JP3977187B2 - Stepping motor and optical device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型に構成するのに好適な円筒形状のステッピングモータ及び該ステッピングモータを具備する光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２２は従来のステッピングモータの一構成例を示す模式的縦断面図であり、図２３は図２２のステップモータのステータから流れる磁束の状態を模式的に示す部分断面図である。
【０００３】
図２２において、ステータコイル１０５が同心状に巻回されたボビン１０１が軸方向に並んで２個配置され、これらの２個のボビン１０１はそれぞれ別のステータヨーク１０６に挟持固定されている。各ステータヨーク１０６の内径面には、ボビン１０１の内径面円周方向に沿って交互に配置されるステータ歯１０６ａ及び１０６ｂが形成されている。該ステータ歯１０６ａ又は１０６ｂと一体のステータヨーク１０６が、２個のケース１０３それぞれに固定されている。こうして、励磁用の２個のステータコイル１０５のそれぞれに対応する２個のステータ１０２が構成されている。
【０００４】
２個のケース１０３のうちの一方にはフランジ１１５と軸受１０８が固定され、他方のケース１０３には他の軸受１０８が固定されている。ロータ１０９はロータ軸１１０に固定されたロータマグネット１１１から成り、該ロータマグネット１１１は各ステータ１０２のステータヨーク１０６と放射状の空隙部を形成している。そして、ロータ軸１１０は２個の軸受１０８によって回転可能に支持されている。
【０００５】
上記従来の小型のステッピングモータにおいては、ロータ１０９の外周にケース１０３、ボビン１０１、ステータコイル１０５及びステータヨーク１０６が同心状に配置されているため、モータの外形寸法が大きくなってしまうという課題があった。また、ステータコイル１０５への通電により発生する磁束は、図２３に示すように、主としてステータ歯１０６ａの端面１０６ａ１とステータ歯１０６ｂの端面１０６ｂ１とを通過するため、ロータマグネット１１１に効果的に作用せず、モータの出力が高くならないという課題もあった。
【０００６】
このような技術的な課題を解決することを目的として、本願出願人は特開平０９−３３１６６６号公報に記載されているような構成のモータを提案している。この提案に係るモータは、円筒形状の永久磁石を円周方向に等分割して異なる極に交互に着磁させたロータ（ロータマグネット）を形成し、該ロータの軸方向（モータの軸方向）に、第１のコイル、ロータ及び第２のコイルを順に配置し、第１のコイルにより励磁される第１の外側磁極部及び第１の内側磁極部をロータの軸方向の一半部の外周面及び内周面に対向させ、第２のコイルにより励磁される第２の外側磁極部及び第２の内側磁極部をロータの軸方向の他半部の外周面及び内周面に対向させるように構成したものであり、ロータ軸である回転軸が円筒形状の永久磁石（マグネット）から取り出されている。
【０００７】
このような構成のモータならば、出力が高く、該モータの外形寸法を小さいものとすることができる。更に、マグネットを薄くすることにより、第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間の距離、並びに、第２の外側磁極部と第２の内側磁極部との間の距離を小さくすることができ、それにより磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。そのため、第１のコイル及び第２のコイルに流す電流が少なくても、多くの磁束を発生させることができ、高い出力を維持できる。
【０００８】
図２４は、上記構成のモータを示す模式的縦断面図である。
【０００９】
同図において、３１１はマグネット、３１２は第１のコイル、３１３は第２のコイル、３１４は第１のステータ、３１４ａ，３１４ｂは第１の外側磁極部、３１４ｃ，３１４ｄは第１の内側磁極部、３１５は第２のステータ、３１５ａ，３１５ｂは第２の外側磁極部、３１５ｃ，３１５ｄは第２の内側磁極部、３１６は第１のステータ３１４と第２のステータ３１５を保持する連結リングである。３１７はマグネット３１１が固着され、該マグネット３１１と一体に回転する出力軸であり、該出力軸３１７は第１のステータ３１４と第２のステータ３１５の軸受部３１４ｅ，３１５ｅに回転可能に支持されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開平９−３３１６６６号公報等に記載されているタイプのモータでも、図２２に示す従来のステッピングモータと同様に、軸方向の長さが長くなってしまう欠点があった。又図２２、図２３に記載されているタイプのモータの場合、第１のコイルへの通電により発生する磁束がマグネットに作用する位置と、第２のコイルへの通電により発生する磁束がマグネットに作用する位置とが、マグネットの軸方向にずれている。そのためマグネットが、該マグネットの軸と平行方向における位置で（つまり、図２４でいう３１４側の位置と３１５側の位置とで）着磁のむらがある場合は、マグネットの回転停止位置の精度が悪くなることもある。
【００１１】
上記軸方向の長さが短いモータとしては、例えば特開平７−２１３０４１号公報や特開２０００−５０６０１号公報等で提案されている、図２５に示すものがあり、これは複数のコイル３０１〜３０３と円盤形状のマグネット３０４で構成されている。コイルは図に示すように薄型コイン形状であり、その軸はマグネットの軸と平行に配置されている。円盤形状のマグネットはその軸方向に着磁されており、該マグネットの着磁面とコイルの軸は対向する様に配置されている。
【００１２】
しかしこの構成の場合、コイルから発生する磁束は、図２６中の矢印で示すように完全には有効にマグネットに作用していない。また、マグネットに作用する回転力の中心は図２６に示すようにモータの外径からＬだけ離れた位置となるので、モータの大きさの割には発生するトルクが小さくなってしまう。また、このモータの中心部はコイルやマグネットが占有してしまっているので、モータ内に別の部品を配置することは困難である。更には複数のコイルが必要であることからコイルへの通電制御が複雑になったり、コストが上がってしまったりする欠点がある。
【００１３】
また、上記のモータを用いて、カメラの絞り羽根、シャッタやレンズ等を駆動する装置が知られている。しかしながら、上述した特開平９−３３１６６６号公報等に記載されているタイプのモータは、中実（中心部にも部材が存在するものを意味する）の細長い円筒形状であるため、絞り羽根やシャッタ、あるいはレンズ等の駆動源として用いる場合は、カメラの鏡筒内で光軸と平行になるように配置する必要がある。よって、鏡筒の半径寸法がレンズの半径や絞り開口の半径寸法だけではなく、これにモータの直径を加えた値となっていた。
【００１４】
図２７は、図１４に示すような中実の円筒形状のステッピングモータを使用する場合の鏡筒地板あるいは光量調節装置の横断面の大きさを説明する為の図であり、同図において、モータをＭ、鏡筒地板あるいは光量調節装置を３０１、開口部を３００とし、モータＭの直径をＤ１、開口部３００の直径をＤ２、鏡筒地板又は光量調節装置３０１の直径をＤ３とすると、鏡筒地板又は光量調節装置３０１の直径Ｄ３は少なくとも「２×Ｄ１＋Ｄ２」以上になってしまう。特に図２２に示すモータを用いた場合には、モータＭの直径Ｄ１はコイルとマグネット、ステータを加えたものだから非常に大きくなってしまう。
【００１５】
一方、鏡筒装置あるいは光量調節装置はコンパクト化が望まれており、そのためには半径方向の厚さ寸法の薄いリング状の断面形状を有するモータが望まれている。更には、他のレンズ群の移動の妨げならぬように光軸方向と平行方向に関する長さについても短いものが望まれている。図２４に示すタイプのものはモータの長さが長くなってしまう。
【００１６】
また、中空円筒状（円筒状の中央部（内径側）に貫通された開口部をもつ形状のものを意味する）のモータにより絞り羽根を駆動するものは、例えば特開昭５３−３７７４５号公報や特開昭５７−１６６４７号公報等で提案されている。これらは中空状のマグネットの外側にコイルを巻回する構造になっているため、コイルの厚み、マグネットの厚み及びステータの厚みとの全てが半径方向の厚みに加算されてしまい、半径方向の厚さ寸法の薄いリング状のモータとしては十分ではなかった。
【００１７】
レンズを駆動するモータは他にも実開昭５６−１７２８２７号公報等で提案されている。これは、コイルの中心軸が鏡筒の光軸中心に向かう方向に配置されているため、コイル形状の複雑化、組み立ての複雑化、コイルの個数の増加という不都合があり、更には部品点数の増加によって装置自体の小型化が難しく、コストも高くなってしまっていた。
【００１８】
以上のように、従来のモータや該モータを用いる装置は、コンパクトの面やコストの面に難があった。さらには、マグネットをロータとし、コイルにより軟磁性材料のステータを励磁してロータを回転させていくような構成のモータにおいては、マグネットの位相によりマグネットとステータとの間の吸引力が変化し、この変化した吸引力が、コイルへの通電によるステータが励磁された際に発生する電磁力よりも大きい場合には、モータを起動させることができない、安定して滑らかに回らない、といった事も生じることがあった。
【００１９】
（発明の目的）
本発明の第１の目的は、第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部とロータのマグネット部との間に発生する吸引力を最小限に抑えることができる構成とし、出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができ、かつ、小型化を達成することのできるステッピングモータを提供しようとするものである。
【００２０】
本発明の第２の目的は、出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができる小型のステッピングモータを駆動源として用いる装置自身の小型化を達成することのできる光学装置を提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１又は２に記載の発明は、外周面が周方向に複数に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネット部を備え、その中心を軸として回転可能なロータと、前記ロータの回転軸方向に隣り合わせて配置される第１のコイルと、前記第１のコイルにより励磁され、前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第１の外側磁極部と、前記第１のコイルにより励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第１の内側磁極部と、前記ロータの回転軸方向に隣り合わせて配置される第２のコイルと、前記第２のコイルにより励磁され、前記第１の外側磁極部に対して、ｍを整数とし、ＮＡを前記マグネット部の周方向に分割されて着磁されている極数とすると、（（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ）度位相がずれて前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第２の外側磁極部と、前記第２のコイルにより励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第２の内側磁極部とを有し、前記第１の外側磁極部、前記第２の外側磁極部、前記第１の内側磁極部及び前記第２の内側磁極部は同一部材で一体的に構成され、前記マグネット部の外径寸法をＤ１、前記マグネット部の内径寸法をＤ２とすると、前記第１及び第２の外側磁極部が、前記マグネット部の外周面に（７２０／ＮＡ）度の整数倍の角度で等分配置されかつ各々が所定の角度Ａ度だけ対向するものであって、前記角度Ａ度が下記の式
（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）
を満足するステッピングモータとするものである。
【００２２】
上記請求項１のように、前記第１及び第２の外側磁極部の前記マグネット部の外周面に対する角度（Ａ度）が、「（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）」の条件を満たす構成にし、前記第１及び第２の外側磁極部とロータのマグネット部との間に発生する吸引力（コギングトルク）がほぼ０或いは極めて小さいものにしている。
【００２３】
また、請求項２のように、前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部を、前記ロータの回転軸方向と垂直な面において同一円周上に配置することで、各部材が前記マグネット部の同じ箇所（外周面の）に対して磁束を作用させることになり、着磁むらがあっても各部材に同様に作用することになる。
【００２５】
また、上記第２の目的を達成するために、請求項３又は４に記載の発明は、請求項１又は２に記載のステッピングモータと、該ステッピングモータの回転出力を用いて光軸方向に移動させられるレンズとを有し、前記ステッピングモータに具備される前記第１のコイルと前記第２のコイルそれぞれの巻回中心が前記レンズの光軸を中心とした概略同一円上に位置するように、前記ステッピングモータを配置した光学装置とするものである。
【００２６】
同じく上記第２の目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載のステッピングモータと、光路としての開口部の開口面積を変更する開口量調節部材とを有し、前記ステッピングモータに具備される前記第１のコイルと前記第２のコイルそれぞれの巻回中心が前記開口部の開口中心を中心とした概略同一円上に位置するように、前記ステッピングモータを配置した光学装置とするものである。
【００２７】
上記請求項３乃至５においては、請求項１又は２に記載のステッピングモータを駆動源として用いる装置において、該ステッピングモータの配置を所定の要件を満たす構成にして、小型化を実現する構成にしている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施の第１の形態に係るステッピングモータを示す分解斜視図であり、図２は図１のステッピングモータの軸を通り、該軸方向に平行な面での断面図であり、図３は図１のステッピングモータのコイルを通り、軸方向と垂直な面での断面図である。
【００３０】
これらの図において、１はロータであり、軸部１ｔ，１ｓと永久磁石からなる円筒形状（図２参照）のマグネット部とから構成される。このマグネット部は、外周表面を円周方向に多分割して即ち着磁極数がＮＡとなるよう（本実施の形態では１６分割してＮＡ＝１６となるよう）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁されている。軸部と円筒形状のマグネット部は一体に成形されていても良いし、別に成形してから接着或いは圧入により結合して一体的にしても良い。また、マグネット部を、射出成形等により成形されるプラスチックマグネット材料により構成することで、半径方向の厚さを非常に薄くすることができる。該マグネット部の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がＳ極の場合はその範囲の内周面はＮ極に着磁されているもののいずれかである。ロータ１の軸部１ｓ，１ｔは後で述べるカバー５の嵌合穴５ａ、ステータ２の嵌合穴２ｈに回転可能に嵌合している。
【００３１】
２は軟磁性材料から成るステータであり、前記ロータ１の軸部１ｔを回転可能に嵌合している。特開平９−３３１６６６号公報に記載されたものとは異なり、ステータは一つだけで構成されている。該ステータ２は、内部磁極部を成す内筒部２ｇを有するとともに、該内筒部２ｇの軸方向と平行方向に延びる、外筒の先端方向から切り欠いて形成される櫛歯形状の第１の外側磁極部２ａ，２ｂ，２ｃと第２の外側磁極部２ｄ，２ｅ，２ｆを有している。そして、前記内筒部２ｇと第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ及び第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとで、ロータ１のマグネット部を挟む構成になる。本実施の形態では、内筒部２ｇも、前記第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ及び第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと一体的に構成されているが、別部材で成形してから結合する構成でも構わない。
【００３２】
前記第１の磁極部２ａ〜２ｃと第２の磁極部２ｄ〜２ｆに後述する第１、第２のコイル３，４が巻回され、該コイルによってステータ２が励磁された場合、外側磁極部とそれに対向している内筒部２ａとの間では磁束が発生するが、外側磁極部間は単なる空間でまた距離が長いため磁気抵抗が大きくなっているために磁束は発生しない。
【００３３】
上記のようにステータ２は単一の部材から構成されているため、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとの相互誤差は小さく抑えられ、組み立てによるステッピングモータの性能のばらつきを抑えることができる。
【００３４】
３は前記第１の外側磁極部２ａ〜２ｃの周りに巻回された（図３参照）第１のコイルであり、通電されることにより、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと該第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと対向する内側磁極部である内筒部２ｇの一部が励磁され、その磁極部間にはロータ１のマグネット部を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネット部に作用する。勿論この場合、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃとそれに対向する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。４は前記第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの周りに巻回された第２のコイルであり、通電されることにより、第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと該第２の外側磁極部２ａ〜２ｃと対向する内側磁極部である内筒部２ｇの一部が励磁され、その磁極部間にはロータ１のマグネット部を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネットに作用する。
【００３５】
前記第１のコイル３と第２のコイル４はともにロータ１の円筒形状のマグネット部の端面に隣接して配置され、該第１のコイル３と該第２のコイル４は軸と平行方向に関する位置において重なるように配置されている。
【００３６】
上記のように、内筒部２ｇの第１の外側磁極部２ａ〜２ｃに対向する部分は第１のコイル３によって励磁され、内筒部２ｇの第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆに対向する部分は第２のコイル４によって励磁されるのであるが、これらは互いに独立して励磁されている。前記第１のコイル３によって励磁される第１の外側磁極部２ａ〜２ｃに対向する部分を今後“第１の内側磁極部”と呼び、第２のコイル４によって励磁される第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆに対向する部分を今後“第２の内側磁極部”と呼ぶ。この第１の内側磁極部と第２の内側磁極部は、図１等に示すように一体で構成されても良いし、別体で構成されても良い。
【００３７】
上記ステータ２の第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ或いは第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆは前述のように外筒を先端方向から切欠き、マグネット外周面に沿ってステッピングモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯により構成されているので、ステッピングモータの直径を最小限に抑えることができる。仮に外側磁極部を円周方向に空間を挟むことで複数構成した櫛歯形状ではなく、半径方向に延びる凹凸で形成したとする。この場合、磁極部として効果的に作用させるためには凹部からの磁束の影響を少なく、凸部からの磁束の影響を大きくする必要があり、凹凸の差を大きくしなければならない。その凹凸の差の分だけステッピングモータの直径は大きくなってしまう。本実施の形態ではもちろんそのようなことはなく、外側磁極部１枚分の厚みだけで足りる。
【００３８】
また、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極部との距離及び第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと第２の内側磁極との距離を非常に小さくできるので、第１のコイル３と第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極により形成される磁気回路、及び、第２のコイル４と第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと第２の内側磁極により形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。これにより、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、ステッピングモータの出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化を達成することができる。
【００３９】
５はカバーであり、図２に示すようにその内周部が、ステータ２の第１の外側磁極部２ａ〜２ｃや第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの外周面に取り付けられ、嵌合穴５ａはロータ１の軸部１ｓを回転可能に嵌合している。
【００４０】
前記ロータ１のマグネット部とステータ２の位置関係を示した図４からわかるように、マグネット部はその外周表面を円周方向に均一に多分割して（本実施の形態では１６分割して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された着磁部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎ，１ｐ，１ｑ，１ｒが形成されている。ここでは、前記着磁部１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇ，１ｉ，１ｋ，１ｎ，１ｑがＳ極に着磁され、前記着磁部１ｂ，１ｄ，１ｆ，１ｈ，１ｊ，１ｍ，１ｐ，１ｒがＮ極に着磁されている。
