JP3870195B2 - 駆動装置および光量調節装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラのシャッタ装置等に好適な駆動装置或いは光量調節装置の改良に関するものである。

従来のレンズシャッタカメラのシャッタ装置としては、図１６に示すものがある。

同図において、１０１は永久磁石であるマグネット、１０２は駆動レバー、１０２ａは駆動レバー１０２に設けられた駆動ピンである。駆動レバー１０２はマグネット１０１に固着され、マグネット１０１と一体的に回転する。１０３はコイル、１０４，１０５は軟磁性材料から成り、コイル１０３により励磁されるステータである。ステータ１０４とステータ１０５は端部１０４ａと端部１０５ａにおいて接合されており、磁気回路上一体となっている。コイル１０３への通電により、ステータ１０４およびステータ１０５が励磁され、マグネット１０１は所定の角度内を回転する。１０６，１０７はシャッタ羽根であり、１０８は地板である。シャッタ羽根１０６，１０７は地板１０８のピン１０８ｂ，１０８ｃへ穴部１０６ａ，１０７ａにおいて回転可能に取り付けられ、長穴１０６ｂ，１０７ｂが駆動ピン１０２ａに摺動可能に嵌合し、マグネット１０１とともに駆動レバー１０２が回転する事で、シャッタ羽根１０６，１０７は穴部１０６ａ，１０７ａを中心として回転駆動され、地板の開口部１０８ａを開閉する。コストアップを防ぐ為にマグネットをプラスチックマグネットで形成し、駆動ピンを一体的に成形したものもある。

１０９はシャッタ羽根１０６，１０７を地板１０８との間で移動可能に保持する前地板であり、１１０はステータ１０４，１０５を保持し、マグネット１０１を回転可能に保持する後地板である（従来例１、特許文献１参照）。

ところで、撮像素子にＣＣＤなどを用い、被写界像を光電変換して記憶媒体に静止画像の情報として記録するデジタルカメラが普及してきている。この種のデジタルカメラの露光に関する動作の一例について、以下に簡単に説明する。

まず撮影に先立って主電源が投入され、撮像素子が動作状態になるとシャッタ羽根は撮像素子に露光可能な開位置に保持される。これにより撮像素子にて電荷の蓄積と放出転送が繰り返され、画像モニターによって被写界の観察が可能になる。

その後、レリーズボタンが押されると、その時点での撮像素子の出力に応じて絞り値と露光時間が決定され、それに基づいて、露光開口の口径を絞る必要がある場合には、まず、絞り羽根が駆動されて所定の絞り値にセットされる。次に、蓄積電荷の放出がされている撮像素子に対して電荷の蓄積開始が指示され、それと同時にその蓄積開始信号をトリガー信号として露光時間制御回路が起動され、所定の露光時間の経過により、シャッタ羽根が撮像素子への露光を遮る閉位置へと駆動される。撮像素子への露光が遮られた後、蓄積された電荷の転送が行われ、画像書き込み装置を介して記録媒体に画像情報が記録される。電荷の転送中に撮像素子への露光を防ぐのは、電荷の転送中に余分な光によって電荷が変化してしまうことを防ぐためである。

上記のようなシャッタ装置の他に、ＮＤフィルターを進退させる機構を持つものや、小さな絞り径をもつ絞り規制部材を進退させる機構を持つものがある。

上記のシャッタ装置は、その厚みを薄くすることはできるが、コイルやステータが地板上において多くの範囲を占めてしまう。この点に鑑み、図１７及び図１８に示す光量調節装置が提案されている。

同図において、２０１は筒状のマグネットであるロータであって、２０１ａがＮ極、２０１ｂがＳ極に着磁されている。２０１ｇはロータ２０１と一体に成形された腕であり、この腕２０１ｇから駆動ピン２０１ｈがロータ２０１の回転軸方向に延びている。２０２はコイルであり、ロータ２０１の軸方向に配置される。２０３は軟磁性材料から成り、コイル２０２によって励磁されるステータである。ステータ２０３はロータ２０１の外周面と対向する外側磁極部２０３ａと、ロータ２０１の内部に挿入される内筒２０３ｂと、ロータ２０１の軸部２０１ｆが回転可能に嵌合される穴部２０３ｃを有している。２０４は補助ステータであり、ステータ２０３の内筒に固定され、ロータ２０１の内周面と対向する。コイル２０２への通電により、外側磁極部２０３ａ、補助ステータ２０４が励磁され、ロータ２０１は所定の位置まで回転する。２０７，２０８はシャッタ羽根であり、２０５は地板であり、穴部２０５ｄにロータ２０１の軸部２０１ｅが嵌合している。シャッタ羽根２０７，２０８は地板２０５のピン２０５ｂ，２０５ｃへ穴部２０７ａ，２０８ａにおいて回転可能に取り付けられ、長穴２０７ｂ，２０８ｂが駆動ピン２０１ｈに摺動可能に嵌合する。２０６はトーションバネであり、駆動ピン２０１ｈを長穴２０７ｂ，２０８ｂの端部に押し付けるように弾性力をロータ２０１に付与している。２０９は前地板である。

