JP4012242B2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明は、カメラ等の小型電子機器の駆動源として好適に搭載されるステッピングモータに関するものである。

従来のレンズシャッタカメラのシャッタ装置としては、図１８に示すものがある。

同図において、１０１は永久磁石、１０２は駆動レバー、１０２ａは駆動レバー１０２に設けられた駆動ピンである。駆動レバー１０２は永久磁石１０１に固着され、該永久磁石１０１と一体的に回転する。１０３はコイル、１０４，１０５は軟磁性材料から成り、コイル１０３により励磁されるステータである。ステータ１０４とステータ１０５は１０４ａ部と１０５ａ部において接合されており、磁気回路上一体となっている。コイル１０３への通電により、ステータ１０４及びステータ１０５が励磁され、永久磁石１０１は所定の角度内を回転駆動する。１０６，１０７はシャッタ羽根であり、１０８は開口部１０８ａを有する地板である。シャッタ羽根１０６，１０７は地板１０８のピン１０８ｂ，１０８ｃに対して穴部１０６ａ，１０７ａが回転可能に取り付けられ、長穴１０６ｂ，１０７ｂが駆動ピン１０２ａに摺動可能に嵌合し、永久磁石１０１とともに駆動レバー１０２が回転することで、該シャッタ羽根１０６，１０７は穴部１０６ａ，１０７ａを中心として回転駆動され、不図示の開口を開閉する。

この他の形態としては、コストアップを防ぐ為に永久磁石をプラスチックマグネットで形成し、駆動ピンを一体的に成形したものもある。

１０９はシャッタ羽根１０６，１０７を地板１０８との間で移動可能に保持する前地板であり、１１０はステータ１０４，１０５を保持し、永久磁石１０１を回転可能に保持する後地板である。

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

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

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

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

上記の従来のシャッタ装置においては、コイルやステータが地板上において多くの範囲を占めてしまい、他のアクチエータやレンズのガイド棒等を配置する事が困難になってしまう欠点があった。この点に鑑み、本願出願人により特許文献１において、以下の光量調節装置が提案されている。

図１９に特許文献１に開示の光量調節装置の分解斜視図を、図２０に図１９の光量調節装置の軸方向の断面図を、それぞれ示す。この光量調節装置は、少なくとも外周面が周方向に分割して異なる極に交互に着磁され、回転中心を軸として回転可能なマグネット２０１を備え、該マグネット２０１の軸方向にコイル２０２を配置し、該コイル２０２により励磁される外側磁極部２０３ａ及び内側磁極部２０３ｂがマグネット２０１の外周面及び内周面に対向するステータ２０３、該ステータ２０３の内側磁極部２０３ｂに固定され、コイル２０２により励磁される補助ステータ２０４、前記マグネット２０１に一体構成された羽根駆動ピン２０１ｈを具備する駆動装置であるアクチュエータと、開口部２０５ａを備えた地板２０５と、前記アクチュエータの羽根駆動ピン２０１ｈにより駆動され、地板２０５の開口部２０５ａの開口量を調節する光量調節羽根２０７，２０８を備えた構成となっている。２０６は押さえ板である。

上記ような構成の光量調節装置とすることにより、コイルとマグネットが軸方向に配置されるので、これらが地板上において多くの範囲を占めないコンパクトな装置となる等、大きな効果を有するものとなる。

しかし、上記アクチュエータを採用したデジタルカメラ等のさらなる小型化の要求により、アクチュエータ自体の小型化に加えて薄型化を図る必要がある。しかし、前記のアクチュエータはコイルとマグネットが軸方向に配置されているので極端な薄型化はマグネットの周方向の着磁効率の低下などから、該アクチュエータの効率の低下が生じる可能性があり、困難であった。

一方、回転軸を有するアクチュエータの原理はステッピングモータにも応用されている。

図２１に、従来技術の一例として特許文献２に開示された、２相ステップモータの部分断面図を示す。このステッピングモータは、回転軸３１１に固定された円板形の磁性体３０３を介して重ね合わされた一対の永久磁石３０１，３０２を有し、それらは軸方向に着磁された複数の磁極が周方向に交互に異磁極となるように形成され、それぞれの永久磁石に対向するステータ３０７，３０８には外向き放射状に突出する内歯３０５と内向き放射状に突出する外歯３０６が形成されている。また、ステータ３０７，３０８にはそれぞれを励磁する励磁コイル３０９，３１０が具備され、かつ、永久磁石３０１，３０２の両側に相互に電気角の（１／２）πずれるように位置決めされている。

ここで磁束の流れを参照すると、励磁コイル３０９を囲むハウジング３１７→外歯３０６→永久磁石３０１→磁性体３０３→永久磁石３０２→内歯３０５→ハウジング３１８となっている。永久磁石とは、マグネットのことである。ここでは磁束の入口、出口となる内歯３０５と外歯３０６が平面着磁されたマグネットに対向する為には、実際上、内歯と外歯がほぼ同一平面状にあることになる。また、磁性体３０３は単にバックメタルとして機能し、励磁コイル３０９，３１０には励磁されていない。このモータに必要な構成要素を軸方向の順にあげると、ａ）ハウジング３１７（ヨーク兼用）、ｂ）励磁コイル３０９、ｃ）内歯３０５、外歯３０６（磁極歯）、ｄ）マグネット（永久磁石３０１）、ｅ）磁性体３０３、ｆ）マグネット（永久磁石３０２）、ｇ）内歯３０５、外歯３０６（磁極歯）、ｈ）励磁コイル３１０、ｉ）ハウジング３１８（ヨーク兼用）となる。

このように特許文献２に記載されているステッピングモータは、多くの要素が軸に垂直な平面を有するマグネットの上下の軸方向に重なって配置されるので、軸方向の長さが長くなってしまい、薄型に構成することが難しい、という欠点があった。また、ステータには内歯と外歯が設けられており、内歯及び外歯がそれぞれマグネットの周方向の同磁極間を１電気角として相互にπずれるように配置されているので、ステップモータの多極化を図る際に１磁極歯あたりの幅及び隙間が狭くなり、部品加工上困難さが増大し、また物理的強度が落ちる、という欠点があった。従って、薄型に構成でき、かつ、多極化にも対応可能なステッピングモータを開発することが望まれていた。

図２２及び図２３は、従来技術の他の例として特許文献３に開示された２相ステッピングモータを示す図で、図２２は２相ステッピングモータの分解斜視図、図２３はその組み立て後の断面図である。このステッピングモータは、回転軸４０３と、この回転軸４０３に固定され厚み方向に着磁され周方向に交互に異なる磁極が形成された第１の永久磁石４０１と第２の永久磁石４０２とを有し、第１の固定子４０６は、第１の永久磁石４０１の磁極の両側に対面する一対の磁極歯４０４，４０５と、励磁コイル４１０とを有し、第２の固定子４０９は、第２の永久磁石４０２の磁極の両面に対面する一対の磁極歯４０７，４０８と、励磁コイル４１１とを有する。そして、第１の固定子４０６の磁極歯４０４，４０５と第２の固定子４０９の磁極歯４０７，４０８とは周方向に電気角の（１／２）πずれるように位置決めされている。これを磁気回路の構成要素として考えると、第１の固定子４０６の磁極歯４０４と第１の永久磁石４０１と磁極歯４０５、及び、磁極歯４０８と第２の永久磁石４０２と第２の固定子４０９の磁極歯４０７の合計６層構造となり、それぞれの固定子とマグネットの間には空気間隔が各相あたり２つ、合計４つある。尚、固定子とは、ステータのことである。

このように特許文献３に記載されているステッピングモータは、多層状に多くの部品により構成されているため、軸方向の長さが長くなってしまい、薄型に構成しにくく、また、部品コストがかさむ、という欠点があった。また、多層状に多くの部品が軸方向に重なっており、磁気特性に大きな影響のあるマグネットとステータの間の空気間隔が４つあり、これらを精度高く組み立てるのは容易ではない。さらに、組み立ての際に多くの部品を順番に中心の回転軸に通す必要があるため、組み立てに時間がかかり、組み立てコストのアップの可能性があった。更に、部品点数が多いので部品加工精度の積み重ねによる組み立て精度の悪化も懸念され、高性能なステッピングモータを構成するのは難しかった。