【００４１】
ここで、マグネット部と外側磁極部との位置関係について説明する。
【００４２】
３個の第１の外側磁極部２ａ，２ｂ，２ｃと同じく、ロータ１のマグネット部の外周面に対向する３個の第２外側磁極部２ｄ，２ｅ，２ｆが形成されている。
【００４３】
マグネット部の外周表面の分割数をＮＡとすると、ステータ２の第１の外側磁極部２ａ，２ｂ，２ｃは着磁位相に対して同位相になるように「３６０／（ＮＡ／２）」度（７２０／ＮＡ度）の整数倍、すなわちθ１＝４５度の整数倍お互いにずらして形成されている。この式におけるＮＡは、図４からもわかるように「１６」である。また、ステータ２の第２の外側磁極部２ｄ，２ｅ，２ｆは着磁位相に対して同位相になるように「３６０／（ＮＡ／２）」度の整数倍、すなわちθ２＝４５度の整数倍お互いにずらして形成されている。第１の外側磁極部と第２の外側磁極部は全体が「θ３＝（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ」度、すなわち（１１．２５＋２２．５×ｍ）度ずれて配置されている。この式中のｍは整数である。この実施の形態では、ＮＡ＝１６，ｍ＝４としており、θ３＝１０１．２５度となっている。
【００４４】
上記の構成によれば、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとは、同一のロータ１に対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されている、詳しくは、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとが、軸に垂直な面において同一円周上に存在するようにしている。よって、ロータ１の外周面の一部分に着目すれば、該ロータ１が回転することにより、該ロータ１の一部分に対して第１の外側磁極部２ａ〜２ｃによる磁束と第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆによる磁束とが交互に作用することになる。二つの外側磁極部がロータ１のマグネット部の同じ個所に対して磁束を作用させるので、従来の特開平９−３３１６６６号公報に開示の装置が有する、着磁によるバラツキなどによる悪影響をなくすことができ、安定した性能となるステッピングモータとすることが可能となる。更に、この様な構成ゆえ、ロータ１は軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いステッピングモータとすることができる。
【００４５】
次に、図４〜図７を参照して、本発明の実施の形態に係るステッピングステッピングモータの動作を説明する。
【００４６】
図４では、第１のコイル３に通電してステータ２の第１の外側磁極部２ａ〜２ｃをＮ極とし、第１の内側磁極部をＳ極となるように励磁している状態である。この状態では第２のコイル４には通電は行っていない。
【００４７】
図４の状態から第１のコイル３への通電を遮断し、同時に第２のコイル４に通電してステータ１の第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆをＮ極とし、第２の内側磁極部をＳ極となるように励磁すると、図５に示すようにロータ１は反時計方向に１１．２５度回転する。なお、マグネット部の回転がわかり易いように、着磁部１ａのみグレーで示している。
【００４８】
図５の状態から第２のコイル４への通電を遮断し、同時に第１のコイル３に図４の状態とは逆方向の通電、即ち第１の外側磁極部２ａ〜２ｃをＳ極、第１の内側磁極部をＮ極となるように励磁すると、図６に示すようにロータ１は反時計方向にさらに１１．２５度回転する。
【００４９】
図６の状態から第１のコイル３への通電を遮断し、同時に第２のコイル４に図５の状態とは逆方向の通電、即ち第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆをＳ極、第２の内側磁極部をＮ極となるように励磁すると、図７に示すようにロータ１は反時計方向に更に１１．２５度回転する。
【００５０】
以後、このように第１のコイル３及び第２のコイル４への通電方向を順次切り換えることと遮断を繰り返すことにより、前記櫛歯形状の第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆは異なるタイミングで励磁の切り換えが行われ、ロータ１は通電位相に応じた位置へと回転していくことになる。
【００５１】
本実施の第１の形態では、第１の通電状態として、第１のコイル３を正方向通電、第２のコイル４を非通電にし、第２の通電状態として、第１のコイル３を非通電、第２のコイル４を正方向通電にし、第３の通電状態として、第１のコイル３を逆方向通電、第２のコイル４を非通電にし、第４の通電状態として、第１のコイル３を非通電、第２のコイル４を逆方向通電にして、第１の通電状態から第２の通電状態、第３の通電状態、第４の通電状態へ切り換えを行い、ロータ１を回転させていったが、第５の通電状態として、第１のコイル３を正方向通電、第２のコイル４を正方向通電にし、第６の通電状態として、第１のコイル３を正方向通電、第２のコイル４を逆方向通電にし、第７の通電状態として、第１のコイル３を逆方向通電、第２のコイル４を逆方向通電にし、第８の通電状態として、第１のコイル３を逆方向通電、第２のコイル４を正方向通電にして、第５の通電状態から第６の通電状態、第７の通電状態、第８の通電状態へと通電状態を切り換える、或いは、その逆に第５の通電状態から第８の通電状態、第７の通電状態、第６の通電状態へと通電状態を切り換えるような通電の切り換えを行っても良い。それによってもロータ１は通電位相に応じた回転位置へと回転していく。
【００５２】
図４等にて第１及び第２の外側磁極部ａ〜ｆの位置関係について前述したが、以下にマグネット部と第１及び第２の外側磁極部ａ〜ｆの位置関係について説明する。
【００５３】
最初に、上記したように第１の通電状態、第２の通電状態、第３の通電状態、第４の通電状態の間で通電状態を切り換えると、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆは一方ずつ励磁される極性の切り換えが行われる通電が行われる。このとき、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃの励磁が行われるように第１のコイル３に通電を行えば、それぞれの状態における該第１の外側磁極部２ａ〜２ｃの中心部が、マグネット部の着磁部（極）の中心部と対向し、それぞれの状態における第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの中心部は、マグネット部の着磁部の境界と対向する。つまり、図４及び図６の状態となる。
【００５４】
反対に、第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの励磁が行われるように第２のコイル４に通電を行えば、それぞれの状態における第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの中心部が、マグネット部の着磁部の中心部と対向し、それぞれの第１の外側磁極部２ａ〜２ｃの中心部が、マグネット部の着磁部の境界と対向する。つまり、図５及び図７の状態となる。
【００５５】
上記のように第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとで、マグネットの着磁部の半領域分だけ位相がずれているため、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとで通電を切り換える度に、ロータ１は着磁部の半分の面積に相当する回転を行うことになる。つまり、１６分割されたマグネット部を有していれば１１．２５（＝３６０／１６／２）度ずつ回転することになる。
【００５６】
本実施の形態では、コイルを巻回しやすいという理由から、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃをロータ１の片側にまとめて配置し、第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆをロータ１の反対側にまとめて配置したが、これに限らず、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とが交互に配置されていても構わない。ただしこの場合は、外側磁極部を励磁させる第１のコイルと第２のコイルとの配置を工夫する必要がある。例えば、交互に配置された第１の外側磁極部と第２の外側磁極部を励磁するために交互に独立したコイルを配置する方法がある。
【００５７】
上記のロータ１は軸部１ｓ，１ｔを備えており、この部分で回転可能に保持されているが、マグネット部やその他の円周部で例えばカバー５の内周面に回転可能に保持される構造をとれば、中空な、つまり内径側に貫通された開口部のある円筒形状のステッピングモータとすることが可能となる。そのような場合の構造を変形例として図８に示す。なお、ロータ１、ステータ２、カバー５は図１〜図７とは形状が一部異なる（内径側に貫通された開口部がある）が、同等の機能を有する部材であるので、同一の符号を付してある。
【００５８】
ロータ１の外周面には溝１ｕが１周形成されており、カバー５の突起５ｂと嵌合している。これにより、ロータ１はカバー５に回転可能に保持されることになる。ロータ１は内径部に突起を設けたりして例えばカメラのレンズやシャッタや絞り羽根を駆動する用途に用いることが可能である。
【００５９】
図９は、上記構成のモータを駆動源として備えたレンズ鏡筒装置を示す模式的縦断面図であり、上記実施の第１の形態と同様な部分の説明は省略する。
【００６０】
図９において、５０はステータ２の外側磁極部に固定されたヘリコイド地板であり、５１はレンズホルダーである。前記ヘリコイド地板５０の内径部にはメスヘリコイド部５０ａが形成されており、前記レンズホルダー５１の外径部にはオスヘリコイド部５１ａが形成されており、該オスヘリコイド部５１ａを前記メスヘリコイド部５０ａに摺動可能に嵌合することにより、該レンズホルダー５１を前記ヘリコイド地板５０に対して相対回転させることにより軸方向に移動させることができる。
【００６１】
前記レンズホルダー５１にはレンズ５２が固定されており、前記レンズホルダー５１が光軸方向に移動（変位）することにより、これに伴って該レンズ５２も移動し、光軸方向の該レンズ５２の位置を調節できるようになっている。
【００６２】
ロータ１はヘリコイド地板５０の嵌合部５０ｅに対して１ｖ部で回転可能に取り付けられている。前記レンズホルダー５１の内側端面部には溝５１ｂが形成されており、この溝５１ｂにはロータ１のピン部１ｗが嵌合している。従って、ロータ１の回転に伴って前記レンズホルダー５１が回転し、前記レンズ５２が装置の軸方向に移動するように構成されている。つまり、ロータ１が回転することでレンズ５２の光軸方向の位置が変化するように構成されている。
【００６３】
図９に示すような構成のレンズ鏡筒装置において、モータ自体の内径側の開口部を光路として配置できるので、装置全体の外径寸法は、前記内径側の開口部の直径をＤ１１とすると、概略「（ロータ１の厚さ＋内側磁極部の厚さ＋外側磁極部の厚さ）×２＋Ｄ１１」で済ませることが可能となる。しかも外側磁極部はモータ軸に平行な方向に延出する歯により形成するので、レンズ鏡筒装置全体を非常にコンパクトなものにすることができる。
【００６４】
上記の実施の第１の形態によれば、第１のコイル３、第２のコイル４により外側磁極部と内側磁極部との間にあるロータ１のマグネット部を横切る磁束を発生させることで、磁束を効果的に作用させることができる。その結果、モータの出力の向上を図ることが可能となる。
【００６５】
また、図８のような構成の場合、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ及び第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆを、モータ軸と平行な方向に延出する櫛歯により構成したので、モータの占有体積、つまりモータの外径と内径の間の体積（円筒形状の幅寸法）を最小限に抑えることができる。もし外側磁極部を半径方向に延びる凹凸で形成すると、効果的に磁束を作用させるためには凹凸差を大きくしなければならず、その分モータの外径と内径の間の体積は大きくなってしまう。つまり、図８のようなモータでは、該モータの外径と内径の間の体積を最小限に抑えることができる。
【００６６】
以上の図１〜図９の構成によれば、第１のコイル３と第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と、第２のコイル４と第１の外側磁極部２ｄ〜２ｆと第２の内側磁極により形成される磁気回路において発生する磁束とが、ロータ１の同一のマグネット部に作用する構成になっている。そして、ロータ１が回転することにより、それぞれの磁気回路はマグネット部の同一円周上に作用し、マグネット部の同一の部位を利用する構成となっているので、着磁によるバラツキなどによる悪影響を受けずに安定した性能となるモータとすることができる。
【００６７】
また、第１のコイル３と第２のコイル４はともにロータ１の円筒形状のマグネット部の端面に隣接して配置され、該第１のコイル３と該第２のコイル４は軸と平行方向に関する位置において重なるように配置され、上記したように第１のコイル３と第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と第２のコイル４と第１の外側磁極部２ｄ〜２ｆと第２の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束とが、ロータ１の同一マグネット部に作用する構成になっているので、本モータの軸方向に関する寸法は短く構成できる。
【００６８】
また、前記第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと前記第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとを同一部材から構成しているので、前記第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆとの相互の誤差を小さく抑えることができる。
【００６９】
また更に、前記ロータ１の外周面の着磁極数をＮＡとすると、前記第１の外側磁極部２ａ〜２ｃは前記第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆに対して（１８０／ＮＡ）度（マグネットの着磁部の半領域分だけ）位相がずれて形成されているので、第１のコイル及び第２のコイルへの通電方向を順次変える事により通電状態に応じた位置へ前記ロータ１を回転していくことができ、ステッピングモータとして機能させることができる。
【００７０】
次に、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ及び第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆの形状について詳細に説明する。
【００７１】
ロータ１は第１のコイル３及び第２のコイル４への無通電時にそれに応じた状態で回転位置が保持される。この様子を図１０、図１１を用いて説明する。ここでは第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の内側磁極部と第１のコイル３とロータ１の関係を例にとって説明する。実際のモータ１では第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆと第２の内側磁極部と第２のコイル４とロータ１の関係が１８０／ＮＡ度位相がずれてこれに合成される。
【００７２】
図１０において、縦軸は、第１のコイル３への無通電時におけるロータ１のマグネット部に作用する、第１の外側磁極部２ａ〜２ｃと第１の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。
【００７３】
Ｅ１点、Ｅ２点で示されるところは正回転しようとするとマイナスの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プラスの力が働いて元の位置に戻される。すなわち、マグネットと第１の外側磁極部の間の磁力の力によってロータ１のマグネット部が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。第１のコイル３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。
【００７４】
Ｅ１点、Ｅ２点のようなコギング安定点はマグネットの着磁極数をＮＡとすると、「３６０／ＮＡ」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。
【００７５】
有限要素法による数値シミュレーションの結果、着磁される極の角度と外側磁極部のマグネット部の外周面に対向する角度（外側磁極部のマグネットに対向する角度は図４において、Ａに相当する角度）との関係により、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の外周面に対向する角度により該マグネット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の外周面に対向する角度が所定値以下の場合には、該マグネット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１０で述べたＥ１点及びＥ２点がこの状態である。逆に、外側磁極部のマグネット部の外周面に対向する角度が所定値を超える場合には、該マグネット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１０で述べたＥ１点及びＥ２点となる。その様子を図１１を用いて説明する。
【００７６】
図１１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。
【００７７】
図１１において、横軸は「マグネットの厚み（径方向の厚み）／マグネット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に対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」である。
【００７８】
例えば、マグネットの外径寸法が１０ｍｍ、内径寸法が９ｍｍで極数が１６極の場合、マグネットの厚みは「（１０−９）／２」、マグネットの着磁部の１極あたりの外周長さは「１０×π／１６」であるから、横軸の「マグネットの厚み／マグネット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に対する対向角度を１３度とすると、マグネット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に対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」は０．５７８となる。
【００７９】
図１１中の各ポイントはコギングトルクがほぼ０、或いは最小となるようなモデルの「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」をプロットしたものであり、不図示の９種類のモータについて、コギングトルクがほぼ０、或いは最小となるような場合をグラフ化したものである。
【００８０】
図１１の縦軸を「Ｙ＝外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／マグネット１極あたりの角度」、横軸を「Ｘ＝マグネットの厚み／マグネット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。
【００８１】
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。
【００８２】
直線１と直線２とに囲まれた領域、即ち次式の条件を満たしている場合は、コギングトルクがほぼ０、或いは極めて小さく構成される。
【００８３】
−０．３Ｘ＋０．６２≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２
この式は次のように表される。上記各外側磁極のマグネット部に対する各対向角をＡ度、着磁極数をＮＡ、マグネットの外径寸法をＤ１、マグネットの内径寸法をＤ２とすると、
（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）
となる。
【００８４】
上記の例の場合、マグネット１の着磁極数ＮＡを１６、マグネット１の外径寸法Ｄ１を１０mm、マグネット１の内径寸法Ｄ２を９mmと設定しており、（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）＝１２．４５度、（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）＝１４．４８度となり、各外側磁極のマグネット部に対する対向角Ａ度が、１２．４５度≦Ａ≦１４．４８度の条件を満たしていれば、コギングトルクがほぼ０或いは極めて小さく構成される。
【００８５】
ここで、外側磁極部の軸方向のマグネット部の外周面に対する各対向角Ａ度（図４参照）は、該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、マグネット部の外周面の端面部付近の各対向角Ａ度が例えば１５度であっても外側磁極部の先端部、つまりマグネット部の軸方向中央付近での外側磁極部２ａ〜２ｃのマグネット部の外周面に対する各対向角Ａ度が１３度程度ならマグネット部の軸方向の位置に関して平均すると１４度程度になるので、上記条件式は満たしていることになる。
【００８６】
図１２，図１３，図１４に、実験結果を示す。
【００８７】
図１２，図１３，図１４ともに、図１０と同様、縦軸はマグネット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、横軸はマグネット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。
【００８８】
このモデルは
・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
の円筒形状の構成である。
【００８９】
図１２は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角Ａ度は１０．３５度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２，Ｙ＝０．４６となる。