上記構成において、コイル２０２へ通電し、トーションバネ２０６の弾性力に逆らってロータ２０１とともに駆動ピン２０１ｈを回転させることで、シャッタ羽根２０７，２０８は穴部２０７ａ，２０８ａを中心として回転駆動され、地板２０５の開口部２０５ａの開閉駆動を行う（従来例２、特許文献２参照）。

上記光量調節装置を、カメラのシャッタ装置として用いるのであれば、コイル２０２への通電時間を変化させる事で露光量を調節する事ができ、ビデオカメラの絞り調節機構として用いるのであれば、コイル２０２への通電電流値を変更する事により露光量を調節する事ができる。そして、駆動ピン２０１ｈは外側磁極とは離れたところに位置するため、駆動ピン２０１ｈを永久磁石の材料で構成し該駆動ピンが着磁されても駆動ピンにより発生する電磁力は非常に小さく、ロータ全体の出力特性に影響を及ぼさずに光量調節装置の安定したアクチエータとする事ができる。また、駆動ピン２０１ｈはロータ２０１と一体的に成形されるので、別部品で構成される場合に比べ低コストで少ない組み立て誤差となる。また、ロータ２０１の回転軸に関して外側磁極とは重複する位置に駆動ピン２０１ｈを配置できるので、円筒形状のこのアクチエータの軸方向の長さＬ（図１８参照）を低く抑える事もできる。
特開２００１−７５１４６号公報 特開２００２−４９０７６号公報

このような構成の光量調節装置とする事により、コイル２０２とロータ２０１が軸方向に配置されるので、これらが地板２０５上において多くの範囲を占めないコンパクトな装置となる等、大きな効果を有するものとなるが、よりコンパクトな駆動装置及び光量調節装置が望まれていた。

上記課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、外周面が周方向に分割して異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもつ、回転可能なロータと、前記ロータの軸方向に配置されるコイルと、少なくとも一つの歯形状の外側磁極部と内側磁極部が前記マグネット部の外周面と内周面に対向し、前記コイルにより励磁されるステータと、前記コイルが巻き回される胴体部、および、前記マグネット部の内周面と前記ステータの内側磁極部との間に介在し前記ロータを回動可能に支持する支持部を有する非磁性材料からなるボビンとを有する駆動装置とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、外周面が周方向に分割して異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもつ、回転可能なロータと、前記ロータの軸方向に配置されたコイルと、少なくとも一つの歯形状の外側磁極部と内側磁極部が前記マグネット部の外周面と内周面に対向し、前記コイルにより励磁されるステータと、前記コイルが巻き回される胴体部、および、前記マグネット部の内周面と前記ステータの内側磁極部との間に介在し前記ロータを回動可能に支持する支持部を有する非磁性材料からなるボビンと、前記マグネット部と一体的に構成される駆動ピンとを有する駆動装置とするものである。

上記請求項１及び２の構成においては、コイルが巻き回されるボビンに、マグネット部の内周面とステータの内側磁極部との間に介在してロータを回動可能に支持する支持部を具備し、軸方向に長くなっていたロータの回転支持部材を無くすようにしている。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の駆動装置と、光束が通過する開口部を備えた地板と、前記駆動装置の駆動ピンにより駆動されて前記地板の開口部の開口量を調節する光量調節部材とを有する光量調節装置とするものである。

本発明によれば、軸方向の長さ短くし、コンパクトな駆動装置又は光量調節装置を提供できるものである。

以下の実施例１ないし実施例４に示す通りである。

図１〜図４は本発明の実施例１に係る光量調節装置を示す図であり、そのうち、図１は光量調節装置に具備されるシャッタ羽根駆動機構の分解斜視図、図２はその断面図、図３はシャッタ閉鎖時の図２のＢ−Ｂ断面図、図４はシャッタ開放時の図２のＢ−Ｂ断面図である。

これらの図において、１は概略円筒形状のマグネット部をもつプラスチックマグネット材料から成るロータであり、マグネット部は外周面を円周方向に４分割して交互にＳ極とＮ極に着磁されている。詳しくは図３に示すように、着磁部１ａ，１ｃは外周面がＮ極に、着磁部１ｂ，１ｄは外周面がＳ極に、それぞれ着磁されている。この実施例１では、着磁極数は４極であるが、２極以上であればよい。２は後述のボビン９の円筒外径部９ａに巻き回される円筒形状のコイルであり、該コイル２はロータ１のマグネット部と同心でかつ、ロータ１と軸方向に隣り合う位置に配置され、コイル２はその外径がロータ１のマグネット部の外径とほぼ同じ寸法である。

３は軟磁性材料から成るステータであり、該ステータ３は、先端部に歯形状の外側磁極部３ａが形成された外筒および円柱形状の内筒３ｂから成る。外側磁極部３ａはステータ３の外筒からマグネット部（ロータ１）の回転軸と平行に板状に延出した形状で形成されるとともに、ロータ１の外周面に所定の隙間を持って所定の角度（Ａ度）対向するように構成（図３参照）されている。ここでの角度とは、外側磁極部３ａとマグネット部の回転中心位置とで構成される扇型の中心角を指す。この実施例１における所定の角度に関しては後述する。４は補助ステータであり、内径部４ａ（図２参照）がステータ３の内筒３ｂに嵌合して固着されている。また、補助ステータ４の外径部には、ステータ３の外側磁極部３ａに対向した位相に図３に示すように対向部４ｂが形成されている。