その他の従来技術として、軸方向に短いステッピングモータが開示されている（特許文献４）。図２４は、露光量調節装置の駆動源として具備された、特許文献４に開示のステッピングモータの構成例を示すものであり、マグネット５０５の軸方向に垂直な面が周方向に分割着磁され、このマグネット５０５を中心に両側に２つのコイル５０６，５０７が配置され、該マグネット５０５とコイル５０６，５０７を軸方向の上下から２つのステータ５０８，５０９にて挟み込んで構成されている。これによって、薄型のステッピングモータとしてカメラの露光量調節装置に好適に組み込み可能となる。

しかしながら、この構成例では以下のような点に難があった。つまり、第１に、１相当たりのマグネット５０５に対向しているステータ５０８，５０９の極歯は全円周の半分程度なのでマグネットの持つ有効磁束も半分以下程度しか利用できず、効率的とはいえない。第２に、コイルとステータの接近している部分は上下端でのみなのでコイルの外周への漏れ磁束が多く、効率的とはいえない。第３に、前述のようにマグネットに対向しているステータの極歯は全円周の半分程度なのでそれぞれの励磁相について駆動力の発生する範囲も全円周の半分であり、その駆動力が回転力に変換される際、不要な横方向の力が発生しやすく、ステッピングモータとして振動、騒音、回転むらや位置精度の悪化が懸念される。
特開２００２−４９０７６号公報 特公平０６−０８３５６１号公報 特公平０６−０８３５６４号公報 特開平０２−０５８０３５号公報

上記のように従来のアクチュエータやステッピングモータにおいては、部品点数が多くコストアップになる、薄型化しにくい、高効率化が困難である、多極化にも対応しにくい、組み立て性が良くない、といった課題を有していた。

（発明の目的）
本発明の目的は、薄型に構成しながら、多極化にも対応でき、組み立て性が良く、安価で製造できるようにすると共に高性能なステッピングモータを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、リング形状でその中心軸に対して垂直方向の少なくとも１つの面が周方向に分割して異なる極に交互に平面着磁された第１のマグネット及び第２のマグネットと、前記第１のマグネットの着磁面に対向する第１のステータと、前記第２のマグネットの着磁面に対向する第２のステータと、回転可能に保持される軸部、軟磁性材料から成り、前記軸部に垂直な面を有する円盤部、軟磁性材料から成り、前記円盤部から前記第１のステータに向かって突出する第１のフランジ部、及び軟磁性材料から成り、前記円盤部から前記第２のステータに向かって突出する第２のフランジ部から成るロータと、前記第１のステータに固定され、該第１のステータ及び前記第１のマグネットが固定されている前記ロータの円盤部を励磁する第１のコイルと、前記第２のステータに固定され、該第２のステータ及び前記第２のマグネットが固定されている前記ロータの円盤部を励磁する第２のコイルとを有し、前記第１のステータ、第２のステータがそれぞれ径方向に延出する複数の磁極歯を有し、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットが前記ロータの円盤部の表裏にそれぞれ密着固定され、前記第１のコイルに対してその内周側に前記第１のフランジ部が、その外周側に前記第１のマグネットが、前記第１のステータに接している反対側に前記ロータの円盤部が、それぞれ配置されており、前記第２のコイルに対してその内周側に前記第２のフランジ部が、その外周側に前記第２のマグネットが、前記第２のステータに接している反対側に前記ロータの円盤部が、それぞれ配置されているステッピングモータとするものである。

本発明によれば、薄型に構成しながら、多極化にも対応でき、組み立て性が良く、安価で製造できるようにすると共に高性能なステッピングモータを提供できるものである。

本発明の前提技術であるアクチュエータ及び光量調節装置について、以下の参考技術例１ないし参考技術例４を用いて説明する。

（参考技術例１）
図１ないし図４は本発明の前提技術である参考技術例１に係わるアクチュエータ及び光量調節装置を示す図である。詳しくは、図１はアクチュエータの分解斜視図、図２は図１のアクチュエータを駆動源として組み込まれた光量調節装置の分解斜視図、図３は光量調節装置の軸方向の断面図である。また、図４はマグネットの回転動作の様子を示す図３のＢ−Ｂ視図であり、図４（ａ）は地板側から見てマグネットが反時計周りに回転した状態の、図４（ｂ）は図４（ａ）からコイルへの通電を切り換えてマグネットを３０度時計回りに回転させた状態の、マグネットとステータのみの図である。

図１ないし図４において、１はリング形状のマグネットであり、その中心軸（仮想軸）と垂直な方向の面を周方向にＰ分割（Ｐは偶数であって、参考技術例１ではＰ＝８）してＮ極とＳ極に交互に平面着磁された着磁部を有する。ここでは後述のステータ３に対向する面が着磁されており、図４に示すように着磁部１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇがＳ極に、１ｂ，１ｄ，１ｆ，１ｈがＮ極に着磁されている。このマグネット１はネオジ系ボンド磁石をコンプレッション成形したものだが、射出成形で形成してもよいし、さらにはフェライト系の材料の磁石で製作してもよい。２は絶縁材料からなるボビンに導線が巻き回られて成るコイルであり、マグネット１の略同心の位置で、該マグネット１の内周面の内側にあって後述のステータ３に固定されている。また、コイル２は端子部２ａにより外部と接続される。

３は軟磁性材料から成るステータであり、その中心軸と垂直な方向の面から軸方向に櫛歯形状に突出した磁極歯３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、後述の軸受４が固定される穴３ｅを有し、鍛造プレス工程などで製作されている。ここでは磁極歯の数はマグネット１の着磁された極数Ｐの１／２個で、すなわち４個である。ステータ３の全ての磁極歯３ａ〜３ｄはコイル２への通電により同一のＮ極或いはＳ極に励磁される。

４は軸受であり、後述のロータ５を滑らかに回転させる為にステータ３の穴３ｅに固定され、電磁軟鉄などの軟磁性材料の金属を用いて、例えば焼結製法などから作られている。この材料が含油タイプのもであれば望ましいことは言うまでもない。また、底面部４ａは摺動性の良いスラスト受け面であり、後述のロータ５の半球部５ｄと当接して、マグネット１のステータ３に対する軸方向位置を決め、回転中心となっている。平面部４ｂは後述のロータ５の円盤部５ｂと接触しない程度に近接して対向している。

５はロータであり、軸受４により回転可能に支持される軸部５ａ、該軸部５ａと直交する面を有する円盤部５ｂ、出力ピン５ｃ、軸部５ａの先端に形成された半球部５ｄから成る。その材料は磁気抵抗の小さい電磁軟鉄などの軟磁性材料からなっている。マグネット１は着磁面の反対側がこのロータ５の円盤部５ｂに固定されている。出力ピン５ｃはロータ５の回転を後述の羽根に伝達するものであり、後述の地板６の切欠き部６ｄより突出している。半球部５ｄは、マグネット１とステータ３の磁極歯の間に発生する軸方向の吸引力により前記マグネット１に固定されているロータ５がステータ３に固定された軸受４の底面部４ａとの間に生じる摩擦力を、最小に抑えることができるようにその表面が円滑に仕上げられている。

６は後述の羽根７，８がその平面上を回動するアクチュエータの地板であり、開口部６ａを有する。６ｂ，６ｃはそれぞれ後述の羽根７，８の回動の中心となる支持軸である。６ｄはロータ５の出力ピン５ｃの回動の範囲を制限し、羽根７，８の開き位置、及び閉じ位置をその端部で決定する切欠き部である。その材料は例えばエンジニアリングプラスチックからなる成型品である。

７，８はロータ５の出力ピン５ｃの回転に連動し、地板６の開口部６ａ上を回動（進退）してその通過する光量を調節する光量調節部材である羽根であり、地板６の支持軸６ｂ，６ｃにその回転中心の穴７ａ，８ａが嵌合され、長穴７ｂ，８ｂに出力ピン５ｃが挿入されて開口部６ａの開閉を行う。９は開口部９ａを有する押さえ板である。