【００９０】
図１３は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角Ａ度は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。
【００９１】
図１４は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角Ａ度は１５．５２度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２，Ｙ＝０．６９となる。
【００９２】
図１３に示した組み合わせは、コイルへの通電時は発生するトルクは減少せずにモータとしては出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転可能なものとなり、最も望ましい。
【００９３】
図１１で求めた直線１，２上に、上記図１２，図１３，図１４の構成により求まる値をそれぞれａ，ｂ，ｃで示したのが、図１５である。ｂは確かに上記の条件式
（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）
を満たしている。
【００９４】
よって、図１３に例示の構成のステッピングモータとすることにより、コギングトルクがほぼ０或いは極めて小さく構成され、コイルへの通電時に発生するトルクは減少せずに該モータとしては出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転可能なものとなる。
【００９５】
（実施の第２の形態）
図１６〜図１８は本発明の実施の第２の形態に係る図であり、詳しくは、図１６はモータの分解斜視図、図１７はマグネット、ステータ、コイル等の関係を示す一部を省略して示す平面図、図１８は図１６のモータを鏡筒内に配置した場合の平面図である。
【００９６】
これらの図において、６１はロータであり、軸部と永久磁石からなる円筒形状のマグネット部とから構成される。このマグネット部は、外周表面を円周方向に多分割して、即ち着磁極数がＮＡとなるよう（この実施の形態では６分割してＮＡ＝６となるよう）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁されている。軸部と円筒形状のマグネット部は一体に成形されていても良いし、別に成形してから接着或いは圧入により結合して一体的にしても良い。また、マグネット部を射出成形等により成形されるプラスチックマグネット材料により構成することで、円筒形状の半径方向の厚さを非常に薄くすることができる。マグネット部の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がＳ極の場合はその範囲の内周面はＮ極に着磁されているもののいずれかである。ロータ６１の軸部６１ｓ，６１ｔは後で述べる軸受け６７の嵌合穴６７ａ、軸受け６６の嵌合穴６６ａに回転可能に嵌合している。
【００９７】
６２は軟磁性材料から成るステータであり、前記軸受け６６が取り付けられている。この実施の第２の形態では、後述する内筒部６２ｃも第１の外側磁極部６２ａ及び第２の外側磁極部６２ｂと一体的に構成されているが、別部材で成形してから結合する構成でも構わない。ステータ６２の第１の外側磁極部６２ａ及び第２の外側磁極部６２ｂは円筒形状のロータ６１の軸と平行方向に延びる櫛歯形状で形成されている。上記のように第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂは一体的に構成されているので、第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとの相互誤差は小さく抑えられ、組み立てによるモータの性能のばらつきを抑えることができる。
【００９８】
ステータ６２の内筒部６２ｃはロータ６１のマグネット部の内周面と対向する内側磁極部を構成している。内筒部６２ｃにより構成される内側磁極部と第１の外側磁極部６２ａとで、また、内筒部６２ｃにより構成される内側磁極部と第２の外側磁極部６２ｂとで、ロータ６１のマグネット部を所定の隙間をもって挟む構成になる。
【００９９】
６３は第１の外側磁極部６２ａの周りに巻回された第１のコイルであり、通電されることにより、第１の外側磁極部６２ａと該第１の外側磁極部６２ａと対向する内側磁極部である内筒部６２ｃの一部を励磁され、その磁極間にはロータ６１のマグネット部を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネットに作用する。勿論この場合、第１の外側磁極部６２ａとそれに対向する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。６４は第２の外側磁極部６２ｂの周りに巻回された第２のコイルであり、通電されることにより、第２の外側磁極部６２ｂと対向する内側磁極部である内筒部６２ｃの一部を励磁する。勿論この場合、第２の外側磁極部とそれに対向する内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁され、その磁極間にはロータ６１のマグネット部を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネットに作用する。
【０１００】
第１のコイル６３と第２のコイル６４はともにロータ６１の軸方向の同一端面に隣接して配置されている。
【０１０１】
前記内筒部６２ｃの第１の外側磁極６２ａに対向する部分は第１のコイル６３によって励磁され、内筒部６２ｃの第２の外側磁極部６２ｂに対向する部分は第２のコイル４によって励磁されるのであるが、これらは互いに独立して励磁されている。第１のコイル６３によって励磁される第１の外側磁極部６２ａに対向する内筒部６２ｃの部分を以下、“第１の内側磁極部”と呼び、第２のコイル６４によって励磁される第２の外側磁極部６２ｂに対向する内筒部６２ｃの部分を以下、“第２の内側磁極部”と呼ぶ。第１の内側磁極部と第２の内側磁極部も第１の外側磁極部６２ａ或いは第２の外側磁極部６２ｂのように筒形状を切欠き、軸と平行方向に延びる歯のように構成しても良い。
【０１０２】
上記第１の外側磁極部６２ａと第１の内側磁極部（６２ｃ）との距離及び第２の外側磁極部６２ｂと第２の内側磁極部（６２ｃ）との距離を非常に小さくできるので、第１のコイル６３と第１の外側磁極部６２ａと第１の内側磁極部により形成される磁気回路、および、第２のコイル６４と第２の外側磁極部６２ｂと第２の内側磁極部により形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。これにより、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、モータの出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化を達成することができる。
【０１０３】
６５はカバーであり、６５ａには軸受け６７が取り付けられている。６６は軸受けであり、ステータ６２に取り付けられている。ロータ６１の軸部６１ｓ，６１ｔは軸受け６７の嵌合穴６７ａ、軸受け６６の嵌合穴６６ａに回転可能に嵌合している。６８はリードスクリューであり、前記ロータ６１の軸部６１ｓに固着され、該ロータ６１と一体的に回転する。６９はレンズホルダー、７０はレンズホルダー６９に固定されているレンズである。前記レンズホルダー６９は不図示のガイドに光軸方向に移動可能に保持され、保持部６９a に設けられたメネジ部６９ｂがリードスクリュー６８と噛み合い、リードスクリュー６８が回転する事で光軸と平行方向に移動する。
【０１０４】
前記ロータ６１の回転軸をレンズ７０の光軸と平行に配置し、該ロータ６１と一体的に回転するリードスクリュー６８によってレンズホルダー６９とレンズ７０を光軸に沿って駆動するようにしてある。
【０１０５】
図１７の平面図に示すように、この実施の第２の形態では、第１のコイル６３が巻回されている第１の外側磁極部６２ａと第２のコイル６４が巻回されている第２の外側磁極部６２ｂとは、ロータ６１の回転中心を基準に考えるとθ度位相がずれた位置に配置されている。ここで、θ度は「１８０度−１８０度／ＮＡ」である。即ち、この実施の第２の形態では「ＮＡ＝６」なので、θ度は１５０度である。このように「θ度＝（１８０度−１８０度／ＮＡ）」にする事で、第１のコイル６３、第２のコイル６４の配置により図面中のＬ１１の寸法を最小に設定できる。
【０１０６】
上記の第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとを配置したモータをレンズ鏡筒内に配置する場合、図１８に示すように、第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂをレンズ７０の光軸を中心とした概略同一円上に配置する。或いは、第１の外側磁極部６２ａを励磁する第１のコイル６３と第２の外側磁極部６２ｂを励磁する第２のコイル６４をレンズ７０の光軸を中心とした概略同一円上に配置する。この実施の第２の形態では、第１の外側磁極部６２ａ、第２の外側磁極部６２ｂ、第１のコイル６３、第２のコイル６４をレンズ７０の光軸からの距離をすべて等距離Ｒ１に設定してある。
【０１０７】
このように配置する事により、図２７におけるＤ３の寸法をより小さく構成でき、非常にコンパクトなレンズ鏡筒とすることができる。
【０１０８】
また、第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとはロータ６１の回転中心を基準に考えると、「θ度＝（１８０度−１８０度／ＮＡ）」だけ位相をずらして配置してあるが、このθ度となる角がロータ６１の回転中心と光軸中心との間側になるように配置する事で、第１のコイル６３と第２のコイル６４あるいは第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂは鏡筒の円筒形状に沿って配置される事になり、よりコンパクト化が達成される。その様子を図１９に示す。
【０１０９】
図１９に示すように、ステータ６２の一部とカバー６５（図１６参照）の一部を切り欠く事で外径寸法をＴ１だけ小さくでき、内径寸法をＴ２だけ大きくでき、狭い円筒形状内に配置可能になる。
【０１１０】
図２０は、θ度となる角がロータ６１の回転中心から光軸中心に対し外側にある例を示すものである。この場合は、第１のコイル６３と第２のコイル６４あるいは第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂは鏡筒の円筒形状に沿って配置されないため、ややコンパクト化を阻害する。即ち内径寸法をＴ３大きくするにとどまり、図１９に比べてコンパクト化が阻害されていることがわかる。
【０１１１】
また、第１の外側磁極部６２ａ及び第２の外側磁極部６２ｂは上記実施の第１の形態と同様、マグネット部に対する各対向角をＡ度（図１７）、着磁極数をＮＡ、マグネットの外径寸法をＤ１、マグネットの内径寸法をＤ２とすると、「（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）」となるように構成されている。
【０１１２】
このように構成する事で、上記実施の第１の形態と同様、コギングトルクがほぼ０或いは極めて小さく構成され、コイルへの通電時に発生するトルクは減少せずにモータとしては出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転可能なものとなる。
【０１１３】
なお、上記のように第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとは「θ度＝（１８０度−１８０度／ＮＡ）」だけ位相をずらして配置してあるが、これはまた、上記実施の第１の形態と同様に、第１の外側磁極部６２ａに対し第２の外側磁極部６２ｂは、ｍを整数とするとロータ６１の中心に関して「（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ」度位相がずれて前記ロータ６１のマグネット部の外周面に対向する位置にあるとも表現できる。
【０１１４】
以上を整理すると
１）第１の外側磁極部６２ａ及び第２の外側磁極部６２ｂは実施の第１の形態と同様、マグネット部に対する各対向角をＡ度、着磁極数をＮＡ、マグネットの外径寸法をＤ１、マグネットの内径寸法をＤ２とすると、
（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）
となるように構成されている。よって、コギングトルクがほぼ０或いは極めて小さく構成され、コイルへの通電時に発生するトルクは減少せずにモータとしては出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転可能なものとなる。
【０１１５】
２）第１のコイル６３と第２のコイル６４はともにロータ６１の軸方向の同一端面に隣接して配置されているので、モータの軸方向寸法が短くできる。
【０１１６】
３）このようなモータを用い、図８のようにリードスクリュー６８をその出力軸に固着し、レンズ光軸とモータの出力軸及びリードスクリュー６８を平行に配置し、リードスクリュー６８の回転によりレンズ７０を移動させる構造にした場合にも軸方向の寸法はあまり長くならないので、光学装置のコンパクト性を損なわず、レンズの精密な位置出しが可能になる。
【０１１７】
４）モータを駆動するための二つの磁気回路はロータ６２の同一個所に対して作用するため、ロータ６２の着磁むらの影響を受けにくい、回転精度の高いモータとすることができる。
【０１１８】
５）二つの磁気回路を構成する第１の外側磁極部６２ａと第１の内側磁極部及び第２の外側磁極部６２ｂと第２の内側磁極部は同一の部品、即ちステータ６２で構成できるので、それぞれの磁極部の相対位置が精度良く構成でき、性能のばらつきが少ないモータにすることができるとともにコストも安く構成できる。
【０１１９】
６）第１のコイル６３への通電により第１の外側磁極部６２ａと第１の内側磁極部が励磁され、その磁極部間にはロータ６１のマグネット部を横切る磁束が発生するので、効果的に該マグネットに作用する。同様に、第２のコイル６４への通電により第２の外側磁極部６２ｂと第２の内側磁極部が励磁され、その磁極部間にはロータ６１のマグネット部を横切る磁束が発生するので、効果的に該マグネットに作用する。このため、出力の高いモータとすることができる。
【０１２０】
７）第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとはロータ６１の回転中心を基準に考えると、θ度位相がずれた位置に配置されている。ここでθ度は「（１８０度−１８０度／ＮＡ）」であるため、Ｌ１１寸法を小さくできる。
【０１２１】
８）第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂをレンズ７０の光軸を中心とした概略同一円上に配置する、或いは、第１の外側磁極部６２ａを励磁する第１のコイル６３と第２の外側磁極部６２ｂを励磁する第２のコイル６４をレンズ７０の光軸を中心とした概略同一円上に配置する。このように配置する事により、図２７におけるＤ３の寸法をより小さく構成でき、非常にコンパクトなレンズ鏡筒とすることができる。
【０１２２】
９）第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂとはロータ６１の回転中心を基準に考えると、「θ度＝（１８０度−１８０度／ＮＡ）」だけ位相をずらして配置してあるが、このθ度となる角度がロータ６１の回転中心と光軸中心との間側になるように配置する事で、第１のコイル６３と第２のコイル６４あるいは第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂは鏡筒の円筒形状に沿って配置される事になり、よりコンパクト化が達成される。
【０１２３】
１０）第１のコイル３と第２のコイル４はともにロータ１の円筒形状のマグネット部の端面に隣接して配置され、該第１のコイル３と該第２のコイル４は軸と平行方向に関する位置において重なるように配置され、上記したように第１のコイル３と第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ，６２ａと第１の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と第２のコイル４と第１の外側磁極部２ｄ〜２ｆ，６２ｂと第２の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束とが、ロータ１の同一マグネット部に作用する構成になっているので、本モータの軸方向に関する寸法は短く構成できる。
【０１２４】
（実施の第３の形態）
図２１は本発明の実施の第３の形態に係る開口量調節装置を示す分解斜視図であり、図１６に示す、上記実施の第２の形態の構成のモータにて開口量調節部材を駆動するようにしたものである。よって、モータに関しては、上記実施の第２の形態と同様の効果（上記１）〜１０））を有するものであり、ここではその説明は省略する。
【０１２５】
図２１において、８０はピニオンギヤであり、ロータ６１の軸部６１ｓに固着されロータ６１と一体的に回転する。８１は不図示の地板に回転可能に取り付けられている羽根駆動リングであり、ギヤ部８１ａは該ピニオンギヤ８０と噛み合い、ロータ６１により駆動される。８２は中央に開口部８２ａ〜２ｃが形成された地板であり、光軸と平行方向に突出する突起８２ｄ〜２ｆ及び８２ｃが一体で形成されるとともに、羽根駆動リング８１の突起８１ｂ，８１ｃが当接することで羽根駆動リング８１の回転を規制する長穴８２ｄ，８２ｅが形成されている。すなわち、羽根駆動リング８１は突起８２ｄ〜２ｆ及び８２ｃが長穴８２ｄ，８２ｅで規制される位置の間で回転可能となる。
【０１２６】
８３及び８４はシャッタ羽根であり、シャッタ羽根８３の丸穴８３ａが地板８２の突起８２ｄ〜２ｆに回転可能に嵌合し、シャッタ羽根８３の長穴８３ｂが羽根駆動リング８１の突起８１ｂに摺動可能に嵌合し、シャッタ羽根８４の丸穴８４ａが地板８２の突起８２ｃに回転可能に嵌合し、シャッタ羽根８４の長穴８４ｂが羽根駆動リング８１の突起８１ｃに摺動可能に嵌合する。８５は中央に最大開口量を規制する最大開口部８５ａが形成されたシャッタ羽根押え板であり、シャッタ羽根８３及びシャッタ羽根８４を所定の隙間を持って間に挟んで地板８２に固定され、シャッタ羽根８３及びシャッタ羽根８４の軸方向の受けとなる。
【０１２７】
羽根駆動リング８１の回転によりシャッタ羽根８３はその長穴８３ｂが羽根駆動リング８１の突起８１ｂに押されて丸穴８３ａを中心に回転し、シャッタ羽根８４はその長穴８４ｂが羽根駆動リング８１の突起８１ｃに押されて丸穴８４ａを中心に回転して、シャッタ羽根押え８５の最大開口部８５ａ及び地板８２の開口部８２ａ〜２ｃを覆う遮光位置と光の通過を許容する露光位置との間で駆動されるよう構成されている。
【０１２８】
本実施の第３の形態も、上記実施の第２の形態と同様、第１の外側磁極部６２ａと第２の外側磁極部６２ｂを不図示のレンズの光軸を中心或いは光量調節装置の最大開口部の光軸中心を中心とした概略同一円上に配置する。或いは、第１の外側磁極部６２ａを励磁する第１のコイル６３と第２の外側磁極部６２ｂを励磁する第２のコイル６４を不図示のレンズの光軸を中心或いは光量調節装置の最大開口部の光軸中心を中心とした概略同一円上に配置する。このように配置する事により、図２７におけるＤ３の寸法をより小さく構成でき、非常にコンパクトなレンズ鏡筒とすることができる。
【０１２９】
最後に、上記各実施の形態の効果を、請求項との対応関係を明示しつつ、以下に列挙する。
【０１３０】
円筒形状のマグネット部を備えたロータ１，６１と、第１のコイル３，６３と、前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第１の外側磁極部２ａ〜２ｃ，６２ａと、前記マグネットの内周面に対向する第１の内側磁極部２ｇ，６２ｃと、第２のコイル４，６４と、前記第１の外側磁極部に対して、（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ）度位相がずれての前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第２の外側磁極部２ｄ〜２ｆ，６２ｂと、前記マグネット部の内周面に対向する第２の内側磁極部２ｇ，６２ｃとを有し、前記マグネット部の周方向に分割されて着磁されている極数をＮＡ、前記マグネット部の外径寸法をＤ１、前記マグネット部の内径寸法をＤ２とすると、前記第１及び第２の外側磁極部が、前記マグネット部の外周面に（７２０／ＮＡ）度の整数倍の角度で等分配置されかつ各々が所定の角度Ａ度だけ対向するものであって、「（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）」で構成されるようにしている。
【０１３１】
上記のように、前記第１及び第２の外側磁極部の前記マグネット部の外周面に対する角度（Ａ度）が、「（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）」の条件を満たすことにより、前記第１及び第２の外側磁極部とロータのマグネット部との間に発生する吸引力（コギングトルク）がほぼ０或いは極めて小さいもとなり、出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができる。
【０１３２】
また、前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部等を、前記ロータの回転軸方向と垂直な面において同一円周上に配置しているので、各部材が、同一の前記ロータの前記マグネット部の同じ箇所に対して磁束を作用させることになり、着磁むらがあっても同一箇所との間で磁束を発生させることになるので、円滑な回転を確保できる。さらに、回転軸方向の長を小型化でき、部品点数も少なく簡易な構造のモータとなる。
【０１３３】
また、前記第１の外側磁極部、前記第１の外側磁極部、前記第１の外側ヨーク部および前記第１の外側ヨーク部を同一部材により構成することで、各部材のバラツキがなくなり、前記吸引力を相殺するように作用する機能最大限に発揮させることができ、前記吸引力が駆動トルクに対する悪影響をより小さなものにすることができる。
【０１３４】
また、前記第１および第２の外側磁極部を前記ロータの軸方向に延出した櫛歯形状としているので、モータの小径化が可能となる。
【０１３５】
また、上記実施の第２の形態のように、上記の条件を満たすモータと、該モータの回転出力を用いて光軸方向に移動させられるレンズ７０とを具備した装置において、前記モータに具備される第１のコイル６３と第２のコイル６４それぞれの巻回中心が、図１１８に示すように、前記レンズの光軸を中心とした概略同一円上に位置するように、前記モータを配置することで、該装置をコンパクトにすることができる。
【０１３６】
