JP3139051U - ボイスコイルモーター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁力予圧式非自由ランアウト導引メカニズムを有する低コストのマイクロボイスコイルモーター装置を提供し、マイクロカメラレンズの駆動に応用される時に生じる欠点を改善する。
【解決手段】ボイスコイルモーターは、磁石とヨークにより構成される磁気回路素子、及びコイルは回路素子を入る。磁気回路素子とレンズホルダは剛性連接し、本装置の動素子となる。回路素子と導引スチール軸は、底座に固定されて、本装置の非動素子となる。ボイスコイルモーター磁気回路素子自身の漏磁場により、導引スチール軸と磁束鎖交し、予圧磁力を生成して、動素子と非動素子間の公差ギャップにより生じる自由ランアウトを消去し、高再現性の運動性能を達成する。この他、磁気回路素子の磁石、及び、ヨークは、長方形外形の非全円包覆の磁気回路構造を形成し、装置全体の最小化を達成する。
【選択図】図４

Description

本考案は、磁力予圧式精密導引を有するマイクロボイスコイルモーター装置に関するものであって、特に、マイクロカメラレンズ駆動に応用するボイスコイルモーターに関するものである。

公知の円筒形ボイスコイルモーターは、図５で示されるように、U型断面の同心環ヨーク５１と、数段の弧形磁石５２を同心環ヨークの内面に貼設されて、閉磁場を構成する、コイル５３は磁石５２とヨーク５１が形成するエアギャップ５４に置設される、それて、コイル５３が通電する時、電流は、エアギャップ５４中の磁場と作用して推力を生成する。コイル５３が、エアギャップ中で、磁石５２とヨーク５１の均一なギャップを維持するようにするため、数種の挟持導引方式がある。一つは、精密スリーブスライド軸を使用し、スリーブ部とヨーク５１は剛性連接し、コイル５３と軸部は剛性連接し、精密スリーブスライド軸は、予圧のローリングボールを有するので、コイルとヨークの無接触の精密平行滑動を保持することが出来る。もう一つは、コイルの移動距離が短い時、二つのきばねとコイル５３の剛性連接を利用し、もし、二つのきばねが、完全に相同の弾性常数を有する場合、理論上、コイル５３とヨーク５１の無接触の精密平行運動を達成することが出来る。三つ目は、非精密の応用に対するもので、コイル５３を、滑動スリーブに固定し、スリーブの内縁とヨーク５１の外縁が滑動接触し、コイル５３とヨーク５１が無接触滑動を達成し、運動平行度、及び、摩擦力は、内外縁の公差ギャップにより決定される。

公知のボイスコイルモーター装置を、マイクロカメラレンズの駆動に応用する時、以下のような問題がある。
（ａ）ボイスコイルモーターが駆動するレンズは、移動可能なオブジェクトで、ボイスコイルモーターにより、レンズの前後移動を駆動し、オートフォーカス、或いは、ズームの目的を達成し、この応用は、高再現精度の定位が必要な以外に、運動軸と光軸の相対ランアウト上で、高精度の要求により、光学呈像の表現に符合させる必要がある。上述の第一の方式を採用する場合、その運動再現精度、及び、摩擦力において望ましいと言えるが、精密スリーブスライド軸のコストが高く、微小化も困難である。よって、量産前提下では、好ましくない方法である。また、上述の第二の方式を採用する場合、二つの弾性係数に差異がある場合、或いは、数段の弧形磁石の磁化強度に差異がある場合、一定のレベルのランアウトを生じて、マイクロカメラの呈像品質に影響を与える。この他、更に、ひどい場合は、携帯式マイクロカメラに応用した場合、レンズの重量方向も運動ランアウトを生じる。よって、この方法を、量産上に採用すると、良率が低いという欠点が生じ、高画素趨勢のマイクロカメラへの応用に関して、重量ランアウトは、呈像品質を明らかに悪化させる。もし、三つ目の方法を採用すると、動素子と非動素子の接触面間の厳格な公差調整制限により、運動軸向きのランアウト制御を達成し、マイクロカメラモジュールのレンズの駆動に応用する時、ボイスコイルモーターの直接出力の制限、及び、各キャビティが射出成形するモールドの精度の統一制御が容易でなく、大量生産において、装置全体で、動素子と非動素子間の摩擦力、及び、運動ランアウト角度の品質が不安定になり、公差がきついと、摩擦力が過大になって、ボイスコイルモーターが駆動しなくなり、公差が緩いと、ランアウト角が過大で、呈像品質を低下させる。上述のように、摩擦力とランアウト角と動素子、及び、非動素子の公差、及び、レンズの重量方向が無関係の低コストの導引メカニズムにより、マイクロカメラモジュールの駆動に応用するボイスコイルモーター装置を提供し、量産が可能であるようにする必要がある。
（ｂ）マイクロカメラレンズは、携帯式装置に応用するという要求に対応し、モジュール尺寸の微小化が市場の趨勢となっていて、現有の携帯式装置の尺寸の空間制限に適応させるが、公知のボイスコイルモーターは、円対称の構造であるので、尺寸の微小化は、薄型磁石が生産する加工極限により、微小化に制限を受け、よって、如何にして、モーター磁気回路設計構造を打破し、尺寸の微小化要求を達成するかが重要な課題である。