次に、上記構成におけるアクチュエータについて説明する。図３の断面図（断面を示すハッチングは略している）のように、軸受４及びコイル２が固定されたステータ３、マグネット１が円盤部５ｂに貼り合わされたロータ５の、上下の２つのユニットとなっている。マグネット１の着磁面とステータ３の各磁極歯との空気間隔をギャップＡとすると、その距離はロータ５が回転しても各磁極歯に接触しない最低限の余裕を持てばよい。一方、マグネット１はステータ３の各磁極歯に軸方向において対向しているのでロータ５全体は常にステータ３側に吸引されている。従って、ステータ３に固定された軸受４の底面部４ａにロータ５の半球部５ｄが回転摩擦が少ない状態で常に当接していることになり、ギャップＡは常に一定の距離に精度良く保持されることになる。

図４（ａ）に示すＬはステータ３の磁極歯と磁極歯の角度ピッチであり、Ｍはマグネット１の各着磁部の幅を示す中心角度である。Ｌは３６０度×２／Ｐであり、ここでは９０度である。また、Ｍは３６０度／Ｐであり、ここでは４５度である。また、図４（ａ）ではロータ５が反時計周りに回転して出力ピン５ｃが地板６の切欠き部６ｄの端面に当接して停止している。図４（ｂ）は図４（ａ）とは反対に、ロータ５が時計回りに回転して出力ピン５ｃが地板６の切欠き部６ｄの反対側端面に当接して停止している。

参考技術例１のアクチュエータにおける磁気回路について、図３を参照しながら説明する。

内周にあるコイル２に通電すると該コイル２の周囲に磁束が発生し、この磁束は、コイル２の近傍の、ステータ３のマグネット１の着磁面に対向している櫛歯形状の磁極歯３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに達し、ここからロータ５の円盤部５ｂに向けてマグネット１を通過する。その後、ロータ５の円盤部５ｂの中心へ向かって通過し、円盤部５ｂが対向する軸受４の平面部４ｂとロータ５の軸部５ａの断面積を合わせた断面を通過し、軸受４からステータ３へ流れ、磁束が一順する。なお、前記のように磁束が軸受４の平面部４ｂとロータ５の軸部５ａの断面積を合わせた断面を通過するようにしているのは、磁束の流れる方向と垂直方向の断面積が小さいとその部分で磁気飽和しやすくなるが、ロータ５の軸部５ａのみでは前記断面積が小さいので、これを防ぐためである。すなわち、ロータ５の軸径と軸受４の径を合わせて磁路とし、軸受４の先端面である平面部４ｂの直径部分へ直接、近接している円盤部５ａから磁束が流れるようにして、この部分を磁気抵抗の低い磁路として利用することで磁気飽和を起きにくくしている。また、ステータ３及びロータ５の円盤部５ｂと軸受４、は全てＳＵＹ（電磁軟鉄）などの磁気抵抗の小さい軟磁性材料で作られているので磁気損失は小さい。

ここで、省スペースで、高トルクを得ることが可能な構成であることについて説明する。一般に供給するエネルギーの量を変えずにアクチュエータのトルクを増大させる為には高い磁力を有するマグネットを選択し、これを磁束の流れる空間、すなわち、磁路の開いている磁界の中に置く必要がある。一方で磁気回路の中で開いている部分はそこが広いほど大きな磁気抵抗となるので、この部分は極力狭い方が有利である。本実施例１におけるマグネット１は平面着磁（軸と垂直な面側の周方向に交互に着磁）されているので、一定以上のマグネットの厚さの増加は磁力の増加と比例しない。つまり、薄型でも充分な磁力を有するので例えば製造上、組み立て上、十分な物理的強度を満足する程度まで薄くすることができる。従って、参考技術例１において、マグネット１とステータ３の間のギャップＡは、組み立て、加工精度により回転体と固定体の最小限必要な距離にすればよく、またマグネット１と円盤部５ｂ側は直接接していて、ギャップがない。

また、参考技術例１のアクチュエータにおいては、ステータ３の板厚とロータ５の円盤部５ｂの厚さと回転に伴う最低限の隙間を除いては、コイル２のスペースにすることができるので、マグネット１は前述のようにそれほどの厚さは必要が無い場合が多いので該マグネット１は必要な厚さとし、ステータ３の磁極歯３ａ〜３ｄをマグネット１側に突出させてこれら磁極歯３ａ〜３ｄからロータ５の円盤部５ｂまでの空気間隔も充分に狭くしてあり、磁気抵抗は小さい。従って、コイル２に流す電流を少なくしても多くの磁束を発生させることができ、マグネット１からの高い反発、吸引力を利用できるので、薄型のままで出力が高い、高効率なアクチュエータとなる。これにより、参考技術例１におけるアクチュエータは、コイル２、ステータ３、円盤部５ｂ及びステータ３の軸受４から成る磁気回路の損失は小さい上に、デッドスペースが無くコイル２の巻線を最大に巻くことができる、巻線数を増やすことができるので、スペースあたりの得られるトルクは大きく、効率が高いモータとなる。

次に、図４（ａ）、図４（ｂ）において、マグネット１の回転動作とステータ３との関係について説明する。マグネット１の着磁面は紙面の反対側で、磁極歯３ａ〜３ｄと対向しているので、図では、１ａ（裏面Ｓ極）などとして示している。理解を容易にする為にコイル２などは不図示としている。

コイル２への無通電時には、図４（ａ）に示すようにマグネット１はまず反時計回りに回転した位置で停止している。この状態では出力ピン５ｃが反時計回りに回転した位置であり、羽根７は支持軸６ｃを回転中心にして反時計回りに回動した状態、羽根８は支持軸６ｂを回転中心にして時計回りに回動した状態、すなわち、地板６の開口部６ａを閉じてシャッタ閉の状態にある。この状態からコイル２に例えば正通電して、ステータ３の磁極歯３ａ〜３ｄをＳ極に励磁すると、マグネット１は回転方向の電磁力を受け、該マグネット１は時計回りにスムーズに回転し始める。そして所定の回転角度となると地板６の切欠き部６ｄによりＳの回転が停止させられ、所定のタイミングでコイル２への通電が断たれる。この状態が図４（ｂ）の状態である。これにより、羽根７は支持軸６ｃを回転中心にして時計回りに回動し、羽根８は支持軸６ｄを回転中心にして反時計回りに回動し、地板６の開口部６ａから完全に退避して、シャッタ全開の状態となる。

次に、図４（ｂ）の状態からコイル２への通電を反転させ、ステータ３の磁極歯３ａ〜３ｄをＮ極に励磁すると、磁極歯３ａ〜３ｄの励磁によりマグネット１は回転方向の電磁力を受け、該マグネット１は反時計回りにスムーズに回転し始める。そして、回転角度が所定の回転角度となると地板６の切欠き部６ｄにより回転が停止させられ、所定のタイミングで前記コイル２への通電が断たれる。この状態が図４（ａ）の状態である。これにより、羽根７は支持軸６ｃを回転中心にして反時計回りに回動し、羽根８は支持軸６ｄを回転中心にして時計回りに回動し、地板６の開口部６ａを完全に閉じた、シャッタ閉の状態に戻る。

上記のように、コイル２への通電方向を切り換えることにより、光量調節装置は開口部を通過する光束を開閉するシャッタ機構として機能する。

以上説明したように、参考技術例１における構成では、効率を落とすことなく、軸方向に薄いアクチュエータとなる。その磁気的構成要素は、軸方向に順に、ａ）ステータ３（磁極歯３ａ〜３ｄ）、ｂ）マグネット１及び内周のコイル２、ｃ）ロータ５の円盤部５ｂとなって、薄型に構成できる。

また、常に軸方向の吸引力が作用しているので、ロータ５が軸受４と反対方向に抜けにくく、１つの軸受４で軸方向と径方向の位置決めを行え、軸方向反対側への簡易的な抜け止めとする構成にできる。

ここで、このような原理的にマグネットとコイルとステータを有する構成のアクチュエータが、高トルクで、部品点数が少ない為に部品を低コストかつ薄型に構成できることについて述べる。

