JP4078112B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超薄型の円盤形状のアクチェエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型モータに適する形態として、ブラシレスタイプのものが挙げられる。この種のブラシレスタイプのモータにおいて、駆動回路を単純化したものとして、以下に記載する永久磁石を用いたステッピングモータがある。ステッピングモータは、例えば銀塩カメラのシャッタや絞り調節機構、あるいは、デジタルカメラのシャッタ機構に使用される。
【０００３】
これらの機構は撮影レンズに組み込まれ、撮影レンズを小型化しようとすると、ステッピングモータはレンズの周囲に配置されるよりは、レンズの前後に配置されるほうが都合が良い。したがってステッピングモータのロータの回転軸方向の寸法を小さくすることができれば、撮影レンズの小型化に寄与できる。
【０００４】
軸方向に短い薄型のモータとしては、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１１、図１２に示すようなものがある。
【０００５】
このモータは、図１１に示すように、複数のコイル（３０１，３０２，３０３）と円盤形状のマグネット（３０４）で構成されるものであり、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。一方、円盤形状のマグネットはその円盤の軸方向に着磁されており、マグネットの着磁面とコイルの軸は対向するように配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示す上記従来の薄型のステッピングモータは、コイルから発生する磁束は図１２中の矢印で示すようにマグネットに向かって流れない磁束もあるため完全には有効にマグネットに作用せず、又マグネットが発生する回転力の中心は各コイルの中心の位置であり、モータの外径からＬだけ離れた位置となるので該モータの大きさの割には発生するトルクは小さくなってしまう。
【０００７】
また、モータの中心部付近までコイルが占有してしまっているので、該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。又コイルとマグネットが回転軸方向に重ねて配置されているため、該モータをシャッタや絞り調整機構に用いた場合、該モータは光軸方向の寸法が長くなってしまい、撮影レンズを絞り羽根或いはシャッタ羽根の近くまで配置することは困難であった。
【０００８】
一般的に高トルクの発生するモータにする為にはマグネットとステータの間で大きな電磁力を発生させる必要があり、基本的にマグネットとステータの配置する間隔をできる限り近接させなければならず、マグネットの高い磁束密度を安定して得られるような設計が必須である。薄型モータを設計する場合にもこの点は必須条件であるが、相対的に小さいスペースの中ではマグネットやステータなどの部品の平面性によっては最適な間隔を確保することが難しくなってしまい、最悪の場合は両者が接触して回転負荷が増大したり、所定の回動トルクも発生しないなどの問題が発生する虞があった。
【０００９】
このように薄型モータにおいては、マグネットとステータの間隔の確保の問題は部品の生産性とモータの仕様のバランスを考慮する重要かつ困難な課題であった。
【００１０】
（発明の目的）
本発明の目的は、ロータの軸方向の寸法が小さく、高出力、且つ安価な構造のアクチュエータを提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、中空円盤形状に形成され、その中心を回転中心として回転可能に保持されるとともに、回転中心の仮想軸に対して垂直方向の面が該仮想軸を中心とする円周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、該マグネットの外径の外側に巻回されて配置される第１のコイルと、前記マグネットの内径の内側に巻回されて配置される第２のコイルと、前記マグネットの前記仮想軸に対し垂直方向の一方の面の外周側と内周側に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記第１および第２のコイルによりそれぞれ励磁される複数の磁極部を有する第１のステータと、前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の他方の面の外周側と内周側に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記第１および第２のコイルによりそれぞれ励磁される複数の磁極部を有し、前記第１のステータの外周端と内周端でそれぞれ連結される第２のステータとを有するアクチュエータであって、前記第１のステータに、前記外周側の磁極部の先端と径方向で対向する前記内周側の磁極部の先端とを一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第２のステータに、前記外周側の磁極部の先端と径方向で対向する前記内周側の磁極部の先端とを一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第１のステータの前記複数のつなぎ部と前記第２のステータの前記複数のつなぎ部が互いに対向しないように、それぞれの存在する角度位置を円周方向でずらして配置されるアクチュエータとするものである。
【００１２】
同じく上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、中空円盤形状に形成され、その中心を回転中心として回転可能に保持されるとともに、回転中心の仮想軸に対して垂直方向の面が該仮想軸を中心とする円周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、該マグネットの外径の外側に巻回されて配置されるコイルと、前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の一方の面に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記コイルにより励磁される複数の磁極部を有する第１のステータと、前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の他方の面に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記コイルにより励磁される複数の磁極部を有し、前記第１のステータの外周端で連結される第２のステータとを有するアクチュエータであって、前記第１のステータに、互いに隣接する前記磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第２のステータに、互いに隣接する前記磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第１のステータの前記複数のつなぎ部と前記第２のステータの前記複数のつなぎ部が互いに対向しないように、それぞれの存在する角度位置を円周方向でずらして配置されるアクチュエータとするものである。