ステータ３の円柱形状の内筒３ｂと補助ステータ４とで、内側磁極部を構成している。内側磁極部は対向部４ｂが外側磁極部３ａに向かう出っ張りとして形成されているが、単に円筒形状であっても構わないし内筒３ｂのみで内側磁極部を構成しても構わない。その場合は多少出力が低下する可能性がある。

ロータ１には外側磁極部３ａと対向していない位置に腕１ｇが一体的に形成されており、腕１ｇの先端にはロータ１の出力部材である駆動ピン１ｈが形成されている。外側磁極部３ａと腕１ｇとはロータ１の軸方向の位置に関して重複する位置（前記軸方向と垂直な方向から見ると重なる位置を意味する）に配置されている。また、駆動ピン１ｈは後述の地板５の開口部５ａの中心に向かう或いは離れる方向、すなわち、ガイド溝５ｅに案内されて地板５のおよそ半径方向に移動するように配置されている。５は光量調節装置の地板であり、地板５は開口部５ａを備えている。

９は非磁性材料から成る円筒形状のボビンであり、胴体部である円筒外径部９ａにはコイル２が卷き回されている。また、胴体部の円筒内径部９ｂにはステータ３の内筒３ｂが嵌合配置されている。また、胴体部に対して軸方向に延びるようにボビン９には円筒形状の軸受部（以下、円筒軸受部）９ｃが一体的に設けられており、該円筒軸受部９ｃは、ロータ１の円筒形状のマグネット部の内径１ｉと内側磁極部である補助ステータ４との間に位置し、ロータ１を回転可能に支持する。つまり、円筒形状のマグネット部を回転可能に支持する支持部を構成している。また、円筒軸受部９ｃは内側磁極部である補助ステータ４とマグネット部の内径１ｉとの距離を安定的に保持することができ、よって、内側磁極部、外側磁極部３ａとロータ１とのギャップに関して部品の積み重ねによる誤差を非常に少なく構成でき、量産時の性能が安定する。また、このボビン９の材質を液晶ポリマーで構成することにより、非導電性である特性のためにコイル２が不用意にステータ３の内筒３ｂと導通することを防ぐことができ、同時に非磁性材料の特性のためにロータ１のマグネット部の内径１ｉと補助ステータ４との間に磁気ギャップが構成され、その間の吸着力の低減を図ることができる。また、液晶ポリマーは摩擦係数も小さい事からロータ１のマグネット部の内径１ｉと補助ステータ４との間の摩擦も低減され、ロータ１の良好な回転特性を得ることができる。

ロータ１は、図２に示すように、ボビン９の円筒軸受部９ｃに回転可能に支持され、スラスト方向の位置はボビン９の面９ｄと地板５の受け部５ｆに規制されている。よって、図１８に示す従来例のようにロータ２０１を回転可能に支持する回転軸２０１ｅ，２０１ｆが無く、また円筒形状のマグネット部と回転軸２０１ｅ，２０１ｆをつなげる突起（該突起と回転軸２０１ｅ，２０１ｆとで、ロータ２０１を回転可能に支持する専用の回転支持部材を構成していた）も必要ないので、駆動装置の軸方向の長さＬを短く構成できる。

コイル２はロータ１と軸方向に隣り合う位置に配置され、またロータ１はその回転の中心位置が地板５の開口部５ａの外側であって、その回転軸の向きが開口部５ａの光軸と並行になるように配置されている。６は地板５との間に所定の空間を保ち、空間に後述の光量調節用のシャッタ羽根７，８を移動可能に保持する地板であり、開口部６ａを備えている。７，８は光量調節部材であるところのシャッタ羽根であり、穴７ａ，８ａがそれぞれ地板５のピン５ｂ，５ｃに回転可能に嵌合している。また、長穴７ｂ，８ｂはロータ１の駆動ピン１ｈに摺動可能に嵌合しており、ロータ１の回転に応じてシャッタ羽根７，８が駆動されて地板５の開口部５ａの開口量を変化させる。

図３におけるロータ１の回転位置は、シャッタ羽根７，８により開口５ａを閉じた状態であり、図４におけるロータ１の回転位置は、シャッタ羽根７，８が開口５ａより待避した位置であって、開口部５ａを開放状態にしている状態である。

図３の状態からコイル２に通電を行い、ステータ３の外側磁極部３ａをＳ極に、内側磁極部の一部である補助ステータ４をＮ極に、それぞれ励磁すると、ロータ１は時計回りに回転して図４の状態となり、開口部５ａが開放される。この図４の状態からコイル２に逆方向の通電を行い、ステータ３の外側磁極部３ａをＮ極に、内側磁極部の一部である補助ステータ４をＳ極に、それぞれ励磁すると、ロータ１は図４において反時計回りに回転し、図３に示す開口部５ａが閉じた状態になる。このようにコイル２への通電の向きを切り換えることで、駆動ピン１ｈが図３に示す位置と図４に示す位置とで往復運動を行う。