第１に、リング形状のマグネット１を軟磁性材料で作られたロータ５の円盤部５ｂの面に固定し、かつ、コイル２により励磁されるステータ３をマグネット１の着磁面に対向させ、結果として、ステータ３とマグネット１の空気間隔を１つのギャップのみで構成したこと、
第２に、マグネット１の仮想の中心軸に対して垂直方向の面が分割して異なる極に交互に着磁（平面着磁）されていること、
第３に、ステータ３の磁極歯３ａ〜３ｄを軸方向に延出する櫛歯形状としてコイル２を抱きかかえつつ、極力ロータ５の円盤部５ｂ側との間隔を短くする形状とし、これを全円周に配置して構成していること、
第４に、マグネット１を外側（外周側）に配置し、その内周面の内側にコイル２を略同軸上で概略同じ高さに配置していること、
第５に、ステータ３に設けられた磁極歯３ａ〜３ｄはマグネット１に着磁された磁極の数の１／２であること、
第６に、ロータ５の軸受４は、吸引力の発生しているステータ３側の１つで構成していること、である。

上記の構造ゆえ、コイル２への通電により発生する磁束は、ステータ３とロータ５の円盤部５ｂの間にあるマグネット１を横切るので効果的に電磁力を発生する。また、マグネット１とロータ５の円盤部５ｂが一体となって構成されており、コイル２はステータ３に固定され、結果として、ステータ３とマグネット１の空気間隔を１つのギャップのみで構成したので部品点数が少ない上、全体としてはこの三つの部分から構成され、組み立てが容易で、組み立てコストを低くできる。さらに、マグネット１の材料であるボンド磁石などは一般的に割れ易いので電磁軟鉄などからなるロータ５に貼り合わせることにより、機械的強度が増すことができる。更に、同時にロータ５の円盤部５ｂがバックメタルとして機能するので磁気的に安定した状態に保持でき、磁気的強度も増大し、温度変化による磁力低下が少なくなる。

また、マグネット１が軸方向に垂直な面に着磁されているので、円筒の外周面に着磁したマグネットを使用するアクチュエータに比べて薄型に構成できる。また、ステータ３は軸方向へ延出して構成しているので、コイル２の巻線高さを大きくしてもマグネット１とステータ３の距離を短くでき、磁気抵抗が小さい。また、このアクチュエータの構成では、内歯と外歯が対になってマグネットと対向し磁束の受け渡しをするのではなく、１個の磁極歯に対してマグネットへ磁束を流す方式なので、磁極歯の数は１相あたりマグネットに着磁された磁極の数の１／２でよく、従来の着磁極数と同数必要なアクチュエータに比べて、特にアクチュエータを多極化する場合に磁極歯の幅及び隙間に関する加工性や機械的強度の点で有利である。

また、マグネット１をアクチュエータであるモータの内部で最も外側（外周側）に配置したので、該マグネット１の半径が大きくなり、発生する力を大きなトルクに変換するのに有利である。また、同様の観点から余り半径の小さい部位にマグネットが存在しても全体として発生トルクに寄与する割合が小さいのでマグネット１の軸方向に垂直な平面上での幅は狭くし、その分、マグネット１の内側に配置したコイル２の体積を増やすことでバランスのスペース効率が良く、アクチュエータの特性を向上させることができる。さらに、マグネット１と同じ高さにコイル２を配置しているので軸方向の高さを増加させることなく薄型に構成できる。

また、ステータ３は全円周に渡って均等なピッチで磁極歯３ａ〜３ｄを備えているのでマグネット１と対向する面積も大きくすることができ、該マグネット１の磁束を最大限に利用可能である。また、軸受４が軟磁性材料で構成されているのでこの部分を通過する磁束が飽和しにくく、効率の低下がない。

また、コイル２の周囲を軟磁性材料のステータ３などで囲っているので、磁気回路からの漏れ磁束の少なく、効率の低下がない。又駆動力が発生する範囲も全周に渡っているので駆動力が回転トルクに変換される際に不要な横方向の力が発生しにくく、アクチュエータとして、振動、騒音、回転むらが起きにくい。これにより、停止位置精度のよいアクチュエータとなる。

さらに、参考技術例１では、マグネット１とステータ３とコイル２という電磁駆動装置の最小限の要素に、出力軸であるロータ５と軸受４を追加した構成なので、部品点数が少なく、かつ、それぞれが単純で製作しやすい平板形状なので製作コストが安いものとなる。

更に、常にロータ５とステータ４の間には軸方向の吸引力が作用しているので、ロータ５が軸受４と反対方向に抜けにくい。従って、ステータ３側に設けた１つの軸受４でロータ５の軸方向と径方向の位置決めを行い、軸方向反対側へは簡易的なロータ５の抜け止め部をカバーなどに設ける構成にできる。また、出力ピン５ｃなどの出力部の構成を工夫し、被駆動部材側からの反作用をロータ５の吸引力以下に設定することにより、カバーなどの抜け止め部材を省力することができ、よりアクチュエータの薄型化を実現可能となる。

（参考技術例２）
図５に本発明の前提技術である参考技術例２に係わるアクチュエータの斜視図を示す。上記参考技術例１と異なる点のみ説明する。

上記参考技術例１においてはステータ３と軸受４はどちらも軟磁性材料により構成していた。本発明の実施例２では、これらを一体的に構成して、軸受部１３ｅを有するステータ１３としている。このような構成は、例えば鍛造や絞り加工或いはメタルインジェクションモールド製法により実現できる。

図５において、ステータ１３には磁極歯１３ａ〜１３ｄのみならず、軸受部１３ｅを有し、ロータ５を滑らかに回転させるように作用する。これにより、参考技術例１のように軸受とステータを組み立てる工程が不要となり、更なるコストダウンを図ることができる。また、２部品が別体の場合、アクチュエータの特性を決定するマグネットとステータの磁極歯の距離は、マグネット→ロータ→軸受→ステータという４つの部品がその精度に関係している。これに対し参考技術例２では、軸受とステータの一体化により、マグネット→ロータ→軸受付きステータ、と部品点数が減少し、かつ、軸受とステータの間の組み立て誤差、ばらつきが除外されるので、より高い精度でマグネット１とステータ１３の各磁極歯１３ａ〜１３ｄの距離が決定され、結果としてこの距離を、より高いトルクを発生させることが可能な、より狭い距離とすることができる。

また、地板が専用でない場合に、１４のようなカバーが考えられる。カバー１４はロータ５の回転角度の規制を行う切欠き部１４ａを有し、非磁性体の例えばプラスチックなどで作られ、ステータ１３と同軸に配置され、ロータ５の脱落防止及びアクチュエータの内部への異物の侵入を防ぐことができる。また、このカバー１４にネジなどによる取り付け穴などを設けることにより、アクチュエータを汎用品とすることができる。その他の部分は上記参考技術例１と同様なのでその説明は省略する。

（参考技術例３）
図６は、上記参考技術例１及び参考技術例２に対してロータの軸をステンレス鋼棒などとした、参考技術例３に係わるアクチュエータの軸方向の断面図である。

光量調節装置の特性により磁束の発生がそれほど多くなく、ロータ１６の円盤部１６ａとステータ３への間の磁束の通過の際、磁気飽和が懸念されない場合はロータ１６の軸１５を例えばステンレス鋼棒とし、円盤部１６ａ等を軟磁性材料を使用してステンレス軸を圧入などで製作する。その他の部分は上記参考技術例１と同様なのでその説明は省略する。

コイル２の周囲に発生した磁束は、コイル２の近傍のステータ３→マグネット１→ロータ１６の円盤部１６ｂ→軸受４の平面部４ｂ→軸受４→ステータ３と流れる。これにより、ロータ１６の円盤部１６ｂは軟磁性材料のプレス加工などにより安価に製造でき、磁気回路とならないロータ１６の回転中心となる軸１５は単体で安価な棒材料を使用でき、装置全体として安価なものとなる。