また、上記の条件を満たすモータと、光路としての開口部８２ａの開口面積を変更する開口量調節部材（シャッタ羽根８３，８４）とを有し、前記モータに具備される前記第１のコイル６３と前記第２のコイル６４それぞれの巻回中心が前記開口部の開口中心を中心とした概略同一円上に位置するように、前記モータを配置することで、該装置をコンパクトにすることができる。
【０１３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は２に記載の発明によれば、第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部とロータのマグネット部との間に発生する吸引力を最小限に抑えることができる構成とし、出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができ、かつ、小型化を達成することができるステッピングモータを提供できる。
【００１３８】
また、請求項３乃至５の何れかに記載の発明によれば、出力が高く、小さな電流でも滑らかに回転することができる小型のステッピングモータを駆動源として用いる装置自身の小型化を達成することができる光学装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１の形態に係るモータの分解斜視図である。
【図２】図１のモータの軸方向に平行な面での断面図である。
【図３】図１のモータのコイルを通り、軸方向に垂直な面での断面図である。
【図４】図１のモータのマグネット部と外側磁極部の位置関係を示した図である。
【図５】図４のモータの通電を変化させたときのマグネット部と外側磁極部の位置関係を示した図である。
【図６】図５のモータの通電を変化させたときのマグネット部と外側磁極部の位置関係を示した図である。
【図７】図６のモータの通電を変化させたときのマグネット部と外側磁極部の位置関係を示した図である。
【図８】本発明の実施の第１の形態に係るモータの変形例を示す図である。
【図９】図１のモータを用いたレンズ鏡筒装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施の第１の形態においてコイルへの無通電時におけるロータのマグネット部に作用する第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間で発生する磁力の様子を示す図である。
【図１１】本発明の実施の第１の形態における外側磁極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１２】本発明の実施の第１の形態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。
【図１３】本発明の実施の第１の形態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。
【図１４】本発明の実施の第１の形態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。
【図１５】本発明の実施の第１の形態における実験モデルの外側磁極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１６】本発明の実施の第２の形態に係るモータの分解斜視図である。
【図１７】図１６に示すマグネット、ステータ、コイル等の関係を示す分解平面図である。
【図１８】図１６に示すモータを鏡筒内に配置した場合の平面図である。
【図１９】同じく図１６に示すモータを鏡筒内に配置した場合の平面図である。
【図２０】同じく図１６に示すモータを鏡筒内に配置した場合の平面図である。
【図２１】本発明の実施の第３の形態に係る光量調節装置を示す分解斜視図である。
【図２２】従来のステップモータの一構成例を示す模式的縦断面図である。
【図２３】図２２に示すステップモータにおけるステータの磁束の状態を模式的に示す部分断面図である。
【図２４】従来の中実円筒形状のステップモータの他の構造例を示す模式的縦断面図である。
【図２５】従来の薄型コイン形状のモータの構成図である。
【図２６】図２５に示すモータの磁束の様子を示す断面図である。
【図２７】図２５に示すような中実の円筒形状のステップモータを使用する場合の鏡筒地板あるいは光量調節装置の横断面の大きさを示す説明図である。
【符号の説明】
１，６１ ロータ
１ａ〜１ｒ マグネット部の着磁部
２ ステータ
２ａ〜２ｃ 第１の外側磁極部
２ｄ〜２ｆ 第２の外側磁極部
２ｇ 内筒部（第１、第２の内側磁極部）
３，６３ 第１のコイル
４，６４ 第２のコイル
５０ ヘリコイド地板
５０ａ メスヘリコイド部
５１ レンズホルダー
５１ａ オスヘリコイド部
５１ｂ 溝（レンズホルダー）
６２ ステータ
６２ａ 第１の外側磁極部
６２ｂ 第２の外側磁極部
６２ｃ 内筒部（第１、第２の内側磁極部）
７０ レンズ
８２ａ 開口部
８３，８４ シャッタ羽根[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylindrical stepping motor suitable for a compact configuration and an optical device including the stepping motor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 22 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration example of a conventional stepping motor, and FIG. 23 is a partial sectional view schematically showing a state of magnetic flux flowing from the stator of the step motor of FIG.
[0003]
In FIG. 22, two bobbins 101 around which a stator coil 105 is concentrically wound are arranged in the axial direction, and these two bobbins 101 are clamped and fixed to different stator yokes 106 respectively. On the inner diameter surface of each stator yoke 106, stator teeth 106a and 106b that are alternately arranged along the circumferential direction of the inner diameter surface of the bobbin 101 are formed. A stator yoke 106 integral with the stator teeth 106 a or 106 b is fixed to each of the two cases 103. In this way, two stators 102 corresponding to the two stator coils 105 for excitation are configured.
[0004]
A flange 115 and a bearing 108 are fixed to one of the two cases 103, and another bearing 108 is fixed to the other case 103. The rotor 109 includes a rotor magnet 111 fixed to the rotor shaft 110, and the rotor magnet 111 forms a radial gap with the stator yoke 106 of each stator 102. The rotor shaft 110 is rotatably supported by two bearings 108.
[0005]
In the conventional small stepping motor, since the case 103, the bobbin 101, the stator coil 105, and the stator yoke 106 are concentrically arranged on the outer periphery of the rotor 109, there is a problem that the outer dimension of the motor becomes large. there were. Further, as shown in FIG. 23, the magnetic flux generated by energizing the stator coil 105 mainly passes through the end face 106a1 of the stator tooth 106a and the end face 106b1 of the stator tooth 106b, so that it effectively acts on the rotor magnet 111. There was also a problem that the output of the motor did not increase.
[0006]
In order to solve such technical problems, the applicant of the present application has proposed a motor having a configuration as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-331666. The motor according to this proposal forms a rotor (rotor magnet) in which a cylindrical permanent magnet is equally divided in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles, and the axial direction of the rotor (axial direction of the motor) The first coil, the rotor, and the second coil are arranged in order, and the first outer magnetic pole portion and the first inner magnetic pole portion excited by the first coil are arranged on the outer peripheral surface of one half of the axial direction of the rotor. The second outer magnetic pole portion and the second inner magnetic pole portion excited by the second coil are opposed to the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the other half portion in the axial direction of the rotor. The rotating shaft which is a rotor shaft is taken out from a cylindrical permanent magnet (magnet).
[0007]
If the motor has such a configuration, the output is high, and the external dimensions of the motor can be made small. Further, by reducing the thickness of the magnet, the distance between the first outer magnetic pole part and the first inner magnetic pole part and the distance between the second outer magnetic pole part and the second inner magnetic pole part are reduced. This can reduce the magnetic resistance of the magnetic circuit. Therefore, even if there is little electric current sent through the 1st coil and the 2nd coil, many magnetic fluxes can be generated and a high output can be maintained.
[0008]
FIG. 24 is a schematic longitudinal sectional view showing the motor having the above configuration.
[0009]
In the figure, 311 is a magnet, 312 is a first coil, 313 is a second coil, 314 is a first stator, 314a and 314b are first outer magnetic pole portions, and 314c and 314d are first inner magnetic pole portions. 315 is a second stator, 315a and 315b are second outer magnetic pole portions, 315c and 315d are second inner magnetic pole portions, and 316 is a connecting ring for holding the first stator 314 and the second stator 315. . Reference numeral 317 denotes an output shaft to which a magnet 311 is fixed and rotates integrally with the magnet 311. The output shaft 317 is rotatably supported by bearing portions 314e and 315e of the first stator 314 and the second stator 315. Yes.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, even the type of motor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-331666 has a drawback that the length in the axial direction becomes long like the conventional stepping motor shown in FIG. In the case of the type of motor shown in FIGS. 22 and 23, the magnetic flux generated by energizing the first coil acts on the magnet, and the magnetic flux generated by energizing the second coil is applied to the magnet. The acting position is shifted in the axial direction of the magnet. Therefore, if the magnet is unevenly magnetized at the position in the direction parallel to the axis of the magnet (that is, between the position on the 314 side and the position on the 315 side in FIG. 24), the accuracy of the rotation stop position of the magnet is poor. Sometimes.
[0011]
Examples of the motor having a short axial length include those shown in FIG. 25 proposed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 7-213041 and 2000-50601. 303 and a disk-shaped magnet 304. As shown in the figure, the coil has a thin coin shape, and its axis is arranged parallel to the axis of the magnet. The disk-shaped magnet is magnetized in the axial direction, and the magnetized surface of the magnet and the axis of the coil are arranged to face each other.
[0012]
However, in the case of this configuration, the magnetic flux generated from the coil does not act on the magnet completely effectively as shown by the arrow in FIG. Further, as shown in FIG. 26, the center of the rotational force acting on the magnet is located at a position separated from the outer diameter of the motor by L, so that the generated torque is small for the size of the motor. Further, since the central portion of the motor is occupied by coils and magnets, it is difficult to dispose another part in the motor. Furthermore, since a plurality of coils are required, there is a drawback that the energization control of the coils becomes complicated and the cost increases.
[0013]
There is also known an apparatus for driving a diaphragm blade, a shutter, a lens, and the like of a camera using the motor. However, since the motor of the type described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-331666 mentioned above is a solid (meaning that a member is also present in the center) and has an elongated cylindrical shape, it has a diaphragm blade and shutter. Alternatively, when used as a driving source for a lens or the like, it is necessary to arrange the lens so as to be parallel to the optical axis in the camera barrel. Therefore, the radius of the lens barrel is not only the radius of the lens or the aperture of the aperture but also the value obtained by adding the diameter of the motor.
[0014]
  FIG. 27 is a diagram for explaining the size of the cross section of the lens barrel base plate or the light amount adjusting device when a solid cylindrical stepping motor as shown in FIG. 14 is used. M, barrel base plate or light quantity adjustment device301The opening300And the diameter of the motor M is D1, the opening300Diameter of D2, barrel base plate or light quantity adjusting device301When the diameter of the lens is D3, the lens barrel base plate or the light amount adjusting device301The diameter D3 is at least “2 × D1 + D2” or more. In particular, when the motor shown in FIG. 22 is used, the diameter D1 of the motor M is very large because it includes a coil, a magnet, and a stator.