ロータ１に設けられる駆動ピン１ｈはロータ１を挟んで外側磁極部３ａの反対側に配置され、外側磁極部３ａとは離れているため、駆動ピン１ｈをマグネットの材料で構成して着磁したとしても、駆動ピン１ｈに発生する電磁力は非常に小さく、マグネット全体の出力特性にはほとんど影響を及ぼさない。したがって動作特性の安定した駆動装置とする事ができる。また、駆動ピン１ｈはプラスチックマグネット材料から成るロータ１と一体的に成形されるので、別部品で構成される場合に比べ、低コストで少ない組み立て誤差とすることができる。また、外側磁極部３ａと駆動ピン１ｈを有する腕１ｇとはロータ１の軸方向における位置が重複しており、概略円筒形状の駆動装置の軸方向の長さＬ（図２参照）を抑えることもできる。駆動装置の軸方向の向きは、本光量調節装置の光軸に並行となるように配置されているので、光軸方向と平行方向の寸法に関してはコンパクトな光量調節装置となる。

上記構成において、コイル２はロータ１の軸方向に配置されるので、外側磁極部３ａからガイド溝５ｅまでの、図３における左右方向の寸法に関して、地板５上においてコイル等の部品が多くの範囲を占めないコンパクトな駆動装置となる。また、ロータ１の外周面と内周面に対向する外側磁極部と内側磁極部とで該ロータ１を挟む磁路となるので、磁気抵抗が少ないものとなる。さらに、前記コイル２により発生する磁力線が効果的にロータ１に作用するため、出力の高い駆動装置となり、結果的にコンパクトで、安定した動作特性を有する光量調節装置とすることができる。更に、ステータ３の外側磁極部３ａをロータ１の軸方向と平行方向に延出する歯形状（外側磁極部が複数で構成される場合は櫛歯形状）により構成しているので、ステータ３の直径はロータ１のマグネット部の直径に磁気ギャップと自らの肉厚を加えた最小限の寸法に抑える事ができ、非常に小径の駆動装置とする事ができる。

次に、外側磁極部３ａの詳細な形状について説明する。ロータ１はコイル２への無通電時にシャッタ開放もしくは閉鎖の状態でその回転位置が保持される。この様子を図５および図６を用いて説明する。

図５において、縦軸はロータ１に作用する外側磁極部と内側磁極部との間で発生する磁力を示し、横軸はロータ１の回転位相を示す。

Ｅ１点，Ｅ２点で示されるところは、正回転しようとすると逆回転しようとする力が働いて元の位置に戻ろうとし、逆回転しようとすると正回転しようとする力が働いて元の位置に戻される。すなわち、マグネット部と外側磁極部の間の磁力によってロータ１がＥ１点或いはＥ２点に安定的に位置決めされようとするコギングの位置である。Ｆ１点，Ｆ２点，Ｆ３点はマグネットの位相が少しでもずれると前後のＥ１点、或いは、Ｅ２点の位置に回転する力が働く不安定な均衡状態にある停止位置である。コイル２への通電がなされない状態では、振動や姿勢の変化によってＦ１点，Ｆ２点，Ｆ３点に停止していることはなく、Ｅ１点或いはＥ２点の位置で停止する。

Ｅ１点，Ｅ２点のようなコギング安定点はマグネット部の着磁極数をｎとすると、（３６０／ｎ）度の周期で存在し、その中間位置がＦ１点，Ｆ２点，Ｆ３点のような不安定点になる。

有限要素法による数値シミュレーションの結果、マグネット部の着磁される１極あたりの角度（マグネット部の着磁部の中心角）と外側磁極部のマグネット部に対向する対向角度（図３においてＡで示すものであり、外側磁極部３ａとマグネット部の回転中心位置とで構成される扇型の中心角）との関係に応じて、コイルへの通電がなされていない状態での外側磁極部とマグネット部との吸引状態の様子が変化することが明らかになった。それによると、外側磁極部のマグネット部に対向する角度によりマグネット部のコギング位置が変化する。すなわち、外側磁極部のマグネット部に対向する角度が所定値以下の場合には、マグネット部の極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持される。つまり、図５で述べたＥ１点およびＥ２点がこの状態である。逆に、外側磁極部のマグネット部に対向する角度が所定値を超える場合には、マグネット部の極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持され、この位置が図５で述べたＥ１点およびＥ２点となる。その様子を図６を用いて説明する。

図６は、外側磁極部の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を示す図である。図６において、横軸は「マグネット部の厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」、縦軸は「外側磁極部１つあたりのマグネット部に対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」（言い換えれば、外側磁極部１つあたりの中心角／マグネット部の１極あたりの中心角）である。例えば、マグネット部の外径寸法が１０ｍｍ、内径寸法が９ｍｍで極数が１６極の場合、マグネット部の厚みは「（１０−９）／２」、着磁された１極あたりの外周長さは「１０×π／１６」であるから、横軸の「マグネット部の厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」の値は０．２５５となる。また、外側磁極部１つあたりのマグネット部に対する対向角度を１３度とすると、ロータ１極あたりの角度は２２．５度であるから、縦軸の「外側磁極部１つあたりのマグネット部に対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」は０．５７８となる。