(参考技術例４)
図７及び図８は、上記参考技術例１及び２に対して、異物の侵入防止及びアクチュエータの取り付けを目的とした非磁性体で製作したカバー１８の一部に、軟磁性材料の擬似ヨーク１７をインサート成型などの方法で組み込んだ、アクチュエータのコギング特性を改善する本発明の参考技術例４に係わるアクチュエータの断面図及びマグネットとステータ、擬似ヨークのみを示した上面図である。

非磁性体として一般的なエンプラと呼ばれる高機能プラスチックでケース１８を成型し、外周の一部に電磁軟鉄などの擬似ヨーク１７を配置している。擬似ヨーク１７の位置はマグネット１の着磁面とステータ３が対向する位置の外側であり、マグネット１からの漏れ磁束を拾いながら、かつ、コイル２により励磁される磁束からは影響のないようにステータ３とは接触しない位置である。

上記のカバー１８にインサートすることで、マグネット１に対しては吸引力が作用し、励磁されるコイル２からの影響は少ない位置に擬似ヨーク１７を配置することができる。また、マグネット１が８極の場合、例えば外径側に８個の擬似ヨーク１７を等分配置して無通電時のコギング特性を変化させることができる。例えば図８の位相に擬似ヨーク１７を配置すると、ロータ５の待機位置における保持力を増大させることができる。すなわち、ステータ３が励磁される場合以外にマグネット１に作用するトルク、いわゆるコギングトルクをアクチュエータの特性に合わせて調整することができる。詳しくは、コイル２に通電した際のロータ５の回転特性を変化させずに、該ロータ５の回転の開始位置と終端位置におけるロータ５の保持トルクを増大させることができ、それにより参考技術例４の構成のアクチュエータを採用した光量調節装置（光量調節に関する羽根等の部材は不図示）においては、地板の開口部を開閉する羽根の開き位置と閉じ位置における安定性を向上させることができる。その他の部分は上記参考技術例１及び２と同様なので、その説明は省略する。

上記説明した構成のアクチュエータの技術を応用してステッピングモータとした、本発明の実施例１ないし３について、以下に説明する。

図９ないし図１４は本発明の実施例１に係わるステッピングモータを示す図であり、詳しくは、図９はステッピングモータの分解斜視図、図１０はステッピングモータの軸方向の断面図、図１１はマグネットとステータの位相関係を示す側面視の模式図、図１２は図１１の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを１８度回転させた状態を示す側面視の模式図である。また、図１３は図１２の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを１８度回転させた状態を示す側面視の模式図、図１４は図１３の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを１８度回転させた状態を示す側面視の模式図である。

図９から図１２において、２１はリング形状の第１のマグネットであり、その中心軸と垂直な向の面に周方向にＰ分割（Ｐは偶数であって、本実施例５ではＰ＝１０）してＮ極とＳ極に交互に平面着磁された着磁部からなる。ここでは第１のステータ２３に対向する面が着磁されており、着磁部２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇ，２１ｉ（２１ｅ，２１ｇ，２１ｉは不図示）はＳ極に、２１ｂ，２１ｄ，２１ｆ，２１ｈ，２１ｊ（２１ｆ，２１ｈは不図示）はＮ極に着磁されている。この第１のマグネット２１はネオジ系ボンド磁石をコンプレッション成形したものだが、射出成形で形成してもよいし、さらにはフェライト系の材料の磁石で製作してもよい。２７は第２のマグネットであり、上記第１のマグネット２１と同一部品で構成されている。すなわち、第２のマグネット２７は、第２のステータ２９に対向する面が着磁されており、着磁部２７ａ，２７ｃ，２７ｅ，２７ｇ，２７ｉ（２７ｅ，２７ｇ，２７ｉは不図示）はＮ極に、２７ｂ，２７ｄ，２７ｆ，２７ｈ，２７ｊ（２７ｆ，７ｈは不図示）はＳ極に着磁されている。

２２は第１のコイルであり、絶縁材料からなるボビンに導線が巻線してあって、第１のマグネット２１の略同心の位置で、第１のマグネット２１の内周面の内側にあって第１のステータ２３に固定されている。２８は第２のコイルであり、上記第１のコイル２２と同一部品より構成される。

２３は軟磁性材料から成る第１のステータであり、中心軸に垂直な方向に延出する櫛歯形状の磁極歯２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅと後述の第１の軸受２４を支持する穴、及び、ケース２５の位相合わせの切欠き５２ａと磁極歯の位相を合わせる為の突起部が打ち抜きプレス工程などで製作されている。ここでは磁極歯の数は第１のマグネット２１の着磁された極数Ｐの１／２個で、すなわち５個である。第１のステータ２３の全ての磁極歯２３ａ〜２３ｅは第１のコイル２２への通電により同一のＮ極或いはＳ極に励磁される。２９は第２のステータであり、上記第１のステータ２３と同一部品により構成される。すなわち第２のステータ２９は、軟磁性材料からなり、中心軸に垂直な方向に延出する櫛歯形状の磁極歯２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ、後述の第２の軸受３０を支持する穴、及び、ケース２５の位相合わせの切欠き２５ｂと磁極歯の位相を合わせる為の突起部が打ち抜きプレス工程などで製作されている。ここでは磁極歯の数は第２のマグネット２７の着磁された極数Ｐの１／２個で、すなわち５個である。第２のステータ２９の全ての磁極歯２９ａ〜２９ｅは第２のコイル２８への通電により同一のＮ極或いはＳ極に励磁される。

２４は第１の軸受であり、ロータ２６を滑らかな回転摺動させる為に第１のステータ２３に固定され、電磁軟鉄などの軟磁性材料の金属を用い、焼結製法などから作られている。また、スラスト受け面を有し、ロータ２６のフランジ部２６ｂのスラスト受面と当接可能であり、結果として、第１のマグネット２１及び第２のマグネット２７の第１のステータ２３及び第２のステータ２９に対する軸方向位置を決めている。３０は第２の軸受であり、上記第１の軸受２４と同一部品により構成されている。すなわち第２の軸受３０は、第２のステータ２９に固定され、電磁軟鉄などの軟磁性材料の金属を用い、焼結製法などから作られている。また、スラスト受け面を有し、ロータ２６のフランジ部２６ｂのスラスト受面と当接可能であり、結果として、第１のマグネット２１及び第２のマグネット２７の第１のステータ２３及び第２のステータ２９に対する軸方向位置を決めている。

２５は軟磁性材料から成るケースであり、第１のステータ２３と第２のステータ２９を所定の位相となるように結合する切欠き２５ａ，２５ｂと、第１のステータ２３と第２のステータ２９を所定の同軸度に固定する段差部を有している。ここではその切欠き２５ａと２５ｂの位相のずれ角度は３６０度／２Ｐで１８度回転した位置になっており、これにより第１のステータ２３と第２のステータ２９は回転方向で１８度ずれて組み立てられる。

２６はロータであり、第１の軸受２４と第２の軸受３０により回転可能に支持される軸部と該軸部に垂直な面を有する円盤部２６ａ、フランジ部２６ｂからなる。その材料は磁気抵抗の小さい電磁軟鉄などの軟磁性材料からなっている。第１のマグネット２１と第２のマグネット２７は、互いに異なる極同士を対向させて、このロータ２６に固定されている。すなわち、例えば図１１にあるように、第１のマグネット２１の着磁面２１ａのＳ極の、ロータ２６の円盤部２６ａを挟んで反対側には、第２のマグネット２７の着磁面２７ａのＮ極となるように貼り合わされている。また極と極の境界は合致している。実際にこの２つのマグネットが固定されたロータマグネットを作成する際、磁性材料からなる円盤形状のブランクをあらかじめロータ６の表裏に貼り合わせ、これを着磁装置にセットして着磁を行ってマグネットに磁極を形成することができる。この方法によれば、２つのマグネットには着磁装置の着磁ヨークの配置、ワークの固定位置精度により磁極の位相が決定するので２つの磁極の位相合わせなどの工程が省略できる。また、ここではロータ２６に貼り合せた後に着磁しているが、あらかじめ着磁された２つのマグネットをロータ２６に貼りあわせる方法を用いても良い。