[0015]
On the other hand, the lens barrel device or the light amount adjusting device is desired to be compact, and for this purpose, a motor having a thin ring-shaped cross-sectional shape with a radial thickness is desired. Furthermore, it is desired that the length in the direction parallel to the optical axis direction is short so as not to hinder the movement of other lens groups. In the type shown in FIG. 24, the length of the motor becomes long.
[0016]
Also, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 53-37745 discloses a diaphragm blade that is driven by a hollow cylindrical motor (meaning a shape having an opening penetrating the cylindrical central portion (inner diameter side)). And JP-A-57-16647. Since these have a structure in which the coil is wound around the outside of the hollow magnet, the thickness of the coil, the thickness of the magnet, and the thickness of the stator are all added to the radial thickness. It was not enough for a ring-shaped motor with a small thickness.
[0017]
Other motors for driving the lens have been proposed in Japanese Utility Model Publication No. 56-172827. This is because the center axis of the coil is arranged in the direction toward the center of the optical axis of the lens barrel, so there are inconveniences that the coil shape is complicated, the assembly is complicated, and the number of coils is increased. Due to the increase, it was difficult to reduce the size of the device itself, and the cost was increased.
[0018]
As described above, the conventional motor and the apparatus using the motor have difficulty in compactness and cost. Furthermore, in a motor configured to rotate the rotor by exciting the stator of the soft magnetic material by the coil with the magnet as the rotor, the attractive force between the magnet and the stator changes depending on the phase of the magnet, When the changed attractive force is larger than the electromagnetic force generated when the stator is energized by energizing the coil, the motor cannot be started or the motor cannot be stably and smoothly rotated. There was a thing.
[0019]
(Object of invention)
The first object of the present invention is a configuration capable of minimizing the attractive force generated between the first outer magnetic pole part and the second outer magnetic pole part and the magnet part of the rotor, and has a high output. An object of the present invention is to provide a stepping motor that can smoothly rotate even with a small current and that can achieve downsizing.
[0020]
The second object of the present invention is to provide an optical device that can achieve miniaturization of the device itself that uses a small stepping motor that has a high output and can rotate smoothly even with a small current as a drive source. Is.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the first object, claim 1 is provided.Or 2The invention described in (1) includes a cylindrical magnet portion having an outer peripheral surface divided into a plurality of portions in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles, and a rotor that can rotate around the center thereof, and a rotation shaft of the rotor A first coil arranged adjacent to the direction, and a first comb that is excited by the first coil and faces the outer peripheral surface of the magnet portion and extends in the direction of the rotation axis of the rotor. Excited by the outer magnetic pole part and the first coil, the magnetPartThe first inner magnetic pole portion facing the inner peripheral surface of the rotor, the second coil disposed adjacent to the rotor in the rotation axis direction, and excited by the second coil, the first outer magnetic pole portion for,If m is an integer and NA is the number of poles divided and magnetized in the circumferential direction of the magnet part,((2 × m + 1) × 180 / NA) degrees out of phase, facing the outer peripheral surface of the magnet portion, and extending in the direction of the rotation axis of the rotor, the second outer magnetic pole portion having a comb shape, Having a second inner magnetic pole portion that is excited by the second coil and faces the inner peripheral surface of the magnet portion;The first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, the first inner magnetic pole part, and the second inner magnetic pole part are integrally formed of the same member, and the outer diameter of the magnet part.Is D1, and the inner diameter of the magnet part is D2, the first and second outer magnetic pole partsBut, The outer peripheral surface of the magnet portion is equally divided at an angle that is an integral multiple of (720 / NA) degrees, and each faces a predetermined angle A degrees,The angle A degree is the following formula:
  (226.8 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) ≦ A ≦ (259.2 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π)
SatisfyThis is a stepping motor.
[0022]
As in the first aspect, the angle (A degree) of the first and second outer magnetic pole portions with respect to the outer peripheral surface of the magnet portion is “(226.8 / NA) −54 × (D1-D2) / (D1 × π) ≦ A ≦ (259.2 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) ”, and the first and second outer magnetic pole portions and the rotor The attraction force (cogging torque) generated between the magnet portion and the magnet portion is almost zero or extremely small.
[0023]
Further, as in claim 2, by arranging the first outer magnetic pole part and the second outer magnetic pole part on the same circumference in a plane perpendicular to the rotation axis direction of the rotor, Magnetic flux acts on the same part (outer peripheral surface) of the magnet part, and even if there is uneven magnetization, it acts on each member in the same manner.
[0025]
  In order to achieve the second object, a claim is provided.3 or 4The invention described in claim 1Or 2And a lens that is moved in the optical axis direction by using the rotation output of the stepping motor, and each of the first coil and the second coil provided in the stepping motor. In this optical device, the stepping motor is arranged so that the rotation center is located on substantially the same circle centered on the optical axis of the lens.
[0026]
  In order to achieve the second object, the claim5The invention described in claim 1Or 2And a winding center of each of the first coil and the second coil included in the stepping motor, and an opening amount adjusting member that changes an opening area of an opening as an optical path. Is an optical device in which the stepping motor is disposed so that the stepping motors are positioned on substantially the same circle centered on the opening center of the opening.
[0027]
  Claims above3 to 5In claim 1Or 2In the apparatus using the stepping motor described in (1) as a drive source, the stepping motor is arranged to satisfy a predetermined requirement so as to achieve downsizing.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments.
[0029]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a stepping motor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a plane passing through the axis of the stepping motor of FIG. 1 and parallel to the axial direction. 3 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axial direction through the coil of the stepping motor of FIG.
[0030]
In these drawings, reference numeral 1 denotes a rotor, which is composed of shaft portions 1t and 1s and a cylindrical magnet portion (see FIG. 2) composed of permanent magnets. In this magnet portion, the outer peripheral surface is divided into multiple parts in the circumferential direction, that is, the number of magnetic poles is NA (in this embodiment, 16 is divided so that NA = 16). Magnetized. The shaft portion and the cylindrical magnet portion may be formed integrally, or may be formed separately and then joined together by bonding or press-fitting. Moreover, the radial thickness can be made extremely thin by configuring the magnet portion with a plastic magnet material molded by injection molding or the like. The inner peripheral surface of the magnet portion has a weak magnetization distribution compared to the outer peripheral surface, or is not magnetized at all, or the opposite polarity to the outer peripheral surface, that is, the range of the outer peripheral surface is the S pole. The inner peripheral surface is one that is magnetized to the N pole. The shaft portions 1s and 1t of the rotor 1 are rotatably fitted in fitting holes 5a of the cover 5 and a fitting hole 2h of the stator 2 described later.
[0031]
Reference numeral 2 denotes a stator made of a soft magnetic material. The shaft portion 1t of the rotor 1 is rotatably fitted. Unlike the one described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-331666, there is only one stator. The stator 2 includes an inner cylindrical portion 2g that forms an internal magnetic pole portion, and extends in a direction parallel to the axial direction of the inner cylindrical portion 2g, and is formed by cutting out from the distal end direction of the outer cylinder. Outer magnetic pole portions 2a, 2b, 2c and second outer magnetic pole portions 2d, 2e, 2f. The inner cylindrical portion 2g, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c, and the second outer magnetic pole portions 2d to 2f sandwich the magnet portion of the rotor 1. In the present embodiment, the inner cylindrical portion 2g is also integrally formed with the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the second outer magnetic pole portions 2d to 2f, but is combined after being molded with a separate member. It does not matter if the configuration is
[0032]
When the first and second coils 3 and 4 described later are wound around the first magnetic pole portions 2a to 2c and the second magnetic pole portions 2d to 2f, and the stator 2 is excited by the coils, the outer magnetic pole portion Magnetic flux is generated between the outer magnetic pole portion and the inner cylindrical portion 2a facing it, but no magnetic flux is generated between the outer magnetic pole portions because the magnetic resistance is large because the distance is long and the distance is long.
[0033]
Since the stator 2 is composed of a single member as described above, the mutual error between the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the second outer magnetic pole portions 2d to 2f can be kept small, and the stepping motor by assembly Variation in performance can be suppressed.
[0034]
Reference numeral 3 denotes a first coil wound around the first outer magnetic pole portions 2a to 2c (see FIG. 3). When energized, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the first coil A portion of the inner cylindrical portion 2g, which is the inner magnetic pole portion facing the outer magnetic pole portions 2a to 2c, is excited, and a magnetic flux crossing the magnet portion of the rotor 1 is generated between the magnetic pole portions. Act on. Of course, in this case, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the inner magnetic pole portion opposed thereto are excited to different poles. Reference numeral 4 denotes a second coil wound around the second outer magnetic pole portions 2d to 2f. When energized, the second outer magnetic pole portions 2d to 2f and the second outer magnetic pole portion 2a are energized. A part of the inner cylindrical portion 2g which is the inner magnetic pole portion facing to 2c is excited, and a magnetic flux is generated across the magnet portion of the rotor 1 between the magnetic pole portions and effectively acts on the magnet.
[0035]
The first coil 3 and the second coil 4 are both disposed adjacent to the end face of the cylindrical magnet portion of the rotor 1, and the first coil 3 and the second coil 4 are related to the direction parallel to the axis. It arrange | positions so that it may overlap in a position.
[0036]
As described above, the portion of the inner cylindrical portion 2g facing the first outer magnetic pole portions 2a to 2c is excited by the first coil 3, and is opposed to the second outer magnetic pole portions 2d to 2f of the inner cylindrical portion 2g. The parts are excited by the second coil 4, which are excited independently of each other. The portion facing the first outer magnetic pole portions 2 a to 2 c excited by the first coil 3 will be referred to as “first inner magnetic pole portion” hereinafter, and the second outer magnetic pole excited by the second coil 4. The part facing the parts 2d to 2f will hereinafter be referred to as a “second inner magnetic pole part”. The first inner magnetic pole portion and the second inner magnetic pole portion may be configured integrally as shown in FIG. 1 or the like, or may be configured separately.
[0037]
As described above, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c or the second outer magnetic pole portions 2d to 2f of the stator 2 are formed by notching the outer cylinder from the tip direction and parallel to the stepping motor axis along the outer peripheral surface of the magnet. Therefore, the diameter of the stepping motor can be minimized. Suppose that the outer magnetic pole portion is not formed in a comb shape formed by sandwiching a space in the circumferential direction, but is formed by unevenness extending in the radial direction. In this case, in order to effectively act as the magnetic pole portion, it is necessary to reduce the influence of the magnetic flux from the concave portion, to increase the influence of the magnetic flux from the convex portion, and to increase the difference between the concave and convex portions. The diameter of the stepping motor is increased by the difference in the unevenness. In this embodiment, of course, there is no such thing, and only the thickness of one outer magnetic pole part is sufficient.
[0038]
In addition, since the distance between the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the first inner magnetic pole portion and the distance between the second outer magnetic pole portions 2d to 2f and the second inner magnetic pole can be very small, the first A magnetic circuit formed by the coil 3, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the first inner magnetic pole, and a second coil 4, the second outer magnetic pole portions 2d to 2f and the second inner magnetic pole. The magnetic resistance of the magnetic circuit can be reduced. As a result, a large amount of magnetic flux can be generated with a small current, and the output of the stepping motor can be increased, the power consumption can be reduced, and the size of the coil can be reduced.
[0039]
Reference numeral 5 denotes a cover, as shown in FIG. 2, the inner peripheral portion of which is attached to the outer peripheral surfaces of the first outer magnetic pole portions 2 a to 2 c and the second outer magnetic pole portions 2 d to 2 f of the stator 2. 5a is engaged with the shaft portion 1s of the rotor 1 so as to be rotatable.
[0040]
As can be seen from FIG. 4 showing the positional relationship between the magnet portion of the rotor 1 and the stator 2, the outer peripheral surface of the magnet portion is uniformly divided into multiple portions in the circumferential direction (in this embodiment, it is divided into 16 portions). Magnetized portions 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i, 1j, 1k, 1m, 1n, 1p, 1q, 1r are formed by alternately magnetizing the S and N poles. Yes. Here, the magnetized portions 1a, 1c, 1e, 1g, 1i, 1k, 1n, 1q are magnetized to S poles, and the magnetized portions 1b, 1d, 1f, 1h, 1j, 1m, 1p, 1r are N pole is magnetized.
[0041]
Here, the positional relationship between the magnet portion and the outer magnetic pole portion will be described.
[0042]
Similar to the three first outer magnetic pole portions 2a, 2b, and 2c, three second outer magnetic pole portions 2d, 2e, and 2f that face the outer peripheral surface of the magnet portion of the rotor 1 are formed.
[0043]
When the number of divisions on the outer peripheral surface of the magnet portion is NA, the first outer magnetic pole portions 2a, 2b, 2c of the stator 2 are “360 / (NA / 2)” degrees so that they are in phase with the magnetization phase. They are formed to be shifted from each other by an integral multiple of (720 / NA degrees), that is, an integral multiple of θ1 = 45 degrees. The NA in this equation is “16” as can be seen from FIG. Further, the second outer magnetic pole portions 2d, 2e, 2f of the stator 2 are an integral multiple of “360 / (NA / 2)” degrees, that is, an integer of θ2 = 45 degrees, so that they are in phase with the magnetization phase. It is formed by shifting from each other twice. The first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion are arranged so as to be shifted by “θ3 = (2 × m + 1) × 180 / NA” degrees, that is, (11.25 + 22.5 × m) degrees as a whole. M in this formula is an integer. In this embodiment, NA = 16, m = 4, and θ3 = 101.25 degrees.
[0044]
According to said structure, 1st outer side magnetic pole part 2a-2c and 2nd outer side magnetic pole part 2d-2f are comprised so that it may oppose regarding the different angle range with respect to the same rotor 1, respectively. Specifically, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the second outer magnetic pole portions 2d to 2f are arranged on the same circumference in a plane perpendicular to the axis. Therefore, if attention is paid to a part of the outer peripheral surface of the rotor 1, when the rotor 1 rotates, the magnetic flux generated by the first outer magnetic pole parts 2a to 2c and the second outer magnetic pole part 2d with respect to a part of the rotor 1 are rotated. The magnetic flux due to ˜2f acts alternately. Since the two outer magnetic pole portions act on the same portion of the magnet portion of the rotor 1, the adverse effect due to the variation caused by magnetization, etc., which the device disclosed in the conventional Japanese Patent Laid-Open No. 9-331666 has, can be eliminated. Therefore, a stepping motor having stable performance can be obtained. Further, because of such a configuration, the rotor 1 can be configured to be short with respect to the axial direction, and a stepping motor having a short length in the direction parallel to the axial direction can also be obtained.
[0045]
Next, the operation of the stepping stepping motor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0046]
In FIG. 4, the first coil 3 is energized so that the first outer magnetic pole portions 2 a to 2 c of the stator 2 are excited to have an N pole, and the first inner magnetic pole portion is excited to have an S pole. . In this state, the second coil 4 is not energized.
[0047]
In the state shown in FIG. 4, the energization to the first coil 3 is cut off, and the second coil 4 is energized at the same time, so that the second outer magnetic pole portions 2d to 2f of the stator 1 are set to the N poles. As shown in FIG. 5, the rotor 1 rotates 11.25 degrees counterclockwise. Note that only the magnetized portion 1a is shown in gray so that the rotation of the magnet portion can be easily understood.
[0048]
In the state shown in FIG. 5, the energization of the second coil 4 is interrupted, and at the same time, the first coil 3 is energized in the direction opposite to the state shown in FIG. When the inner magnetic pole portion of 1 is excited so as to be N pole, the rotor 1 further rotates 11.25 degrees counterclockwise as shown in FIG.