図６中の各ポイントはコギングトルクがほぼ０、或いは最小となるときの、モータの「外側磁極部１つあたりのマグネット部に対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」および「マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」をプロットしたものであり、図７に示す９種類のモータについてグラフ化したものである。

図６の縦軸を「Ｙ＝外側磁極部１つあたりのマグネット部に対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」、横軸を「Ｘ＝マグネット部の厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」とすると、これらのポイントは「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．６３」の式で近似した直線１と、「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．７２」の式で近似した直線２とに囲まれた領域に存在する。

直線１より図中下の範囲、即ち、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」の範囲はマグネット部の極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持され、「Ｙ＞−０．３Ｘ＋０．７２」ならば、マグネット部の極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持される。

直線１と直線２とに囲まれた領域、即ち、次の条件を満たしている場合は、コギングトルクが極めて小さく構成される。

ここで、外側磁極部３ａの軸方向のマグネット部（ロータ１）に対する各対向角度Ａは、マグネット部の軸方向の位置によって徐々に変化するような場合であれば、平均的な対向角度が上記の条件式を満たしていれば良い。即ち、マグネット部の端面部付近の対向角度Ａが例えば１５度であって、外側磁極部の先端部付近の対向角度Ａが１３度程度なら、それらの平均値である１４度を上記条件式に当てはめれば良い。

図８，図９，図１０に、実験結果を示す。図８，図９，図１０ともに、図５と同様、縦軸はロータ１に作用する外側磁極部と内側磁極部とで発生する磁力によるトルクを示し、横軸はロータ１の回転位相を示す。コイルに無通電時のトルク、即ちコキングトルクとコイル端子間に３Ｖの電圧を印加した時の発生トルクを示している。

このモデルとなるモータは
・マグネットは、外径φ１０．６ｍｍ、内径φ９．８ｍｍ、着磁極数１６極
・コイルは、巻き数が１１２ターン、抵抗１０Ω
・ステータの外側磁極部は、外径φ１１．６ｍｍ、内径φ１１．１ｍｍ
・ステータの内側磁極部は、外径φ９．３ｍｍ、内径φ８．８ｍｍ
で構成されたものである。モータの形状は図１から図４に示したものと同様である。

図８は、外側磁極部のマグネット部に対する各対向角度Ａは１０．３５度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．４６となる。図９は、外側磁極部のマグネット部に対する各対向角度Ａは１３．４５度のものである。この場合が無通電時の発生するトルク、即ちコキングトルクが一番小さくなっているのである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６０となる。図１０は、外側磁極部のマグネット部に対する各対向角度Ａは１５．５２度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６９となる。

上記図８，図９，図１０の構成のものを、図６で求めた直線を示した図１１上において、それぞれａ，ｂ，ｃで示す。 図８に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネット部に対する対向角度Ａが１０．３５度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．４６で、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」の条件に当てはまり、マグネット部の安定位置は着磁部の極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置であった。 図９に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネット部に対する対向角度Ａが１３．４５度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６０で、「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、コキングトルクが極めて小さくなっている。図１０に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネット部に対する対向角度Ａが１５．５２度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６９で、「Ｙ＞−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、マグネット部の安定位置は着磁部の極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置であった。

本実施例１では、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」となるように寸法が設定されており、コイル２への通電がなされていない状態では、図５に示した上記Ｅ１点およびＥ２点が、ロータ１の極の中心がステータ３の外側磁極部３ａの中心に対向する位置となり、ロータ１の極の中心が外側磁極部３ａの中心に対向する位置で安定して停止するようになっている。しかし、ロータ１の極の中心と外側磁極部３ａの中心とが対向した状態からコイル２へ通電を行って外側磁極部３ａを励磁しても、両方の回転方向に均等な力が加わってしまうためロータ１に回転力が生じない。

そこで、本実施例１では、地板５のガイド溝５ｅとロータ１の駆動ピン１ｈの関係を以下のように設定し、ロータ１の極の中心と外側磁極部３ａの中心とが対向する位置までロータ１が回転しないようにしている。図３に示すように、駆動ピン１ｈがガイド溝５ｅの一方の端面に当接するときに、ロータ１のマグネット部の極、即ち着磁部１ｂの中心Ｑ１とステータ３の外側磁極部３ａの中心Ｒ１とのなす角度がα度（≠０度）になるように設定してある。図３の状態からコイル２へ通電して外側磁極部３ａをＳ極に励磁すると、ロータ１に時計回りの回転力が生じて、図４に示す開口を開放する状態になる。

また、図３の状態を図５に当てはめると、Ｇ点の位置となる。この位置でのコギングトルク（ロータ１に作用するステータ３との間で発生する吸引力）はＴ２であり、これは、Ｅ１点に戻ろうとする回転方向にマイナスの力（図３において反時計方向の力）が働くことになる。すなわち、ロータ１の駆動ピン１ｈが地板５のガイド溝５ｅの一方の端面に当接する位置でのロータ１のマグネット部の保持力がＴ２となる。よって、図３の状態においてコイル２への通電を切ってもロータ１のマグネット部は安定的にこの位置（図３の位置）に停止する。