本考案は、磁力予圧式非自由ランアウト導引メカニズムを有する低コストのマイクロボイスコイルモーター装置を提供し、公知のボイスコイルモーターが、マイクロカメラレンズの駆動に応用される時に生じる欠点を改善することを目的とする。

本考案のボイスコイルモーター装置は、ボイスコイルモーター自身の磁気回路構造により、導引スチール軸が生成する予圧磁力を漏磁して、摩擦力を恒定させると共に、動素子、及び、非動素子の接触面間のギャップを消去して、レンズが移動する時の低摩擦、非自由ランアウト、高再現精度の運動結果を達成することを特徴とする。もう一つの特徴は、ボイスコイルモーターは、長方形外形の非全円包覆の磁気回路を有し、固定長さ、幅の制限下で、磁束集中の磁気回路構造により、最大のモーター推力を得る。ボイスコイルモーター装置は、ボイスコイルモーター磁気回路素子、ボイスコイルモーター回路素子、複数の導引スチール軸、ロードレンズホルダ、及び底座を含めてある。

ボイスコイルモーター磁気回路素子は、複数の非環形磁石と、ボイスコイルモーター軸方向に延伸し、中央環壁を有する底ヨークの外縁に堆畳されて、その内縁と中央環壁間で、内環エアギャップを形成する複数の非環形表面ヨークと、からなり、長方形外形の非全円包覆の磁気回路構造を有し、且つ、内環エアギャップで、推力を生成する主励磁磁場を形成し、磁気回路素子の外縁は、予圧磁力の漏磁場を生成することを特徴とする。

ボイスコイルモーター回路素子は、少なくとも一組のコイルからなり、コイル中に、適当な電流が流れると共に、それを磁気回路素子の内環エアギャップ中に配置し、主励磁磁場と作用して推力を生成する。

ロードレンズホルダは、磁気回路素子と剛性連接して、装置の動素子を構成し、めねじを利有してロードを鎖固する以外に、その外縁は、複数の円孔形、或いは、開放孤形承接面を有し、複数の導引スチール軸と滑動接触する。

複数の導引スチール軸は、導磁材料からなり、ロードレンズホルダの複数の円孔形、或いは、開放孤形の承接面内縁に配置され、複数の円孔形、或いは、開放孤形の承接面は、磁気回路の外縁とそれぞれギャップを有し、磁気回路素子が生成する漏磁場は、このギャップにより、複数の導引スチール軸と磁束鎖交して、閉回路を構成し、予圧磁力を生成する。この予圧磁力が形成する合成モーメントは、ロード装着滑座の複数個の円孔形、或いは、開放孤形の承接面を、それぞれ、複数の導引スチール軸に、緊密に滑動接触させて、非自由ランアウトの滑動運動を達成する。

底座は、ボイスコイルモーター回路素子、及び、複数の導引スチール軸を固定し、前記装置の非動素子を構成する。

本考案によると、ボイスコイルモーター磁気回路素子自身の漏磁場により、導引スチール軸と磁束鎖交し、予圧磁力を生成して、動素子と非動素子間の公差ギャップにより生じる自由ランアウトを消去し、高再現性の運動性能を達成し、また、磁気回路素子の磁石、及び、ヨークは、長方形外形の非全円包覆の磁気回路構造を形成し、装置全体の最小化を達成する、という長所が得られる。