[0049]
6 from the state shown in FIG. 6, and the second coil 4 is turned on in the opposite direction to the state shown in FIG. 5, that is, the second outer magnetic pole portions 2d to 2f are connected to the S pole and the first coil. When the inner magnetic pole part 2 is excited to be N pole, the rotor 1 further rotates 11.25 degrees counterclockwise as shown in FIG.
[0050]
Thereafter, by sequentially switching the energization direction to the first coil 3 and the second coil 4 and repeatedly interrupting in this way, the comb-shaped first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the second outer The magnetic pole portions 2d to 2f are switched in excitation at different timings, and the rotor 1 rotates to a position corresponding to the energization phase.
[0051]
In the first embodiment, as the first energized state, the first coil 3 is energized in the positive direction, the second coil 4 is de-energized, and the first energized state is not activated. Energized, the second coil 4 is energized in the forward direction, the third energized state, the first coil 3 is energized in the reverse direction, the second coil 4 is de-energized, the fourth energized state, The coil 3 is de-energized and the second coil 4 is reversely energized to switch from the first energized state to the second energized state, the third energized state, and the fourth energized state, and the rotor 1 is rotated. However, in the fifth energization state, the first coil 3 is energized in the positive direction, the second coil 4 is energized in the positive direction, and in the sixth energization state, the first coil 3 is energized in the forward direction. The second coil 4 is energized in the reverse direction, the seventh energized state is established, the first coil 3 is energized in the reverse direction, The fourth coil 4 is reversely energized and the eighth coil is in the eighth energized state, the first coil 3 is reversely energized, the second coil 4 is forwardly energized, the fifth energized state to the sixth energized state, The energized state is switched to the seventh energized state and the eighth energized state, or conversely, the energized state from the fifth energized state to the eighth energized state, the seventh energized state, and the sixth energized state. The energization may be switched so as to switch between. As a result, the rotor 1 rotates to the rotation position corresponding to the energization phase.
[0052]
Although the positional relationship between the first and second outer magnetic pole portions a to f has been described above with reference to FIG. 4 and the like, the positional relationship between the magnet portion and the first and second outer magnetic pole portions a to f will be described below.
[0053]
First, as described above, when the energization state is switched among the first energization state, the second energization state, the third energization state, and the fourth energization state, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the first energization state are changed. The two outer magnetic pole portions 2d to 2f are energized so as to switch the polarity excited one by one. At this time, if the first coil 3 is energized so that the first outer magnetic pole portions 2a to 2c are excited, the central portions of the first outer magnetic pole portions 2a to 2c in the respective states are magnetized. The center portion of the second outer magnetic pole portions 2d to 2f in each state faces the boundary of the magnetized portion of the magnet portion. That is, the state shown in FIGS. 4 and 6 is obtained.
[0054]
On the other hand, if the second coil 4 is energized so that the second outer magnetic pole portions 2d to 2f are excited, the central portions of the second outer magnetic pole portions 2d to 2f in the respective states become magnet portions. The center portion of each of the first outer magnetic pole portions 2a to 2c faces the boundary of the magnetized portion of the magnet portion. That is, the state shown in FIGS. 5 and 7 is obtained.
[0055]
As described above, since the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the second outer magnetic pole portions 2d to 2f are out of phase by the half region of the magnetized portion of the magnet, the first outer magnetic pole portion 2a. Every time energization is switched between ˜2c and the second outer magnetic pole portions 2d to 2f, the rotor 1 rotates corresponding to half the area of the magnetized portion. In other words, if the magnet portion is divided into 16 parts, it rotates by 11.25 (= 360/16/2) degrees.
[0056]
In the present embodiment, the first outer magnetic pole portions 2 a to 2 c are arranged together on one side of the rotor 1 and the second outer magnetic pole portions 2 d to 2 f are arranged on the opposite side of the rotor 1 for the reason that it is easy to wind the coil. However, the present invention is not limited to this, and the first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion may be alternately arranged. However, in this case, it is necessary to devise the arrangement of the first coil and the second coil that excite the outer magnetic pole part. For example, there is a method in which independent coils are alternately arranged in order to excite alternately arranged first outer magnetic pole portions and second outer magnetic pole portions.
[0057]
The rotor 1 includes shaft portions 1s and 1t, and is rotatably held at these portions. However, the rotor 1 is rotatably held at, for example, the inner peripheral surface of the cover 5 at a magnet portion or other circumferential portion. If the structure is adopted, it is possible to provide a hollow stepping motor having a hollow portion, that is, an opening penetrating on the inner diameter side. The structure in such a case is shown in FIG. 8 as a modified example. The rotor 1, the stator 2, and the cover 5 are partially different in shape from those shown in FIGS. 1 to 7 (there is an opening penetrating on the inner diameter side), but are members having equivalent functions, so Is attached.
[0058]
A groove 1 u is formed on the outer peripheral surface of the rotor 1 and is fitted to the protrusion 5 b of the cover 5. As a result, the rotor 1 is rotatably held by the cover 5. The rotor 1 can be used, for example, for driving a camera lens, shutter, or aperture blade by providing a protrusion on the inner diameter portion.
[0059]
FIG. 9 is a schematic longitudinal sectional view showing a lens barrel device provided with the motor having the above configuration as a drive source, and a description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
[0060]
In FIG. 9, reference numeral 50 denotes a helicoid base plate fixed to the outer magnetic pole portion of the stator 2, and 51 denotes a lens holder. A female helicoid portion 50a is formed on the inner diameter portion of the helicoid ground plane 50, and a male helicoid portion 51a is formed on the outer diameter portion of the lens holder 51. The male helicoid portion 51a is connected to the female helicoid portion 50a. The lens holder 51 can be moved in the axial direction by being relatively rotated with respect to the helicoid base plate 50.
[0061]
A lens 52 is fixed to the lens holder 51. When the lens holder 51 moves (displaces) in the optical axis direction, the lens 52 also moves accordingly, and the lens 52 in the optical axis direction moves. The position can be adjusted.
[0062]
The rotor 1 is attached to the fitting portion 50e of the helicoid base plate 50 so as to be rotatable at a 1v portion. A groove 51b is formed in the inner end surface portion of the lens holder 51, and the pin portion 1w of the rotor 1 is fitted in the groove 51b. Accordingly, the lens holder 51 is rotated with the rotation of the rotor 1, and the lens 52 is moved in the axial direction of the apparatus. That is, the position of the lens 52 in the optical axis direction is changed as the rotor 1 rotates.
[0063]
  In the lens barrel device configured as shown in FIG. 9, since the opening on the inner diameter side of the motor itself can be arranged as an optical path, the outer diameter dimension of the entire device is D11 as the diameter of the opening on the inner diameter side. Outline “(the thickness of the rotor 1 + the thickness of the inner magnetic pole portion + the thickness of the outer magnetic pole portion) ×2+ D11 "can be completed. Moreover, since the outer magnetic pole portion is formed by teeth extending in a direction parallel to the motor shaft, the entire lens barrel device can be made very compact.
[0064]
According to the first embodiment, the first coil 3 and the second coil 4 generate magnetic flux across the magnet part of the rotor 1 between the outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part. Magnetic flux can be made to act effectively. As a result, it is possible to improve the output of the motor.
[0065]
In the case of the configuration shown in FIG. 8, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the second outer magnetic pole portions 2d to 2f are configured by comb teeth extending in a direction parallel to the motor shaft. Occupied volume, that is, the volume (cylindrical width dimension) between the outer diameter and the inner diameter of the motor can be minimized. If the outer magnetic pole part is formed with irregularities extending in the radial direction, the difference between the irregularities must be increased in order to effectively act the magnetic flux, and the volume between the outer diameter and the inner diameter of the motor increases accordingly. End up. That is, in the motor as shown in FIG. 8, the volume between the outer diameter and the inner diameter of the motor can be minimized.
[0066]
1 to 9, the magnetic flux generated in the magnetic circuit formed by the first coil 3, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c, and the first inner magnetic pole portion, The magnetic flux generated in the magnetic circuit formed by the coil 4, the first outer magnetic pole portions 2 d to 2 f and the second inner magnetic pole acts on the same magnet portion of the rotor 1. When the rotor 1 rotates, each magnetic circuit acts on the same circumference of the magnet part and uses the same part of the magnet part. It can be set as the motor which becomes the stable performance without receiving.
[0067]
The first coil 3 and the second coil 4 are both disposed adjacent to the end face of the cylindrical magnet portion of the rotor 1, and the first coil 3 and the second coil 4 are parallel to the axis. The magnetic flux generated in the magnetic circuit formed by the first coil 3, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the first inner magnetic pole portion as described above and the second coil 4, the magnetic flux generated in the magnetic circuit formed by the first outer magnetic pole portions 2 d to 2 f and the second inner magnetic pole portion is applied to the same magnet portion of the rotor 1. The dimensions in the axial direction can be configured short.
[0068]
Further, since the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the second outer magnetic pole portions 2d to 2f are made of the same member, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the second outer magnetic pole portion are formed. Mutual errors with the parts 2d to 2f can be suppressed.
[0069]
Furthermore, if the number of magnetic poles on the outer peripheral surface of the rotor 1 is NA, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c are (180 / NA) degrees (magnet) with respect to the second outer magnetic pole portions 2d to 2f. The rotor 1 is rotated to a position corresponding to the energized state by sequentially changing the energizing direction to the first coil and the second coil. Can be made to function as a stepping motor.
[0070]
Next, the shapes of the first outer magnetic pole portions 2a to 2c and the second outer magnetic pole portions 2d to 2f will be described in detail.
[0071]
The rotor 1 is held in the rotational position in a state corresponding to the non-energization of the first coil 3 and the second coil 4. This will be described with reference to FIGS. Here, the relationship between the first outer magnetic pole portions 2a to 2c, the first inner magnetic pole portion, the first coil 3, and the rotor 1 will be described as an example. In the actual motor 1, the relationship between the second outer magnetic pole portions 2d to 2f, the second inner magnetic pole portion, the second coil 4, and the rotor 1 is synthesized with a 180 / NA degree phase shift.
[0072]
In FIG. 10, the vertical axis is generated between the first outer magnetic pole portions 2 a to 2 c and the first inner magnetic pole portion that act on the magnet portion of the rotor 1 when the first coil 3 is not energized. The magnetic force is shown, and the horizontal axis shows the rotational phase of the rotor 1.
[0073]
At the points indicated by points E1 and E2, a negative force acts to return to the original position when attempting to rotate forward, and a positive force acts to return to the original position when attempting to reversely rotate. That is, this is a cogging position where the magnet portion of the rotor 1 is stably positioned at the E1 point or the E2 point by the magnetic force between the magnet and the first outer magnetic pole portion. Points F1, F2, and F3 are stop positions in an unstable equilibrium state in which a rotating force is applied to the positions of the front and rear E1 and E2 points when the phase of the magnet is slightly shifted. In the state where the first coil 3 is not energized, it does not stop at points F1, F2 and F3 due to vibrations or changes in posture, but stops at the position of E1 or E2.
[0074]
Cogging stable points such as points E1 and E2 exist with a period of “360 / NA”, where the number of magnetized magnetic poles is NA, and the intermediate positions are uncertain such as points F1, F2, and F3. Become a fixed point.
[0075]
As a result of the numerical simulation by the finite element method, the angle of the magnetized pole and the angle facing the outer peripheral surface of the magnet part of the outer magnetic pole part (the angle facing the magnet of the outer magnetic pole part is an angle corresponding to A in FIG. 4) )), The state of the attracted state between the outer magnetic pole portion and the magnet when the coil is not energized has been clarified. According to this, the cogging position of the magnet changes depending on the angle of the outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet portion. That is, when the angle of the outer magnetic pole portion facing the outer peripheral surface of the magnet portion is equal to or smaller than a predetermined value, the center of the magnet pole is stably held at a position facing the center of the outer magnetic pole portion. That is, the points E1 and E2 described in FIG. 10 are in this state. Conversely, when the angle of the outer magnetic pole part facing the outer peripheral surface of the magnet part exceeds a predetermined value, the boundary between the poles of the magnet is stably held at a position facing the center of the outer magnetic pole part, This position becomes point E1 and point E2 described in FIG. This will be described with reference to FIG.
[0076]
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the width dimension of the outer magnetic pole part, the cogging torque, and the magnet dimension.
[0077]
In FIG. 11, the horizontal axis is “magnet thickness (diameter thickness) / perimeter length per magnet”, and the vertical axis is “opposite angle to magnet per outer magnetic pole part / angle per magnet pole”. Is.
[0078]
For example, when the outer diameter of the magnet is 10 mm, the inner diameter is 9 mm, and the number of poles is 16, the thickness of the magnet is “(10−9) / 2”, and the outer peripheral length per pole of the magnetized portion of the magnet Since “10 × π / 16”, the value of “magnet thickness / periphery length per magnet pole” on the horizontal axis is 0.255. Also, assuming that the opposing angle to the magnet per outer magnetic pole part is 13 degrees, the angle per magnet pole is 22.5 degrees, so the vertical axis “the opposing angle to the magnet per outer magnetic pole part / The “angle per magnet pole” is 0.578.
[0079]
Each point in FIG. 11 is a plot of the “angle of opposition to the magnet per outer magnetic pole part / angle per magnet pole” of the model where the cogging torque is almost zero or minimum, not shown. For the nine types of motors, the case where the cogging torque is almost zero or the minimum is graphed.
[0080]
In FIG. 11, the vertical axis is “Y = angle of the outer magnetic pole portion with respect to the magnet / angle per magnet pole”, and the horizontal axis is “X = magnet thickness / perimeter length per magnet pole”. These points exist in a region surrounded by a straight line 1 approximated by an expression “Y = −0.3X + 0.63” and a straight line 2 approximated by an expression “Y = −0.3X + 0.72”. .
[0081]
The range below the straight line 1 in the figure, that is, the range of “Y <−0.3X + 0.63” is stably held at a position where the center of the magnet pole faces the center of the outer magnetic pole part. If “0.3X + 0.72”, the boundary between the poles of the magnet is stably held at a position facing the center of the outer magnetic pole part.
[0082]
When the region surrounded by the straight line 1 and the straight line 2, that is, when the condition of the following expression is satisfied, the cogging torque is configured to be almost 0 or extremely small.
[0083]
−0.3X + 0.62 ≦ Y ≦ −0.3X + 0.72
This equation is expressed as follows. When each opposing angle of the outer magnetic poles with respect to the magnet portion is A degrees, the number of magnetic poles is NA, the outer diameter of the magnet is D1, and the inner diameter of the magnet is D2,
(226.8 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) ≦ A ≦ (259.2 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π)
It becomes.
[0084]
In the above example, the number of magnetic poles NA of the magnet 1 is set to 16, the outer diameter D1 of the magnet 1 is set to 10 mm, and the inner diameter D2 of the magnet 1 is set to 9 mm, and (226.8 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) = 12.45 degrees, (259.2 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) = 14.48 degrees. If the facing angle A with respect to the portion satisfies the condition of 12.45 degrees ≦ A ≦ 14.48 degrees, the cogging torque is configured to be almost zero or extremely small.
[0085]
Here, each opposing angle A degree (see FIG. 4) with respect to the outer peripheral surface of the magnet part in the axial direction of the outer magnetic pole part is average if the angle gradually changes depending on the position of the magnet part in the axial direction. It is sufficient that the opposing angle satisfies the above conditional expression. That is, the magnets of the outer magnetic pole portions 2a to 2c near the tip of the outer magnetic pole portion, that is, near the center in the axial direction of the magnet portion, even if each facing angle A degree near the end surface portion of the outer peripheral surface of the magnet portion is 15 degrees, for example. If each opposing angle A degree with respect to the outer peripheral surface of the part is about 13 degrees, the average position of the magnet part in the axial direction is about 14 degrees, so the above conditional expression is satisfied.
[0086]
The experimental results are shown in FIG. 12, FIG. 13, and FIG.