なお、本実施例１のステッピングモータは、上記参考技術例１及び２に示したアクチュエータを軸方向の２層に積層した形だが、マグネットが取り付けられたロータはＡ相とＢ相の２つの磁気回路をロータの内部において共有しているので一般にはステータにあたる円盤形状部分は２個分を１つの円盤として利用し、部品を削減している。磁束は磁路の中で最も磁気抵抗の小さい部分、すなわち、形状的には近道を通過する特性がある。つまり、円盤の板厚方向ではそれぞれの相のマグネットが取り付けられている側の面の表層から通過していることになり、円盤に所定の厚さがあればそれぞれの磁気回路の磁束は干渉しにくい。

（作用の説明）
図１０の断面図（断面を示すハッチングは略している）のように、第１の軸受２４及び第１のコイル２２が固定された第１のステータ２３、第１のマグネット２１と第２のマグネット２７が両面（表裏）に貼り合わされたロータ２６、第２の軸受３０及び第２のコイル２８が固定された第２のステータ２９の上、中、下の３つのユニットとなり、第１の軸受２４と第２の軸受３０のそれぞれのスラスト面の距離は、第１のステータ２３と第２のステータ２９がケース２５の段差部に密着固定されることで所定の間隔となり、それはロータ２６の上下のフランジ部２６ｂの間隔に回転に必要な最低限の余裕を加えた距離である。よって、第１のマグネット２１と第１のステータ２３とのギャップＣ、及び、第２のマグネット２７と第２のステータ２９とのギャップＤも、それぞれ一定の間隔となっている。従って、ギャップＣとギャップＤの２つだけの空気間隔を精度良く管理すれば良いので、組み立てが困難になることはない。また、図１１にはロータ２６を第１の軸受２４側に移動した状態を示しているが、これは所定のギャップＣとギャップＤに加え、モータとしての軸ガタ（エンドプレイ）を加えたものである。

図１１に示すように、第１のステータ２３の磁極歯２３ａ等と第２のステータ２９の磁極歯２９ａ等はＰＨｓの角度だけ回転方向にずれている。第１のマグネット２１と第２のマグネット２７の着磁角度の位相は同一にしている。ここで、Ｌ１は各ステータの磁極歯と磁極歯の角度ピッチであり、Ｍは各マグネットの着磁幅の角度である。Ｌ１は３６０度×２／Ｐで、ここでは７２度である。また、Ｍは３６０度／Ｐで、ここでは３６度である。従って、ＰＨｓはＬ１／２で、１８度である。

ここで、第１のマグネット２１、第１のコイル２２、第１のステータ２３、円盤部２６ａ及び第１の軸受２４を、Ａ相のユニットと称し、第２のマグネット２７、第１のコイル２８、第２のステータ２９、円盤部２６ａ及び第２の軸受３０を、Ｂ相のユニットと称することにする。

まず、Ａ相のユニットにおける磁気回路について、図１０の断面図を参照しながら説明する。内周にある第１のコイル２２に通電すると該第１のコイル２２の周囲に磁束が発生し、この磁束は、第１のコイル２２の近傍の、第１のステータ２３の第１のマグネット２１の着磁面に対向している櫛歯形状の磁極歯２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅに達し、ここから第１のマグネット２１の反対側にあるロータ２６の円盤部２６ａに向けて第１のマグネット２１を通過する。その後、ロータ２６の円盤部２６ａから内周のフランジ部２６ｂとロータ２６の軸部を通過し、第１の軸受２４から第１のステータ２３へ流れ、磁束が一順する。第１のステータ２３及びロータ２６の円盤部２６ａとフランジ部２６ｂ、第１の軸受２４はＳＵＹ（電磁軟鉄）などの軟磁性材料で作られているので磁気損失は小さい。また、第１のマグネット２１は平面着磁されているので、厚さを増さなくとも充分な磁力を有するので薄くすることができる。第１のマグネット２１と第１のステータ２３の間のギャップＣは、組み立て、加工精度により回転体と固定体の最小限必要な距離にすればよく、第１のマグネット２１と円盤部２６ａ側は直接、接していてギャップがないので第１のステータ２３からロータ６の円盤部２６ａまでの空気間隔ギャップＣは充分に狭く、磁気損失は小さい。以上により、第１のコイル２２、第１のステータ２３、円盤部２６ａ及び第１の軸受２４から成る磁気回路の損失は小さい。

次に、Ｂ相のユニットにおける磁気回路について、図１０の断面図を参照しながら説明する。内周にある第２のコイル２８に通電するとコイルの周囲に磁束が発生し、この磁束は、コイルの近傍の第２のステータ２９の、第２のマグネット２７の着磁面に対向している櫛歯形状の磁極歯２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅに達し、ここから第２のマグネット２７の反対側にあるロータ２６の円盤部２６ａに向けて第２のマグネット２７を通過する。その後、ロータ２６の円盤部２６ａから内周のフランジ部２６ｂとロータ２６の軸部を通過し、第２の軸受３０から第２のステータ２９へ流れ、磁束が一順する。第２のステータ２９及びロータ２６の円盤部２６ａとフランジ部２６ｂ、第２の軸受３０はＳＵＹなどの軟磁性材料で作られているので、磁気損失は小さい。また、第２のマグネット２７は平面着磁されているので、厚さを増さなくとも充分な磁力を有するので薄くすることができる。第２のマグネット２７と第２のステータ２９の間のギャップＤは、組み立て、加工精度により回転体と固定体の最小限必要な距離にすればよく、また第２のマグネット２７と円盤部２６ａ側は直接、接していてギャップがないので第２のステータ２９からロータ６の円盤部２６ａまでの空気間隔ギャップＤは充分に狭く、磁気損失は小さい。以上により、第２のコイル２８、第２のステータ２９、円盤部２６ａ及び第２の軸受３０からなる磁気回路の損失は小さい。

従って、コイルに流す電流を少なくしても多くの磁束を発生させることができ、マグネットからの高い反発、吸引力を利用するので薄型のままで出力が高い、高効率なステッピングモータとなる。

（回転動作の説明）
図１１ないし図１４は、上記したように図９及び図１０に示すステッピングモータの１２つのマグネットと２つのステータの位相関係を示す側面視の部分図であり、理解を容易にする為にコイルなどは図１１ないし図１４では不図示としている。以下、図９〜図１４を用いてステッピングモータの回転駆動について説明する。

図１１の状態は、第１のコイル２２に対して正通電することにより、第１のステータ２３の磁極歯２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅをＮ極とし、同時に第２のコイル２８に対して正通電して第２のステータ９の磁極歯２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅをＳ極とした場合を示す。このとき、第１のマグネット２１の上面側がＳ極に着磁された着磁部２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇ，２１ｉの中心が第１のステータ２３の磁極歯２３ａ〜２３ｅそれぞれの中心に向かう回転力が発生する（図１１の矢印Ｒの方向）とともに、第２のマグネット２７の下面側のＮ極に着磁された着磁部２７ａ，２７ｃ，２７ｅ，２７ｇ，２７ｉの中心が第２のステータ２９の磁極歯２９ａ〜２９ｅの中心に向かう回転力が発生し（図１１の矢印Ｒの反対方向）、図１１の状態で回転方向のバランスを保って静止する。

次に図１１の状態から、第１のコイル２２への正通電を維持しながら、すなわち第１のステータ２３の磁極歯２３ａ〜２３ｅをＮ極とし、第２のコイル２８への通電を逆通電に切り換えると、第２のステータ２９の磁極歯２９ａ〜２９ｅはＮ極となり、第２のマグネット２７は下側面のＳ極に着磁された着磁部２７ｂ，２７ｄ，２７ｆ，２７ｈ，２７ｊが第２のステータ２９の磁極歯２９ａ〜２９ｅの中心に向かう回転力が発生し、図中矢印Ｒ方向に回転を始める。そして、図１２に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図１１の状態から第１のマグネット２１及び第２のマグネット２７、すなわちロータ２６が矢印Ｒ方向に１８度回転した状態である。