本考案のボイスコイルモーター磁気回路素子は、図１で示されるように、磁気回路素子は、二つの非環形型磁石１１１、１１２と、ボイスコイルモーター軸方向に延伸して、中央環壁を有する底ヨーク１３に堆畳される二つの非環形表面ヨーク１２１、１２２と、からなる。長方形外形の非全円包覆の磁気回路構造は、二つの閉磁気回路を形成し、一つは、推力を生成する主磁力線１５で、二つの非環形型磁石１１１、１１２の上表面から、二つの非環形表面ヨーク１２１、１２２を経て、内環エアギャップ１４に転向し、底ヨーク１３の中央環壁に達し、底ヨーク１３の導引により、二つの非環形型磁石１１１、１１２の下表面に戻る。もう一つは、予圧力を生成する漏磁力線１６で、二つの非環形型磁石１１１、１１２の上表面から、二つの非環形表面ヨーク１２１、１２２を経て、外縁に転向し、二つの非環形表面ヨーク１２１、１２２外縁と底ヨーク１３外縁の空気部を越えて、底ヨーク１３外縁に達し、底ヨーク１３の導引により、二つの非環形型磁石１１１、１１２の下表面に戻る。磁気回路構造の特性は、特定の空心円直径、及び、全体の長幅の空間制限下で、定義される長方形面積の四隅を充分に利用して、磁石を設置し、二つの非環形表面ヨーク１２１、１２２を利用して、磁束集中の効果を達成する。これにより、公知の円対称の磁気回路構造と比較して、特定の出力要求下で、最小長幅の設計を実現すると同時に、装置の微小化時に、磁石が薄すぎて、生産しにくいという欠点を解決する。また、この概念を発展させて、この磁気回路素子は、図２で示されるように、四つの非環形型磁石２１１、２１２、２１３、２１４、四つの非環形型表面ヨーク２２１、２２２、２２３、２２４と中央環壁を有する底ヨーク２３、から構成される。

本考案のボイスコイルモーター素子は、コイルにより構成されると共に、底座上に固定され、且つ、磁気回路素子の内環エアギャップ１４に配置され、コイル中に、電流が流れる時、主磁力線と作用して、推力を生成し、この固定コイル式ボイスコイルモーターの構造は、公知のボイスコイルモーター移動供電ケーブルを省略し、装置の寿命、信頼度を向上させる。

本考案のボイスコイルモーター素子は、磁力予圧式非自由ランアウトの導引特性を達成し、図３で示されるように、ロードレンズホルダ３１と磁気回路素子３２を剛性連接して、ボイスコイルモーター装置の動素子とする。ボイスコイルモーター装置のコイル３３と二つの導引スチール軸３４１、３４２は、それぞれ、底座３５に固定されて、ボイスコイルモーター装置の非動素子を構成する。二つの導引スチール軸３４１、３４２は、ロード装着滑座３１の二つの孤形承接面３１１、３１２内に配置され、磁気回路素子３２外縁は、それぞれ、ギャップ３６を保持するので、前述した磁気回路素子３２は、漏磁力線３７を有し、漏磁力線は、二つの導引スチール軸３４１、３４２を経て、閉磁気回路を構成する。これにより、動素子は、二つの導引スチール軸に対し、予圧磁力３８１、３８２を有し、動素子に対し、合成モーメントを生成し、合成モーメントは、ロード装着滑座３１の二つの孤形承接面３１１、３１２を、二つの導引スチール軸３４１、３４２表面に緊貼するので、二つの導引スチール軸３４１、３４２の中心位置、或いは、外径と二つの孤形承接面３１１、３１２の中心位置、或いは、半径とが公差を有して、ギャップを形成しても、磁力は、エアギャップが小さいほど、その値は大きくなるので、動素子は、エアギャップが小さい孤形承接面に偏向し、もう一つの承接面と、線接触のみ保持する。この導引設計は、動素子と非動素子の相対運動を、非自由ランアウトの滑動運動にし、ボイスコイルモーターの定位再現精度を向上させる。この他、導引構造は、二つの導引スチール軸３４１、３４２の組み立て平行要求を減少させ、且つ、導引構造の摩擦力は、予圧磁力とだけ関係し、組み立て公差とは無関係であり、ボイスコイルモーター装置の量産の歩留まり率を向上させる。

上述のように、本考案のボイスコイルモーター装置は、以下の技術により、微小化、量産が容易、及び、非自由ランアウトの運動性能を達成する。
（ａ）長方形外形の非全円包覆の磁気回路により、特定出力制限下で、最小長幅の設計を実現すると共に、微小化時に、磁石が薄すぎて、生産しにくいという欠点を解決する。
（ｂ）ボイスコイルモーター自身の磁気回路素子が生成する磁場は、導引スチール軸により生成される予圧磁力により、動素子、及び、非動素子の接触面間の公差ギャップを消去して、非自由ランアウトの滑動性能を達成する

