部
   付近に回転自在に配設されているロータとを有し、 上記ロータは、９０度以上１８０度未満の着磁角度で２
   極着磁された永久磁石を有し、その両極位置がいずれも
   中心よりも上記コイル側に偏って位置していることを特
   徴とする揺動モータ。
2. 【請求項２】 中空のコイルボビンと、上記コイルボビ
   ンに巻回されているコイルと、上記コイルボビンの端部
   付近に回転自在に配設されているロータとを有し、 上記ロータは、４極着磁された永久磁石を有しており、
   そのうちの２極は中心よりも上記コイル側に偏って位置
   しておりその着磁角度は９０度以上１８０度未満であ
   り、他の２極は上記コイル側に偏った２極に比べて磁力
   の弱いものであることを特徴とする揺動モータ。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、上記コイル
   ボビンには磁性材からなるヨークが固着されていること
   を特徴とする揺動モータ。