[0087]
12, 13, and 14, as in FIG. 10, the vertical axis indicates the torque due to the magnetic force generated by the outer magnetic pole portion and the inner magnetic pole portion acting on the magnet 1, and the horizontal axis indicates the rotational phase of the magnet 1. . This shows the torque when no power is supplied to the coil, that is, the torque generated when a voltage of 3 V is applied between the coking torque and the coil terminal.
[0088]
This model
・ The magnet has an outer diameter of 10.6mm, an inner diameter of 9.8mm, and 16 poles.
・ The coil has 112 turns and 10Ω resistance
-The outer magnetic pole part of the stator has an outer diameter of 11.6 mm and an inner diameter of 11.1 mm.
-The inner magnetic pole part of the stator has an outer diameter of 9.3mm and an inner diameter of 8.8mm.
This is a cylindrical configuration.
[0089]
In FIG. 12, each opposing angle A degree with respect to the magnet of the outer magnetic pole part is 10.35 degrees. The values of X and Y are X = 0.192 and Y = 0.46.
[0090]
In FIG. 13, each facing angle A degree with respect to the magnet of the outer magnetic pole part is 13.45 degrees. In this case, the torque generated when no power is supplied, that is, the coking torque is the smallest. The values of X and Y are X = 0.192 and Y = 0.60.
[0091]
In FIG. 14, each opposing angle A degree with respect to the magnet of the outer magnetic pole portion is 15.52 degrees. The values of X and Y are X = 0.192 and Y = 0.69.
[0092]
The combination shown in FIG. 13 is most desirable because the torque generated when the coil is energized does not decrease and the motor has a high output and can rotate smoothly even with a small current.
[0093]
FIG. 15 shows the values obtained by the configurations of FIGS. 12, 13, and 14 on the straight lines 1 and 2 obtained in FIG. 11 as a, b, and c, respectively. b is certainly the above conditional expression
(226.8 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) ≦ A ≦ (259.2 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π)
Meet.
[0094]
Therefore, by using the stepping motor having the configuration illustrated in FIG. 13, the cogging torque is configured to be almost zero or extremely small, and the torque generated when the coil is energized does not decrease, and the motor has a high output and a small current. But it can rotate smoothly.
[0095]
(Second Embodiment)
16 to 18 are diagrams according to the second embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 16 is an exploded perspective view of the motor, and FIG. 17 is a part of the relationship between the magnet, the stator, the coil, and the like is omitted. FIG. 18 is a plan view when the motor shown in FIG. 16 is disposed in the lens barrel.
[0096]
In these figures, reference numeral 61 denotes a rotor, which is composed of a shaft portion and a cylindrical magnet portion made of a permanent magnet. This magnet portion has an outer peripheral surface that is divided into multiple parts in the circumferential direction, that is, the number of magnetic poles becomes NA (in this embodiment, it is divided into 6 so that NA = 6). Is magnetized. The shaft portion and the cylindrical magnet portion may be formed integrally, or may be formed separately and then joined together by bonding or press-fitting. In addition, by configuring the magnet portion with a plastic magnet material that is molded by injection molding or the like, the radial thickness of the cylindrical shape can be extremely reduced. The inner peripheral surface of the magnet portion has a weak magnetization distribution compared to the outer peripheral surface, or is not magnetized at all, or is opposite to the outer peripheral surface, that is, within the range when the outer peripheral surface is an S pole. The peripheral surface is one of those magnetized to the N pole. The shaft portions 61 s and 61 t of the rotor 61 are rotatably fitted in fitting holes 67 a of a bearing 67 and a fitting hole 66 a of the bearing 66 described later.
[0097]
Reference numeral 62 denotes a stator made of a soft magnetic material, to which the bearing 66 is attached. In the second embodiment, an inner cylindrical portion 62c, which will be described later, is also integrally formed with the first outer magnetic pole portion 62a and the second outer magnetic pole portion 62b. It does not matter if it is configured. The first outer magnetic pole part 62 a and the second outer magnetic pole part 62 b of the stator 62 are formed in a comb-teeth shape extending in a direction parallel to the axis of the cylindrical rotor 61. As described above, since the first outer magnetic pole portion 62a and the second outer magnetic pole portion 62b are integrally formed, the mutual error between the first outer magnetic pole portion 62a and the second outer magnetic pole portion 62b is small. It is possible to suppress variations in motor performance due to assembly.
[0098]
The inner cylindrical portion 62 c of the stator 62 constitutes an inner magnetic pole portion facing the inner peripheral surface of the magnet portion of the rotor 61. The magnet of the rotor 61 is composed of the inner magnetic pole portion and the first outer magnetic pole portion 62a constituted by the inner cylindrical portion 62c, and the inner magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion 62b constituted by the inner cylindrical portion 62c. The part is sandwiched with a predetermined gap.
[0099]
Reference numeral 63 denotes a first coil wound around the first outer magnetic pole portion 62a. When energized, the first outer magnetic pole portion 62a and the inner magnetic pole facing the first outer magnetic pole portion 62a are provided. Part of the inner cylindrical portion 62c, which is a portion, is excited, and a magnetic flux crossing the magnet portion of the rotor 61 is generated between the magnetic poles, and effectively acts on the magnet. Of course, in this case, the first outer magnetic pole portion 62a and the inner magnetic pole portion opposed thereto are excited to different poles. Reference numeral 64 denotes a second coil wound around the second outer magnetic pole portion 62b. When energized, one of the inner cylindrical portions 62c, which is the inner magnetic pole portion facing the second outer magnetic pole portion 62b, is provided. Energize the part. Of course, in this case, the second outer magnetic pole part and the inner magnetic pole part opposite to the second magnetic pole part are excited to different poles, and a magnetic flux crossing the magnet part of the rotor 61 is generated between the magnetic poles. Works.
[0100]
Both the first coil 63 and the second coil 64 are disposed adjacent to the same end surface in the axial direction of the rotor 61.
[0101]
The portion of the inner cylindrical portion 62c that faces the first outer magnetic pole 62a is excited by the first coil 63, and the portion of the inner cylindrical portion 62c that faces the second outer magnetic pole 62b is excited by the second coil 4. However, they are excited independently of each other. The portion of the inner cylindrical portion 62c that faces the first outer magnetic pole portion 62a excited by the first coil 63 is hereinafter referred to as a “first inner magnetic pole portion” and is excited by the second coil 64. The portion of the inner cylindrical portion 62c that faces the outer magnetic pole portion 62b is hereinafter referred to as a “second inner magnetic pole portion”. The first inner magnetic pole part and the second inner magnetic pole part are also formed like teeth extending in a direction parallel to the axis, as in the first outer magnetic pole part 62a or the second outer magnetic pole part 62b. May be.
[0102]
Since the distance between the first outer magnetic pole part 62a and the first inner magnetic pole part (62c) and the distance between the second outer magnetic pole part 62b and the second inner magnetic pole part (62c) can be very small, A magnetic circuit formed by one coil 63, a first outer magnetic pole portion 62a, and a first inner magnetic pole portion, and a second coil 64, a second outer magnetic pole portion 62b, and a second inner magnetic pole portion. The magnetic resistance of the magnetic circuit can be reduced. As a result, a large amount of magnetic flux can be generated with a small current, and the motor output can be increased, the power consumption can be reduced, and the coil can be reduced in size.
[0103]
Reference numeral 65 denotes a cover, and a bearing 67 is attached to 65a. A bearing 66 is attached to the stator 62. The shaft portions 61 s and 61 t of the rotor 61 are rotatably fitted in the fitting holes 67 a of the bearing 67 and the fitting holes 66 a of the bearing 66. Reference numeral 68 denotes a lead screw, which is fixed to the shaft portion 61 s of the rotor 61 and rotates integrally with the rotor 61. Reference numeral 69 denotes a lens holder, and reference numeral 70 denotes a lens fixed to the lens holder 69. The lens holder 69 is held by a guide (not shown) so as to be movable in the optical axis direction. A female screw portion 69b provided in the holding portion 69a is engaged with the lead screw 68, and the lead screw 68 rotates to be parallel to the optical axis. Move to.
[0104]
The rotation axis of the rotor 61 is arranged in parallel with the optical axis of the lens 70, and the lens holder 69 and the lens 70 are driven along the optical axis by a lead screw 68 that rotates integrally with the rotor 61.
[0105]
As shown in the plan view of FIG. 17, in the second embodiment, the first outer magnetic pole portion 62a around which the first coil 63 is wound and the second coil 64 around which the first coil 63 is wound. The second outer magnetic pole portion 62b is arranged at a position where the θ degree phase is shifted when the rotation center of the rotor 61 is considered as a reference. Here, θ degrees is “180 degrees−180 degrees / NA”. That is, in this second embodiment, “NA = 6”, so θ degree is 150 degrees. Thus, by setting “θ degrees = (180 degrees−180 degrees / NA)”, the dimension of L11 in the drawing can be set to the minimum by the arrangement of the first coil 63 and the second coil 64.
[0106]
When the motor in which the first outer magnetic pole part 62a and the second outer magnetic pole part 62b are arranged in the lens barrel, as shown in FIG. 18, the first outer magnetic pole part 62a and the second outer magnetic pole part 62b are arranged. The outer magnetic pole part 62b is arranged on substantially the same circle with the optical axis of the lens 70 as the center. Alternatively, the first coil 63 that excites the first outer magnetic pole part 62 a and the second coil 64 that excites the second outer magnetic pole part 62 b are arranged on substantially the same circle with the optical axis of the lens 70 as the center. . In the second embodiment, the first outer magnetic pole part 62a, the second outer magnetic pole part 62b, the first coil 63, and the second coil 64 are all equidistant from the optical axis of the lens 70 by the distance R1. It is set to.
[0107]
By arranging in this way, the dimension of D3 in FIG. 27 can be made smaller, and a very compact lens barrel can be obtained.
[0108]
Further, the first outer magnetic pole part 62a and the second outer magnetic pole part 62b are arranged with their phases shifted by “θ degrees = (180 degrees−180 degrees / NA)” when the rotation center of the rotor 61 is considered as a reference. However, the first coil 63 and the second coil 64 or the first outer side are arranged by arranging such that the angle of θ degrees is between the rotation center of the rotor 61 and the optical axis center. The magnetic pole part 62a and the second outer magnetic pole part 62b are arranged along the cylindrical shape of the lens barrel, so that more compactness is achieved. This is shown in FIG.
[0109]
As shown in FIG. 19, by cutting out a part of the stator 62 and a part of the cover 65 (see FIG. 16), the outer diameter dimension can be reduced by T1, the inner diameter dimension can be increased by T2, and within a narrow cylindrical shape. Can be placed.
[0110]
FIG. 20 shows an example in which the angle of θ degrees is outside the rotation center of the rotor 61 with respect to the optical axis center. In this case, since the first coil 63 and the second coil 64 or the first outer magnetic pole portion 62a and the second outer magnetic pole portion 62b are not arranged along the cylindrical shape of the lens barrel, the size reduction is somewhat hindered. . That is, it is understood that the inner diameter dimension is only increased by T3, and compactness is inhibited as compared with FIG.
[0111]
Further, the first outer magnetic pole portion 62a and the second outer magnetic pole portion 62b are each set to have an opposing angle with respect to the magnet portion of A degrees (FIG. 17), the number of magnetic poles to be NA, and the magnet's number, as in the first embodiment. If the outer diameter is D1 and the inner diameter of the magnet is D2, “(226.8 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) ≦ A ≦ (259.2 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) ”.
[0112]
With this configuration, the cogging torque is configured to be almost 0 or extremely small as in the first embodiment, the torque generated when the coil is energized does not decrease, and the output is high and small as a motor. It can rotate smoothly even with an electric current.
[0113]
As described above, the first outer magnetic pole portion 62a and the second outer magnetic pole portion 62b are arranged with a phase shift of “θ degrees = (180 degrees−180 degrees / NA)”. Similarly to the first embodiment described above, the second outer magnetic pole portion 62b is “(2 × m + 1) × 180 / with respect to the center of the rotor 61, where m is an integer with respect to the first outer magnetic pole portion 62a. It can also be expressed that the phase is shifted to the outer peripheral surface of the magnet portion of the rotor 61 with a phase difference of “NA”.
[0114]
Organizing the above
1) As in the first embodiment, the first outer magnetic pole portion 62a and the second outer magnetic pole portion 62b are each set to have an opposing angle with respect to the magnet portion of A degrees, the number of magnetic poles NA, and the outer diameter of the magnet D1. When the inner diameter of the magnet is D2,
(226.8 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) ≦ A ≦ (259.2 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π)
It is comprised so that. Therefore, the cogging torque is configured to be almost 0 or extremely small, the torque generated when the coil is energized does not decrease, the motor has a high output, and it can rotate smoothly even with a small current.
[0115]
2) Since both the first coil 63 and the second coil 64 are arranged adjacent to the same end surface in the axial direction of the rotor 61, the axial dimension of the motor can be shortened.
[0116]
3) Using such a motor, the lead screw 68 is fixed to the output shaft as shown in FIG. 8, the lens optical axis, the output shaft of the motor and the lead screw 68 are arranged in parallel, and the lens is rotated by the rotation of the lead screw 68. Even in the structure in which the lens 70 is moved, the dimension in the axial direction is not so long, so that the lens can be accurately positioned without impairing the compactness of the optical device.
[0117]
4) Since the two magnetic circuits for driving the motor act on the same portion of the rotor 62, it is possible to make the motor less affected by uneven magnetization of the rotor 62 and having high rotational accuracy.
[0118]
5) Since the first outer magnetic pole part 62a and the first inner magnetic pole part and the second outer magnetic pole part 62b and the second inner magnetic pole part constituting the two magnetic circuits can be constituted by the same component, that is, the stator 62. The relative positions of the magnetic pole portions can be configured with high accuracy, and the motor can be configured with little variation in performance and can be configured at low cost.
[0119]
6) Since the first outer magnetic pole part 62a and the first inner magnetic pole part are excited by energization of the first coil 63, a magnetic flux crossing the magnet part of the rotor 61 is generated between the magnetic pole parts. Acts on the magnet. Similarly, the second outer magnetic pole portion 62b and the second inner magnetic pole portion are excited by energization of the second coil 64, and a magnetic flux crossing the magnet portion of the rotor 61 is generated between the magnetic pole portions. Acting on the magnet. For this reason, it can be set as a motor with a high output.
[0120]
7) The first outer magnetic pole part 62a and the second outer magnetic pole part 62b are arranged at positions where the θ-degree phase is shifted when the rotation center of the rotor 61 is considered as a reference. Here, since θ degrees is “(180 degrees−180 degrees / NA)”, the L11 dimension can be reduced.
[0121]
8) The first outer magnetic pole part 62a and the second outer magnetic pole part 62b are arranged on substantially the same circle with the optical axis of the lens 70 as the center, or the first outer magnetic pole part 62a is excited. The second coil 64 that excites the coil 63 and the second outer magnetic pole portion 62 b is arranged on substantially the same circle with the optical axis of the lens 70 as the center. By arranging in this way, the dimension of D3 in FIG. 27 can be made smaller, and a very compact lens barrel can be obtained.
[0122]
9) The first outer magnetic pole portion 62a and the second outer magnetic pole portion 62b are arranged with a phase shift of “θ degrees = (180 degrees−180 degrees / NA)” when the rotation center of the rotor 61 is considered as a reference. However, the first coil 63 and the second coil 64 or the first outer side can be obtained by arranging the angle of θ degrees to be between the rotation center of the rotor 61 and the optical axis center. The magnetic pole part 62a and the second outer magnetic pole part 62b are arranged along the cylindrical shape of the lens barrel, so that more compactness is achieved.