本考案を、マイクロ型カメラレンズの駆動に応用する好ましい実施例は、以下の様である。

図４で示されるように、ボイスコイルモーター装置は、コイル４１と、それぞれ、底座４３上に固定された第一、及び、第二導引スチール軸４２１、４２２と、により本装置の非動素子を構成し、本装置は、ロード装着滑座４５に剛性連接され、その上のレンズ４６に固定される磁気回路素子４４により本装置の動素子を構成する。磁気回路素子４４は、第一、及び、第二非環形型磁石４４１、４４２、中央環壁を有する底ヨーク４４５の外縁に堆畳されて、長方形外形の非全円包覆の磁気回路構造を形成する第一、及び、第二非環形表面ヨーク４４３、４４４と、からなり、装置全体の長幅を減少させている。コイル４１は、磁気回路素子により形成される内環エアギャップに配置され、電流を流して、推力を生成する。ロード装着滑座４５上の対称な隅に、第一、第二孤形承接面４５１、４５２を設けて、第一、及び、第二導引スチール軸４２１、４２２と、磁気回路素子４４の漏磁力線により、予圧力を生成し、緊密な滑動接触を保持する。故に、ボイスコイルモーター装置の動素子が、推力により、非動素子と相対運動を生成する時、自由ランアウトの生成に至らない。

本考案では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本考案に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本考案の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本考案明の保護範囲は、実用新案請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本考案の装置の二つの磁石を採用した長方形非全円包覆の磁気回路を示した説明図である。 本考案の装置の四つの磁石を採用した長方形非全円包覆の磁気回路を示した説明図である。 本考案の装置の磁力予圧式非自由ランアウトの導引構造を示した説明図である。 本考案の装置の好ましい実施例によるメカニズムを示した説明図である。 公知の円筒形ボイスコイルモーターの磁気回路構造を示した説明図である。

符号の説明

１３…底ヨーク
１４…内環エアギャップ
１５…主磁力線
３１…ロード装着滑座
３２…磁気回路素子
３３…コイル
３５…底座
３６…ギャップ
３７…漏磁力線
４１…コイル
４３…底座
４４…磁気回路素子
４５…ロード装着滑座
４６…レンズ
１１１…非環形型磁石
１１２…非環形型磁石
１２１…非環形表面ヨーク
１２２…非環形表面ヨーク
２１１…非環形型磁石
２１２…非環形型磁石
２１３…非環形型磁石
２１４…非環形型磁石
２２１…非環形表面ヨーク
２２２…非環形表面ヨーク
２２３…非環形表面ヨーク
２２４…非環形表面ヨーク
３１１…孤形承接面
３１２…孤形承接面
３４１…導引スチール軸
３４２…導引スチール軸
３８１…予圧磁力
３８２…予圧磁力
４２１…導引スチール軸
４２２…導引スチール軸
４４１…非環形型磁石
４４２…非環形型磁石
４４３…非環形表面ヨーク
４４４…非環形表面ヨーク
４４５…底ヨーク
４５１…孤形承接面
４５２…孤形承接面

Claims (3)

1. ボイスコイルモーター装置であって、
   推力を生成するのに必要な一次励起磁界、及び、プレロードを生成するのに必要な洩れ磁界を形成するのに用い、中央環壁を有する底ヨーク、複数の非環形磁石、及び、複数の非環形表面ヨークからなり、前記ボイスコイルモーターの前記可動軸に沿って、前記底ヨークの中央環壁周辺に堆積されて、前記非環形ヨークの内側周縁と前記中央環壁間に内環ギャップを形成し、前記中央環形ギャップ内で一推力を生成する次励起磁界を形成し、外側周縁でプレロードを生成する洩れ磁界を形成する可動磁石素子と、
   少なくとも一つのコイルを有し、適切な電流が流れる固定回路素子と、
   前記可動磁石素子に結合され、前記装置の可動素子を形成し、複数の円孔形、或いは、開弧ガイドを有して複数の承接面を形成するレンズホルダと、
   強磁性体材料からなり、前記レンズホルダの滑り運動の引導軸となり、前記承接面内縁に設置されると共に、前記複数の円形、或いは、開弧ガイドにより、前記磁石素子の外側周縁にそれぞれ間隔を維持し、前記磁石素子により生成される洩れ磁界は、前記間隔により連結して、閉磁気ループを構成し、プレロードを生成する複数の引導スチール軸と、
   前記固定回路素子と前記複数の引導スチール軸を固定して、前記装置の非移動素子を形成するベースと、
   からなることを特徴とするボイスコイルモーター装置。
2. 前記固定回路素子は、前記可動磁石素子の前記内環ギャップ内に設置され、前記一次励起磁界と作用して、前記推力を生成することを特徴とする請求項１に記載のボイスコイルモーター装置。
3. 前記レンズホルダはねじ穴を有して、前記レンズを固定し、前記レンズホルダの外側周縁は、複数の承接面を有し、前記複数の引導スチール軸に滑動接触することを特徴とする請求項１に記載のボイスコイルモーター装置。