次に図１２の状態から、第２のコイル２８への逆通電を維持しながら、すなわち第２のステータ２９の磁極歯２９ａ〜２９ｅをＮ極とし、第１のコイル２２への通電を逆通電に切り換え、第１のステータ２３の磁極歯２３ａ〜２３ｅはＳ極となり、第１のマグネット２１は上側面のＮ極に着磁された着磁部２１ｂ，２１ｄ，２１ｆ，２１ｈ，２１ｊが第１のステータ２３の磁極歯２３ａ〜２３ｅの中心に向かう回転力が発生し、図中矢印Ｒ方向に回転を始める。そして、図１３に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図１２の状態から第１のマグネット２１及び第２のマグネット２７、すなわちロータ２６が矢印Ｒ方向に１８度回転した状態である。

次に図１３の状態から、第１のコイル２２への逆通電を維持しながら、すなわち第１のステータ２３の磁極歯２３ａ〜２３ｅをＳ極とし、第２のコイル２８への通電を正通電に切り換えると第２のステータ２９の磁極歯２９ａ〜２９ｅはＳ極となり、第２のマグネット２７は下側面のＳ極に着磁された着磁部２７ｂ，２７ｄ，２７ｆ，２７ｈ，２７ｊが第２のステータ２９の磁極歯２９ａ〜２９ｅの中心に向かう回転力が発生し、図中矢印Ｒ方向に回転を始める。そして、図１４に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図１３の状態から第１のマグネット２１及び第２のマグネット２７、すなわちロータ２６が矢印Ｒ方向に１８度回転した状態である。

上記のように、第１のコイル２２及び第２のコイル２８への通電方向を順次切り換えていくことにより、第１のマグネット２１及び第２のマグネット２７、すなわちロータ２６は通電位相に応じた位置へと順次回転することになる。

このように本実施例１で説明した構成では、効率を落とすことなく、軸方向に薄いステッピングモータとなる。その磁気的構成要素は、軸方向に順に、ａ）Ａ相ステータ（磁極歯）、ｂ）Ａ相マグネットとＡ相コイル、ｃ）Ａ，Ｂ相共通ロータ円盤部、ｄ）Ｂ相マグネットとＢ相コイル、ｅ）Ｂ相ステータ（磁極歯）、となって薄型に構成できる。

ここで、このような原理的にマグネットとコイルを上下からステータで挟み込む構成を積層して構成した２相のステッピングモータが、部品点数が少ない為に部品を低コストかつ薄型に構成でき、又軸方向に重ねる層が少ない為に組み立てが容易な構成であることについて述べる。

第１に、参考技術例１および２に示したアクチュエータを軸方向２層に積層し、２つのマグネットは１つのロータに固定し、Ａ相とＢ相の２つの磁気回路の一部を１つのロータの内部において共有していること、
第２に、円盤形状の第１のマグネット２１と第２のマグネット２７の２つのマグネットを軟磁性材料で作られたロータ２６の円盤部２６ａに固定し、かつ、第１のコイル２２により励磁される第１のステータ２３、第２のコイル２８により励磁される第２のステータ２８をそれぞれ第１のマグネット２１及び第２のマグネット２７の着磁面に対向させ、結果としてステータとマグネットの空気間隔をＡ相とＢ相で各１箇所、合計２つのギャップのみで構成したこと、
第３に、第１のマグネット２１及び第２のマグネット２７の回転中心である軸に対して垂直方向の面が分割して異なる極に交互に着磁していること、
第４に、第１のステータ２３、第２のステータ２９の各磁極歯を半径方向に延出する櫛歯を全円周に配置して構成していること、
第５に、第１のマグネット２１と第２のマグネット２７の磁極の位相を同一にロータ２６に取り付け、第１のステータ２３と第２のステータ８の磁極歯の位相を３６０°を着磁極数の２倍で除した角度だけずらしてケースにとりつけてあること、
第６に、第１のマグネット２１及び第２のマグネット２７を装置の外側に配置し、その内周面の内側に第１のコイル２２及び第２のコイル２８を略同軸上で概略同じ高さに配置していること、
第７に、第１の軸受２４及び第２の軸受３０を軟磁性材料により製作していること、
第８に、第１のステータ２３及び第２のステータ２９のそれぞれに設けられた磁極歯はマグネットに着磁された磁極の数の１／２であること、である。

上記の構造ゆえ、参考技術例１及び２に示したアクチュエータと同様な構成のものを軸方向２層に積層して２相駆動のステッピングモータとしたものでありながら、ロータは一部品であって部品点数が少ない。また、磁束は磁路の中で最も磁気抵抗の小さい部分、すなわち、形状的には近道を通過する特性があり、ここでは円盤の板厚方向ではそれぞれの相のマグネットが取り付けられている側の面の表層から通過するので、それぞれの磁気回路の磁束は干渉が少ない。

また、第１のコイル２２への通電により発生する磁束は、第１のステータ２３とロータ２６の円盤部２６ａの間にある第１のマグネット２１を横切るので効果的に電磁力を発生する。また、第２のコイル２８への通電により発生する磁束は、第２のステータ２９とロータ２６の円盤部２６ａの間にある第２のマグネット２７を横切るので効果的に電磁力を発生する。また、第１のマグネット２１とロータ２６の円盤部２６ａと第２のマグネット２７が一体となって構成されており、第１のコイル２２は第１のステータ２３に固定され、第２のコイル２８は第２のステータ２９に固定されており、結果として、ステータとマグネットの空気間隔をＡ相とＢ相で各１箇所、合計２つのギャップのみで構成したので部品点数が少ない上、全体としてはこの３つの部分から構成され、組み立てが容易で組み立てコストを低くできる。また、ロータ２６の円盤部２６ａの表裏に２つのマグネットを固定する構造なので、着磁前の磁性材料の２つのブランクをロータ２６に固定後、それらを着磁装置において着磁加工を行うことが出来るので、着磁済のマグネットを位相を調整しながら貼り合わせる必要が無く、組み立てが容易になる。また、マグネットの材料であるボンド磁石などは一般的に割れ易いので電磁軟鉄などからなるロータ２６に貼り合わせることにより機械的強度が増す。また、同時にロータ２６の円盤部２６ａがバックメタルとして機能するので磁気的に安定した状態に保持でき、磁気的強度も増大し温度変化による磁力低下が少なくなる。

また、マグネット２１が軸方向に垂直な面に着磁されているので、円筒の外周面に着磁したマグネットを使用するステッピングモータに比べて薄型に構成できる。また、第１のステータ２３、第２のステータ２９は全て半径方向に延出する櫛歯形状により構成されるため、軸方向へ延出して構成されるものに比べて軸方向に関する寸法は小さく構成できる。またこのステッピングモータの構成では内歯と外歯が対になってマグネットと対向し磁束の受け渡しをするのではなく、１個の磁極歯に対してマグネットへ磁束を流す方式なので、磁極歯の数は１相あたりマグネットに着磁された磁極の数の１／２でよく、従来の着磁極数と同数必要なステッピングモータに比べて、特にステッピングモータを多極化する場合に磁極歯の幅及び隙間に関する加工性や機械的強度の点で有利である。

また、マグネットをモータの内部で最も外側（外周側）に配置したのでマグネットの半径が大きくなり、発生する力を大きなトルクに変換するのに有利である。また、同様の観点から余り半径の小さい部位にマグネットが存在しても全体として発生トルクに寄与する割合が小さいのでマグネットの軸方向に垂直な平面上での幅は狭くし、その分、マグネットの内側に配置したコイルの体積を増やすことでバランスのスペース効率が良く、ステッピングモータの特性を向上させることができる。さらに、マグネットと同じ高さにコイルを配置しているので軸方向の高さが増加することなく薄型に構成できる。

また、２つのマグネットの着磁の位相を同一とし、２つのステータの位相を、３６０度を着磁極数の２倍で除した角度だけずらすことで２相ステッピングモータとしているので、２つの磁性材料をロータに取り付けた状態で一度に着磁することで２つのマグネットとすることができる。また、第１のコイル２と第２のコイル２８の２つのコイルによる２相ステッピングモータなので制御が容易で、駆動電気回路を単純である。また、各ステータは全円周に渡って均等なピッチで磁極歯を備えているのでマグネットと対向する面積も大きくすることができ、マグネットの磁束が最大限に利用可能である。また、軸受が軟磁性材料で構成されているのでこの部分を通過する磁束が飽和しにくく、効率の低下がない。