[0123]
10) The first coil 3 and the second coil 4 are both disposed adjacent to the end face of the cylindrical magnet portion of the rotor 1, and the first coil 3 and the second coil 4 are parallel to the axis. And the second magnetic flux generated in the magnetic circuit formed by the first coil 3, the first outer magnetic pole portions 2a to 2c, 62a and the first inner magnetic pole portion as described above, and the second magnetic flux. Because the magnetic flux generated in the magnetic circuit formed by the coil 4, the first outer magnetic pole portions 2d to 2f, 62b and the second inner magnetic pole portion is applied to the same magnet portion of the rotor 1. The dimensions of the motor in the axial direction can be configured to be short.
[0124]
(Third embodiment)
FIG. 21 is an exploded perspective view showing an opening amount adjusting apparatus according to the third embodiment of the present invention. The opening amount adjusting member is driven by the motor having the configuration of the second embodiment shown in FIG. It is what you do. Therefore, the motor has the same effects (1) to 10)) as those of the second embodiment, and the description thereof is omitted here.
[0125]
In FIG. 21, reference numeral 80 denotes a pinion gear that is fixed to the shaft portion 61 s of the rotor 61 and rotates integrally with the rotor 61. Reference numeral 81 denotes a blade drive ring rotatably attached to a ground plate (not shown). The gear portion 81 a meshes with the pinion gear 80 and is driven by the rotor 61. Reference numeral 82 denotes a base plate having openings 82a to 2c formed at the center. Projections 82d to 2f and 82c projecting in a direction parallel to the optical axis are integrally formed, and the projections 81b and 81c of the blade drive ring 81 are applied. The long holes 82d and 82e that restrict the rotation of the blade drive ring 81 by contact are formed. That is, the blade drive ring 81 can rotate between the positions where the protrusions 82d to 2f and 82c are regulated by the long holes 82d and 82e.
[0126]
Reference numerals 83 and 84 denote shutter blades. A round hole 83a of the shutter blade 83 is rotatably fitted in the protrusions 82d to 2f of the base plate 82, and a long hole 83b of the shutter blade 83 slides on the protrusion 81b of the blade drive ring 81. The round hole 84a of the shutter blade 84 is rotatably fitted to the protrusion 82c of the main plate 82, and the long hole 84b of the shutter blade 84 is slidably fitted to the protrusion 81c of the blade drive ring 81. . Reference numeral 85 denotes a shutter blade pressing plate in which a maximum opening 85a that restricts the maximum opening amount is formed at the center, and is fixed to the base plate 82 with the shutter blade 83 and the shutter blade 84 interposed therebetween with a predetermined gap therebetween. It serves as an axial receiver for the blades 83 and the shutter blades 84.
[0127]
Due to the rotation of the blade drive ring 81, the elongated hole 83 b of the shutter blade 83 is pushed by the protrusion 81 b of the blade drive ring 81 and rotates around the round hole 83 a, and the shutter blade 84 has the elongated hole 84 b of the blade drive ring 81. Between the light shielding position that is pushed by the protrusion 81c and rotates around the round hole 84a to cover the maximum opening 85a of the shutter blade press 85 and the openings 82a to 2c of the base plate 82 and the exposure position that allows light to pass therethrough. It is comprised so that it may drive.
[0128]
In the third embodiment, as in the second embodiment, the first outer magnetic pole portion 62a and the second outer magnetic pole portion 62b are centered on the optical axis of a lens (not shown) or the maximum of the light amount adjusting device. It arrange | positions on the substantially same circle centering on the optical axis center of an opening part. Alternatively, the first coil 63 for exciting the first outer magnetic pole portion 62a and the second coil 64 for exciting the second outer magnetic pole portion 62b are centered on the optical axis of a lens (not shown) or the maximum aperture of the light amount adjusting device. They are arranged on substantially the same circle with the center of the optical axis of the part as the center. By arranging in this way, the dimension of D3 in FIG. 27 can be made smaller, and a very compact lens barrel can be obtained.
[0129]
Finally, the effects of the above-described embodiments are listed below while clearly showing the correspondence with the claims.
[0130]
A rotor 1, 61 having a cylindrical magnet portion, first coils 3, 63, and a first comb-like shape that faces the outer peripheral surface of the magnet portion and extends in the direction of the rotation axis of the rotor. Outer magnetic pole portions 2a to 2c, 62a, first inner magnetic pole portions 2g, 62c facing the inner peripheral surface of the magnet, second coils 4, 64, and the first outer magnetic pole portion. , (2 × m + 1) × 180 / NA) second outer magnetic pole portion 2d having a comb-teeth shape facing the outer peripheral surface of the magnet portion with a phase shift and extending in the rotation axis direction of the rotor. 2f, 62b and second inner magnetic pole portions 2g, 62c facing the inner peripheral surface of the magnet portion, and the number of poles divided and magnetized in the circumferential direction of the magnet portion is NA, The outer diameter of the magnet part is D1, the magnet part When the inner diameter dimension of the magnet portion is D2, the first and second outer magnetic pole portions are equally arranged on the outer peripheral surface of the magnet portion at an angle that is an integral multiple of (720 / NA) degrees, and each has a predetermined angle A. It is a thing which opposes only by the degree, "(226.8 / NA) -54x (D1-D2) / (D1xπ) <= A <= (259.2 / NA) -54x (D1-D2) / (D1 × π) ”.
[0131]
As described above, the angle (A degree) of the first and second outer magnetic pole portions with respect to the outer peripheral surface of the magnet portion is “(226.8 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × (π) ≦ A ≦ (259.2 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) ”, the first and second outer magnetic pole portions, the rotor magnet portion, The attraction force (cogging torque) generated during this period is almost 0 or extremely small, the output is high, and it can rotate smoothly even with a small current.
[0132]
In addition, since the first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, and the like are arranged on the same circumference in a plane perpendicular to the rotation axis direction of the rotor, each member has the same rotor. Since the magnetic flux is applied to the same portion of the magnet portion and the magnetic flux is generated between the same portions even if there is uneven magnetization, smooth rotation can be ensured. Furthermore, the motor in the direction of the rotation axis can be reduced in size and the number of parts is reduced and the motor has a simple structure.
[0133]
Further, by configuring the first outer magnetic pole part, the first outer magnetic pole part, the first outer yoke part and the first outer yoke part with the same member, there is no variation in each member, The function that acts to cancel out the attractive force can be exerted to the maximum, and the negative influence on the driving torque by the attractive force can be made smaller.
[0134]
Further, since the first and second outer magnetic pole portions have a comb shape extending in the axial direction of the rotor, the motor can be reduced in diameter.
[0135]
Further, as in the second embodiment, in the apparatus including the motor that satisfies the above-described condition and the lens 70 that is moved in the optical axis direction using the rotation output of the motor, the motor includes the motor. As shown in FIG. 118, the motors are arranged so that the winding centers of the first coil 63 and the second coil 64 are located on substantially the same circle with the optical axis of the lens as the center. Thus, the device can be made compact.
[0136]
The first coil 63 included in the motor includes a motor that satisfies the above conditions and an opening amount adjusting member (shutter blades 83 and 84) that changes the opening area of the opening 82a as an optical path. By disposing the motor so that the winding centers of the second coil 64 and the second coil 64 are located on substantially the same circle centered on the opening center of the opening, the device can be made compact. .
[0137]
【The invention's effect】
  As explained above, claim 1Or 2According to the invention described in the above, it is possible to minimize the attractive force generated between the first outer magnetic pole portion and the second outer magnetic pole portion and the magnet portion of the rotor, and the output is high and small. A stepping motor that can rotate smoothly even with an electric current and that can achieve downsizing can be provided.
[00138]
  Claims3 to 5According to the invention described in any one of the above, it is possible to provide an optical device that can achieve downsizing of the device itself that uses a small stepping motor that has a high output and can rotate smoothly even with a small current as a drive source. Is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a motor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a plane parallel to the axial direction of the motor of FIG.
3 is a cross-sectional view taken along a plane that passes through the coil of the motor of FIG. 1 and is perpendicular to the axial direction.
4 is a view showing a positional relationship between a magnet part and an outer magnetic pole part of the motor shown in FIG. 1. FIG.
5 is a diagram showing a positional relationship between a magnet part and an outer magnetic pole part when energization of the motor of FIG. 4 is changed. FIG.
6 is a view showing a positional relationship between a magnet portion and an outer magnetic pole portion when energization of the motor of FIG. 5 is changed. FIG.
7 is a diagram showing a positional relationship between a magnet part and an outer magnetic pole part when energization of the motor of FIG. 6 is changed.
FIG. 8 is a view showing a modification of the motor according to the first embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view of a lens barrel device using the motor of FIG.
FIG. 10 shows the state of the magnetic force generated between the first outer magnetic pole portion and the first inner magnetic pole portion acting on the rotor magnet portion when the coil is not energized in the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the width dimension of the outer magnetic pole, the cogging torque, and the magnet dimension in the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the torque and the rotational phase of the rotor, which are experimental results in the first embodiment of the invention.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the torque and the rotational phase of the rotor, which are experimental results in the first embodiment of the invention.
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the torque and the rotational phase of the rotor, which are experimental results in the first embodiment of the invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between the width dimension of the outer magnetic pole, the cogging torque, and the magnet dimension in the experimental model according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an exploded perspective view of a motor according to a second embodiment of the present invention.
17 is an exploded plan view showing a relationship among a magnet, a stator, a coil, and the like shown in FIG.
18 is a plan view when the motor shown in FIG. 16 is arranged in the lens barrel. FIG.
FIG. 19 is a plan view when the motor shown in FIG. 16 is also arranged in the lens barrel.
20 is a plan view when the motor shown in FIG. 16 is also disposed in the lens barrel. FIG.
FIG. 21 is an exploded perspective view showing a light amount adjusting apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration example of a conventional step motor.
23 is a partial cross-sectional view schematically showing the state of the magnetic flux of the stator in the step motor shown in FIG.
FIG. 24 is a schematic longitudinal sectional view showing another structural example of a conventional solid cylindrical step motor.
FIG. 25 is a configuration diagram of a conventional thin coin-shaped motor.
26 is a cross-sectional view showing a state of magnetic flux of the motor shown in FIG. 25. FIG.
27 is an explanatory diagram showing the size of a cross section of a lens barrel base plate or a light amount adjusting device when a solid cylindrical step motor as shown in FIG. 25 is used.
[Explanation of symbols]
1,61 rotor
1a to 1r Magnetized part of magnet part
2 Stator
2a-2c 1st outer side magnetic pole part
2d-2f 2nd outer side magnetic pole part
2g Inner cylinder (first and second inner magnetic poles)
3,63 1st coil
4,64 second coil
50 Helicoid ground plane
50a Female helicoid part
51 Lens holder
51a Male helicoid part
51b Groove (lens holder)
62 Stator
62a First outer magnetic pole portion
62b Second outer magnetic pole portion
62c Inner cylinder part (1st, 2nd inner side magnetic pole part)
70 lenses
82a opening
83,84 Shutter blade

Claims (5)

外周面が周方向に複数に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネット部を備え、その中心を軸として回転可能なロータと、前記ロータの回転軸方向に隣り合わせて配置される第１のコイルと、前記第１のコイルにより励磁され、前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第１の外側磁極部と、前記第１のコイルにより励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第１の内側磁極部と、前記ロータの回転軸方向に隣り合わせて配置される第２のコイルと、前記第２のコイルにより励磁され、前記第１の外側磁極部に対して、ｍを整数とし、ＮＡを前記マグネット部の周方向に分割されて着磁されている極数とすると、（（２×ｍ＋１）×１８０／ＮＡ）度位相がずれて前記マグネット部の外周面に対向すると共に前記ロータの回転軸方向に延出した櫛歯形状をした第２の外側磁極部と、前記第２のコイルにより励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第２の内側磁極部とを有し、
前記第１の外側磁極部、前記第２の外側磁極部、前記第１の内側磁極部及び前記第２の内側磁極部は同一部材で一体的に構成され、
前記マグネット部の外径寸法をＤ１、前記マグネット部の内径寸法をＤ２とすると、前記第１及び第２の外側磁極部は、前記マグネット部の外周面に（７２０／ＮＡ）度の整数倍の角度で等分配置されかつ各々が所定の角度Ａ度だけ対向するものであって、
前記角度Ａ度は下記の式
（２２６．８／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）≦Ａ≦（２５９．２／ＮＡ）−５４×（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１×π）
を満足することを特徴とするステッピングモータ。A cylindrical magnet portion having an outer peripheral surface divided into a plurality of portions in the circumferential direction and alternately magnetized to different poles, and a rotor that can rotate around the center thereof, are arranged adjacent to each other in the rotation axis direction of the rotor. A first coil having a comb tooth shape that is excited by the first coil and faces the outer peripheral surface of the magnet portion and extends in the rotation axis direction of the rotor, The first inner magnetic pole portion that is excited by the first coil and faces the inner peripheral surface of the magnet portion , the second coil that is arranged adjacent to the rotation axis direction of the rotor, and the second coil When m is an integer and NA is the number of poles magnetized by being divided in the circumferential direction of the magnet portion with respect to the first outer magnetic pole portion , ((2 × m + 1) × 180 / NA) degrees out of phase Opposed to the outer peripheral surface of the magnet portion and is excited by the second outer magnetic pole portion having a comb shape extending in the rotation axis direction of the rotor, and the inner peripheral surface of the magnet portion. A second inner magnetic pole part
The first outer magnetic pole part, the second outer magnetic pole part, the first inner magnetic pole part and the second inner magnetic pole part are integrally formed of the same member,
When the outer diameter dimension of the magnet part is D1 and the inner diameter dimension of the magnet part is D2, the first and second outer magnetic pole parts are integral multiples of (720 / NA) degrees on the outer peripheral surface of the magnet part. Are equally divided by angles and each face a predetermined angle A degrees,
The angle A is expressed by the following formula (226.8 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1 × π) ≦ A ≦ (259.2 / NA) −54 × (D1−D2) / (D1. × π)
Stepping motor characterized by satisfying 前記第１の外側磁極部と前記第２の外側磁極部は、前記ロータの回転軸方向と垂直な面において同一円周上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。  2. The stepping motor according to claim 1, wherein the first outer magnetic pole part and the second outer magnetic pole part are arranged on the same circumference in a plane perpendicular to the rotation axis direction of the rotor. . 請求項１又は２に記載のステッピングモータと、該ステッピングモータの回転出力を用いて光軸方向に移動させられるレンズとを有し、
前記ステッピングモータに具備される前記第１のコイルと前記第２のコイルそれぞれの巻回中心が前記レンズの光軸を中心とした概略同一円上に位置するように、前記ステッピングモータを配置したことを特徴とする光学装置。 The stepping motor according to claim 1 or 2, and a lens that is moved in the optical axis direction by using the rotation output of the stepping motor,
The stepping motor is arranged so that the winding centers of the first coil and the second coil provided in the stepping motor are located on substantially the same circle centered on the optical axis of the lens. An optical device characterized by the above. 前記ステッピングモータに具備される前記ロータに一体的に形成されるリードスクリューと、該リードスクリューに係合し、該リードスクリューの回転に伴って光軸と平行方向に位置変化する係合部材とを有し、
前記係合部材は前記レンズを一体的に保持し、前記レンズを光軸方向に移動させることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。 A lead screw formed integrally with the rotor provided in the stepping motor; and an engaging member that engages with the lead screw and changes its position in a direction parallel to the optical axis as the lead screw rotates. Have
The optical device according to claim 3, wherein the engagement member integrally holds the lens and moves the lens in an optical axis direction . 請求項１又は２に記載のステッピングモータと、光路としての開口部の開口面積を変更する開口量調節部材とを有し、
前記ステッピングモータに具備される前記第１のコイルと前記第２のコイルそれぞれの巻回中心が前記開口部の開口中心を中心とした概略同一円上に位置するように、前記ステッピングモータを配置したことを特徴とする光学装置。 The stepping motor according to claim 1 or 2, and an opening amount adjusting member that changes an opening area of the opening as an optical path ,
The stepping motor is arranged so that the winding centers of the first coil and the second coil provided in the stepping motor are located on substantially the same circle centering on the opening center of the opening. An optical device .
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