同様に、ロータ１の時計方向の回転に関しては、駆動ピン１ｈがガイド溝５ｅの他方の端面に当接するときに、ロータ１のマグネット部の極、即ち着磁部１ａの中心Ｑ２とステータ３の外側磁極部３ａの中心Ｒ１とのなす角度がβ度（≠０度）になるように設定してある。図３と同様に、図４に示す開口を開放する状態で通電を断っても、ロータ１は安定的にこの位置（図４の位置）に停止する。

図４の状態を図５に当てはめると、Ｈ点の位置となる。この位置でのコギングトルク（ロータ１に作用するステータ３との間で発生する吸引力）はＴ１であり、これは、Ｅ２点に進もうとする回転方向にプラスの力（図４において時計方向の力）が働くことになる。すなわち、地板５のガイド溝５ｅの他方の端面がロータ１の駆動ピン１ｈに当接する位置の保持力がＴ１となる。よって、コイル２への無通電時には、ロータ１は安定的にこの位置（図４の位置）に停止する。図３の状態と図４の状態とではロータ１はθ度回転したことになるように設定してある。

図４の状態からコイル２へ逆方向に通電してステータ３の外側磁極部３ａをＮ極に励磁すると、ロータ１のマグネット部に反時計方向の回転力が生じて、図３に示す開口を閉じる状態になる。この図３に示す状態になるとコイル２への通電を断ってもそのままの状態が保持されるのは前述した通りである。

以上のように、コイル２への通電方向を切り換えることにより、ロータ１のマグネット部は図３の状態から図４の状態、或いは、図４の状態から図３の状態に切り換わる。このように、外側磁極部の形状を上記の条件を満たすように設定するとともに、ロータ１の回転角度を、ロータ１のマグネット部に作用するコギング力が反対向きとなる範囲を含み、かつ、ロータ１の着磁部の中心位置と外側磁極部の中心位置とが対向する範囲を含まないように設定することにより、無通電の状態で２つの停止位置にロータ１を保持できる駆動装置を構成することができる。

シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８はロータ１に連動して回転する。上述したようにロータ１のマグネット部が図４の状態にある時、シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８はそれぞれ地板５の開口部５ｂから退避する位置にある。一方、ロータ１のマグネット部が図３の状態にある時、シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８により地板５の開口部５ｂは閉鎖される。よって、コイル２への通電方向を切り換えることにより、シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８の位置を開放位置と閉鎖位置とに制御可能となり、地板６の開口部６ａおよび地板５の開口部５ｂの通過光量を制御できる。

さらに、コイル２への無通電時には、ロータ１のマグネット部と磁極部との吸引力により、それぞれの位置が保持される。よって、通電していなくても振動等によりシャッタ羽根７およびシャッタ羽根８の位置が変化することはなく、シャッタの信頼性が向上するとともに、省エネルギーになる。

したがって、本実施例１における光量調節装置は、開き位置でも閉じ位置でも無通電で安定して保持できるシャッタ装置や絞り装置として作用する。本実施例１では外側磁極部を１箇所の歯形状としたが、後述するように複数個設けても良い。

上記の駆動装置は、以下の特徴もある。コイル２への通電により発生する磁束は、外側磁極部と内側磁極部との間にあるマグネット部を横切るので効果的に作用する。外側磁極部は円筒形状のマグネット部の軸方向と平行方向に延出する歯形状もしくは櫛歯形状により構成されるため、軸の中心に向かうような半径方向への凹凸により構成されるものに比べて直径方向に関する寸法は小さく構成できる。これにより、非常に小径の円筒状の駆動装置とすることができる。また、コイル２は一つで構成されるので通電の制御回路も単純になり、コストも安く構成できる。更に、コイル２はマグネット部（ロータ１）と軸方向に並べて配置され、前記ロータ１の回転中心は前記地板５の開口部５ａの外に該開口部５ａの光軸と並行に配置されているため、小径で、地板５上においてコイルやマグネットが多くの範囲を占めることのないコンパクトな駆動装置となり、シャッタを小型化できる。

以上により、出力が高く、かつ安価でコンパクトな駆動装置および光量調節装置を提供することができる。

図１２は本発明の実施例２に係る光量調節装置を示す図であり、図１から図４に記載されたシャッタ羽根に代えて、撮像素子に入る光量を調節する絞り部材を駆動するための例である。詳しくは、ＮＤフィルター板をロータ１で駆動し、開口内に進退させ透過光量を調節する機能を有する光量調節装置である。図１と同じ部分（形状やその材質を含めて）は同一符号を付してある。

同図において、１０は光量調節部材であるところのＮＤフィルター板であり、穴１０ａが地板５の突起５ｂに回転可能に嵌合している。１０ｂはＮＤフィルター板１０に設けられた長穴であり、長穴１０ｂは上記実施例１におけるシャッタ羽根７或いは８と同様に、ロータ１の駆動ピン１ｈの摺動可能に嵌合する。ロータ１の駆動ピン１ｈの回転により、ＮＤフィルター板１０は地板５の開口部５ａ内に進入して透過光量を減少させる位置と、開口部５ａから退避した位置へと移動可能である。それにより、開口部５ａを通過する光量を調節する。