また、コイル２２，２８の周囲を軟磁性材料のステータなどで囲っているので、磁気回路からの漏れ磁束の少なく効率の低下がない。また、駆動力が発生する範囲も全周に渡っているので駆動力が回転トルクに変換される際に不要な横方向の力が発生しにくく、ステッピングモータとして振動、騒音、回転むらが起きにくい。これにより、停止位置精度のよいステッピングモータとなる。

さらに、本実施例１ではマグネットとステータとコイルという電磁駆動装置の最小限の要素に、ロータと軸受を追加した構成なので、部品点数が少なく、かつ、それぞれが単純で製作しやすい平板形状なので製作コストが安いものとなる。

図１５は、実施例１に対してロータ２６を円盤３６と軸３７の２つの部品に分割し、円盤３６は軟磁性材料とし、軸３７をステンレス鋼棒などとする、本発明の実施例２に係わるステッピングモータの断面図である。その他の部分は実施例１と同様なのでその説明を省略する。

コイルの周囲に発生した磁束はコイルの近傍のステータ→マグネット→円盤３６→フランジ部→軸受→ステータと流れる。ここにおいてはマグネットの貼り合わされる円盤３６及びフランジ部は電磁軟鉄などの軟磁性材料とし、軸３７は軸の剛性、硬度の高いステンレス鋼棒材としているので、軸３７には高性能で低コストの市販棒材が使え、円盤３６をプレスなどで加工することにより、合計の部品コストの低減になる。この場合でも着磁前の磁性材料の２つのブランクを円盤部３６にあらかじめ貼り合せた後に着磁装置により着磁を行うことが可能で着磁済みのマグネットの位相を調整しながら組み立てる必要がない。

図１６は、上記実施例２に対して同様にロータの軸部３７をステンレスなど市販棒材を利用し、２つのマグネットを貼り合わせるロータ４６の円盤部４６ａを２つの円盤に分割し、さらに中間にエアギャップとしてＰＣなどのスペーサー４８を介し、結果として、２つのマグネットと２つの円盤部とスペーサーを軸３７と一体化した、本発明の実施例３に係わるステッピングモータの断面図である。その他の部分は上記実施例２と同様なのでその説明を省略する。

コイルの周囲に発生した磁束は、コイル（２２，２８）の近傍のステータ（２３，２９）→マグネット（２１，２７）→ロータの円盤部４６ａ→フランジ部４６ｂ→軸受（２４，３０）→ステータ（２３，２９）と流れる。これによってＡ相の磁気回路とＢ相の磁気回路がロータ４６の円盤部４６ａにおいて干渉することがないので、ロータ４６の出力トルクがアップする。この場合でも着磁前の磁性材料のブランクを円盤部４６ａにあらかじめ貼り合わせ、さらにそれらを貼り合せた後に着磁装置により着磁を行うことが可能で、着磁済のマグネットの位相を調整しながら組み立てる必要がない。

図１７は、上記実施例１に対してロータ５６の軸受５４，６０を非磁性体の焼結真鍮製の含油メタルとし、これに伴って、実施例１のロータ２６、ステータ２３，２９に相当するロータ５６、ステータ５３，５９の形状を一部変更した、本発明の実施例４に係わるステッピングモータの断面図である。その他の部分は上記実施例１と同様なのでその説明を省略する。

コイルの周囲に発生した磁束は、コイルの近傍のステータ（５３，５９）→マグネット（２１，２７）→ロータ５６の円盤部５６ａ→フランジ部５６ｂ→ステータと流れる。ここにおいて軸受５４，６０を非磁性体の焼結真鍮製の含油メタルとし、ロータ５６のフランジ部５６ｂをステータの高さまで延長し、磁束が直接ロータ５６からステータ（５３，５９）へ流れるような磁気回路とした。これにより、マグネットと貼り合せることで磁化されているロータ５６のフランジ部５６ｂと軸受５４，６０の間で吸引力が発生することも無く、また、より入手しやすい焼結真鍮製の含油メタルの軸受を使用することが出来、回転ロス低下とコストダウンができる。

本発明の前提技術である参考技術例１に係わるアクチュエータを示す分解斜視図である。 本発明の前提技術である参考技術例２に係わるアクチュエータを用いた光量調節装置の分解斜視図である。 図２の光量調節装置の軸方向断面図である。 コイルへの通電を切り換えてマグネットを反時計回りもしくは時計回りに回転させた各状態を示すアクチュエータの底面図である。 本発明の前提技術である参考技術例２に係わるアクチュエータの分解斜視図である。 本発明の前提技術である参考技術例３に係わるアクチュエータの軸方向の断面図である。 本発明の前提技術である参考技術例４に係わるアクチュエータの軸方向の断面図である。 本発明の前提技術である参考技術例４に係わるアクチュエータの底面図である。 本発明の実施例１に係わるステッピングモータの分解斜視図である。 図９のステッピングモータの軸方向断面図である。 図９のステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を示す側面視の模式図である。 図１１の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを１８度回転させた状態を示す側面視の模式図である。 図１２の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを１８度回転させた状態を示す側面視の模式図である。 図１３の状態からコイルへの通電を切り換えてマグネットを１８度回転させた状態を示す側面視の模式図である。 本発明の実施例２に係わるステッピングモータの軸方向の断面図である。 本発明の実施例３に係わるステッピングモータの軸方向の断面図である。 本発明の実施例４に係わるステッピングモータの軸方向の断面図である。 従来のシャッタ装置の一例を示す分解斜視図である。 従来のシャッタ装置の他の例を示す分解斜視図である。 図１９の光量調節装置の断面図である。 従来のステッピングモータの軸方向の断面図である。 従来の他のステッピングモータの分解斜視図である。 図２２のステッピングモータの軸方向の断面図である。 従来の別の薄型のステッピングモータを具備した露光量調整装置を示す斜視図である。

符号の説明

２１ 第１のマグネット
２２ 第１のコイル
２３，５３ 第１のステータ
２４，５４ 第１の軸受
２５ ケース
２６，３６，４６，５６ ロータ
２６ａ，３６ａ，４６ａ，５６ａ 円盤部
２６ｂ，３６ｂ，４６ｂ，５６ｂ フランジ部
２７ 第２のマグネット
２８ 第２のコイル
２９，５９ 第２のステータ
３０，６０ 第２の軸受
２７，４７ 軸
４８ スペーサー

Claims (2)

1. リング形状でその中心軸に対して垂直方向の少なくとも１つの面が周方向に分割して異なる極に交互に平面着磁された第１のマグネット及び第２のマグネットと、
   前記第１のマグネットの着磁面に対向する第１のステータと、
   前記第２のマグネットの着磁面に対向する第２のステータと、
   回転可能に保持される軸部、軟磁性材料から成り、前記軸部に垂直な面を有する円盤部、軟磁性材料から成り、前記円盤部から前記第１のステータに向かって突出する第１のフランジ部、及び軟磁性材料から成り、前記円盤部から前記第２のステータに向かって突出する第２のフランジ部から成るロータと、
   前記第１のステータに固定され、該第１のステータ及び前記第１のマグネットが固定されている前記ロータの円盤部を励磁する第１のコイルと、
   前記第２のステータに固定され、該第２のステータ及び前記第２のマグネットが固定されている前記ロータの円盤部を励磁する第２のコイルとを有し、
   前記第１のステータ、第２のステータはそれぞれ径方向に延出する複数の磁極歯を有し、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットは前記ロータの円盤部の表裏にそれぞれ密着固定され、前記第１のコイルに対してその内周側に前記第１のフランジ部が、その外周側に前記第１のマグネットが、前記第１のステータに接している反対側に前記ロータの円盤部が、それぞれ配置されており、前記第２のコイルに対してその内周側に前記第２のフランジ部が、その外周側に前記第２のマグネットが、前記第２のステータに接している反対側に前記ロータの円盤部が、それぞれ配置されていることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記第１及び第２のステータに固定され、前記ロータを回転可能に支持する軸受が軟磁性材料で作られており、該軸受は前記ロータの前記第１及び第２のフランジ部と当接可能であ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。

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