もちろんこのＮＤフィルター板１０の代わりに、小さい口径の開口部をもつ開口調節板を進退させても良い。

図１３は本発明の実施例３に係る光量調節装置を示す図であり、図１と同じ部分（形状やその材質を含めて）は同一符号を付してある。

同図において、２０は光量調節部材であるところの絞り口径板であり、遮光性のあるプラスチック或いは金属で構成され、穴部２０ａが地板５の突起５ｂに回転可能に嵌合している。２０ｃは地板５の開口部５ａよりも口径が小さい開口部であり、開口部２０ｃ以外は遮光性を有する材料から構成されている。絞り口径板２０は長穴２０ｂが上記実施例２におけるＮＤフィルター板１０と同様に、ロータ１の駆動ピン１ｈの摺動可能に嵌合し、ロータ１の駆動ピン１ｈの回転位置により地板５の開口部５ａ内に進入し、開口径を小さくする位置と開口部５ａから退避した位置へと移動可能である。それにより、開口部５ａを通過する光量を調節する。この方法によっても、光量を調節した位置状態で通電を断ったとしてもその状態を保持する事ができる。

以上の実施例２および実施例３でもマグネット部の極数を４極としたが、極数は限定されない。また、上記各実施例では外側磁極部を１箇所にしたが、マグネットの着磁極数の半分或いは半分以下としても良い。即ち、マグネット部は４極に着磁されているのでその半分の２箇所に外側磁極部を設けてもよい。その場合、外側磁極部はロータ１の回転中心を中心として、お互いに７２０／ｎ度の整数倍（ｎは着磁極数、上記の実施の各形態ではｎ＝４）ずれて配置されることになる。図１４にその場合の水平断面図を示している。

図１４において、３３はステータであり、マグネット部の着磁極数は４極であるから１８０度離れて外側磁極部３３ａ，３３ｃが２箇所にある。３３ｂは内筒である。外側磁極部３３ａ，３３ｃは上記各実施例と同様、ロータ１のマグネット部の軸方向と平行方向に延出する歯形状である。この場合、複数あるので櫛歯形状になっている。ｎを着磁極数とすると、ステータ３３の外側磁極部３３ａ，３３ｃは７２０／ｎ度位相がずれて形成されている。マグネットの着磁極数はｎ＝４であるから、１８０度である。補助ステータ４の外径部にはステータ３３の外側磁極部３３ａ，３３ｃに対向した位相に対向部４ｂ，４ｃが形成されている。

なお、着磁極数が８極の場合は７２０／８度の整数倍、例えば、９０度或いは１８０度離れて４箇所、３箇所、２箇所にあっても良い。

図１５は本発明の実施例４に係るレンズ駆動装置を示す図であり、図１と同じ部分（形状やその材質を含めて）は同一符号を付してある。

上記の実施例１〜３ではシャッタ羽根や絞り部材を駆動していたが、勿論、他の部材を駆動する構成であってもよい。図１５に示すレンズ駆動装置は、上述した光量調節装置のシャッタ羽根や絞り部材に代えて、レンズを駆動するためのものである。

４０はレンズホルダー、４１はレンズホルダーに取り付けられたレンズである。レンズホルダー４０の穴部４０ａが地板５の突起５ｂに回転可能に嵌合している。４０ｂはレンズホルダー４０に設けられた長穴であり、長穴４０ｂは上記実施例１におけるシャッタ羽根８或いは９と同様に、ロータ１の駆動ピン１ｈに摺動可能に嵌合している。レンズホルダー４０はロータ１の駆動ピン１ｈの回転位置により地板５の開口部５ａ内にレンズ４１を進入させたり、開口部５ａからレンズ４１を退避させたりして、開口部５ａを通過する光の焦点調節を行う。

上記実施例１と同様、外側磁極部のマグネット部に対向する前記所定の角度とマグネット部の着磁された１極あたりの角度の比率をＹ、前記マグネット部の半径方向の厚みに対する該マグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすように設定してあるので、コイル２への無通電時には、ロータ１のマグネット部と磁極部との吸引力により、それぞれの位置が保持される。よって、通電していなくても振動等によりレンズ３１の位置が変化することはなく、レンズ駆動装置の信頼性が向上するとともに、省エネルギーになる。

したがって、本実施例４におけるレンズ駆動装置は、レンズが開口部内に侵入した位置でも開口部の外に退避した位置でも無通電で安定して保持できるレンズ駆動装置として作用する。このように本駆動装置は一旦通電を行っても通電によって位置だしされた位置にした後は、非通電でもその位置にロータを保持可能となり、消費電力の少ない駆動装置とする事ができる。本実施例ではレンズを光軸とは垂直方向に駆動したが、レンズ光軸に沿って駆動する装置に用いても良い。

以上の実施例１〜４における効果を以下にまとめて列挙する。

１）ボビン９に、マグネット部の内周面（内径１ｉ）とステータの内側磁極部（補助ヨーク４）との間に介在する支持部（円筒軸受部９ｃ）を具備し、この支持部によりロータ１を回転可能に支持するとともに、ロータ１のスラスト方向の位置をボビン９の面９ｄと地板５の受け部５ｆにより規制する構成にしているので、図１８に示す従来例に比べ、駆動装置の軸方向の長さＬを短く構成できる。また、該駆動装置を用いた光量調節装置は光軸方向に関して特にコンパクトなものとなる。

２）ボビン９に具備された支持部（円筒軸受部９ｃ）は、上記のようにロータ１を回動可能に支持するのみならず、内側磁極部である補助ステータ４とマグネット部の内周面（内径１ｉ）との距離を安定的に保持できるので、内側磁極部、外側磁極部とロータ１とのギャップに関して部品の積み重ねによる誤差は非常に少なく構成でき、量産時の性能が安定する。

３）ボビン９の材質を液晶ポリマーで構成する事により、非導電性である特性のためにコイル２が不用意にステータ３の内筒３ｂと導通することを防ぐことができ、かつ、ロータ１のマグネット部の内径１ｉと補助ステータ４との間に磁気ギャップが構成され、その間の吸着力の低減を図ることができる。また、液晶ポリマーは摩擦係数も小さい事から、ロータ１のマグネット部の内径１ｉと補助ステータ４との間の摩擦も低減され、ロータ１の良好な回転特性を得ることができる。

４）地板５には駆動ピン１ｈの作動範囲を規制する案内溝（ガイド溝５ｅ）が形成されており、該案内溝５ｅの一方もしくは他方の端面に駆動ピン１ｈが突き当たった状態時に、シャッタ羽根、光量調節用フィルタ板、絞り口径板の何れかの光量調節部材が地板５の開口部５ａを開放状態もしくは閉鎖状態となるように構成されており、前記案内溝の一方もしくは他方の端面に駆動ピン１ｈが突き当たった状態時に、マグネット部の着磁された極の中心とステータの外側磁極部３ａの中心とのなす角度が一定の角度（Ａ）になるように設定している。よって、コイル２への非通電時において、マグネット部の着磁された極の中心位置が歯形状の外側磁極部３ａの中心に対向する位置で安定的に保持されるようにし、一旦コイル２へ通電を行っても通電により位置だしした後は、コイル２への通電を断っても、前記位置だしされた状態を保持することができ、省電力化を達成することができる駆動装置とすることができる。

５）マグネット部と一体的に構成される駆動ピン１ｈは、外側磁極部３ａの歯形状磁極部とは対向しない部分に構成されているので、小径で、地板５上にコイルやマグネット部が多くの範囲を占めることのないコンパクトな装置とすることができる。

本発明の実施例１における光量調節装置の分解斜視図である。 図１の光量調節装置の断面図である。 本発明の実施例１においてシャッタ閉鎖時の図２のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施例１においてシャッタ開放時の図２のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施例１におけるコギングトルクの様子を表す図である。 本発明の実施例１における外側磁極部の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を表す図である。 図６の各関係を求める為に使用したモータの種類を示す図である。 本発明の実施例１における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。 本発明の実施例１における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。 本発明の実施例１における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。 本発明の実施例１における実験モデルの外側磁極部の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を表す図である。 本発明の実施例２における光量調節装置の分解斜視図である。 本発明の実施例３における光量調節装置の分解斜視図である。 本発明の実施例３における光量調節装置の断面図である。 本発明の実施例４におけるレンズ駆動装置の斜視図である。 従来のシャッタ羽根駆動装置を示す分解斜視図である。 従来の光量調節装置を示す分解斜視図である。 図１７の光量調節装置の断面図である。

符号の説明

１ マグネット
１ｈ 駆動ピン
２ コイル
３ ステータ
３ａ 外側磁極部
４ 補助ステータ
５ 地板
９ ボビン
９ａ 円筒外径部
９ｃ 円筒軸受部
２０ ＮＤフィルター板
３０ 絞り口径板
３３ ステータ
３３ａ，３３ｃ 外側磁極部

Claims (4)

1. 外周面が周方向に分割して異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもつ、回転可能なロータと、
   前記ロータの軸方向に配置されるコイルと、
   少なくとも一つの歯形状の外側磁極部と内側磁極部が前記マグネット部の外周面と内周面に対向し、前記コイルにより励磁されるステータと、
   前記コイルが巻き回される胴体部、および、前記マグネット部の内周面と前記ステータの内側磁極部との間に介在し前記ロータを回動可能に支持する支持部を有する非磁性材料からなるボビンと、を有することを特徴とする駆動装置。
2. 外周面が周方向に分割して異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもつ、回転可能なロータと、
   前記ロータの軸方向に配置されたコイルと、
   少なくとも一つの歯形状の外側磁極部と内側磁極部が前記マグネット部の外周面と内周面に対向し、前記コイルにより励磁されるステータと、
   前記コイルが巻き回される胴体部、および、前記マグネット部の内周面と前記ステータの内側磁極部との間に介在し前記ロータを回動可能に支持する支持部を有する非磁性材料からなるボビンと、
   前記マグネット部と一体的に構成される駆動ピンと、を有することを特徴とする駆動装置。
3. 前記ボビンは、液晶ポリマーにより構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 請求項２又は３に記載の駆動装置と、
   光束が通過する開口部を備えた地板と、
   前記駆動装置の駆動ピンにより駆動されて前記地板の開口部の開口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。
   

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