【００１３】
同じく上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、中空円盤形状に形成され、その中心を回転中心として回転可能に保持されるとともに、回転中心の仮想軸に対して垂直方向の面が該仮想軸を中心とする円周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、該マグネットの内径の内側に巻回されて配置されるコイルと、前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の一方の面に所定の空隙をもって対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記コイルにより励磁される複数の磁極部を有する第１のステータと、前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の他方の面に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記コイルにより励磁される複数の磁極部を有し、前記第１のステータの外周端と内周端でそれぞれ連結される第２のステータとを有するアクチュエータであって、前記第１のステータに、互いに隣接する前記磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第２のステータに、互いに隣接する前記磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第１のステータの前記複数のつなぎ部と前記第２のステータの前記複数のつなぎ部が互いに対向しないように、それぞれの存在する角度位置を円周方向でずらして配置されるアクチュエータとするものである。
【００１４】
同じく上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、中空円盤形状に形成され、その中心を回転中心として回転可能に保持されるとともに、回転中心の仮想軸に対して垂直方向の面が該仮想軸を中心とする円周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、該マグネットの外径の外側に巻回されて配置される第１のコイルと、前記マグネットの内径の内側に巻回されて配置される第２のコイルと、前記マグネットの回転中心の仮想軸に対し垂直方向の一方の面の外周側と内周側に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、第１および第２のコイルによりそれぞれ励磁される複数の磁極部を有する第１のステータと、前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の他方の面の外周側と内周側に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記第１および第２のコイルによりそれぞれ励磁される複数の磁極部を有し、前記第１のステータの外周端と内周端でそれぞれ連結される第２のステータとを有するアクチュエータであって、前記第１のステータに、互いに隣接する前記外周側の磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部、および、互いに隣接する前記内周側の磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第２のステータに、互いに隣接する前記外周側の磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部、および、互いに隣接する前記内周側の磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第１のステータの前記外周側と内周側の複数のつなぎ部と前記第２のステータの前記外周側と内周側の複数のつなぎ部が互いに対向しないように、それぞれの存在する角度位置を円周方向でずらして配置されるアクチュエータとするものである。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１〜図７は本発明の実施の第１の形態に係るアクチュエータ（ステッピングモータ）を示す図であり、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に示すアクチュエータの組み立て完成状態の軸方向の断面図、図３はステータのみを組み立てたアクチュエータの上面図である。また、図４、図５、図６、図７はステッピングモータのマグネットの回転動作について説明する為の図である。
【００１７】
図１から図７において、１は中空円盤形状（軸中心部分が空けられた円盤形状（＝薄型のリング形状）を意味する）に形成されたロータであるマグネットであり、回転の中心を仮想軸とすると、該仮想軸に対して直交する第１の平面（１ｅ面）、同じく仮想軸に対して直交する第２の平面（１ｆ面）、外周面および内周面からなり、その中心を回転中心として回転可能に保持されるとともに、少なくとも回転中心の仮想軸に対して垂直方向の１ｅ面が該仮想軸を中心とする円周方向（角度方向）に分割され異なる極に交互に着磁（詳細は後述）される。図１、図４に示すように、該マグネット１は１ｅ面が回転中心の仮想軸を中心とする円周方向にｎ分割（この実施の形態では１６分割）され、Ｓ極とＮ極が交互に着磁されている。
【００１８】
なお、前記マグネット１の１ｅ面に対して裏の面１f は、１ｅ面とは逆の極性に分割着磁されていても良いし、全く着磁されていなくても良い。
【００１９】
前記マグネット１は射出成形により形成されたプラスチックマグネット材料により成る。マグネット１は非常に単純な形状であるため加工が容易であり、小さく形成するのに適している。したがって、円筒形状の厚さ方向、即ち軸と平行方向に関する長さを非常に薄く構成することができる。また、該マグネット１には中央部に嵌合部１ａがあり、該嵌合部１ａは後述の軸受け６の嵌合部６ｂに嵌合して固定される。
【００２０】
上記のようにマグネット１は射出成形により形成されたプラスチックマグネットから成るため、嵌合部１ａもマグネット材料で一体成形でき、回転中心に対してマグネット部の同軸精度が向上する。また、射出成形マグネットは表面に薄い樹脂皮膜が形成されるため、錆の発生がコンプレッションマグネットに比較して大幅に少ないので、塗装などの防錆処理を廃止できる。さらに、コンプレッションマグネットで問題になる磁性粉の付着もなく、防錆塗装時に発生しやすい表面のふくらみもなく、品質を向上させることができる。
【００２１】
前記マグネット材料は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁性粉とポリアミドなどの熱可塑性樹脂バインダー材との混合物であり、この混合物を射出成形することにより形成されたプラスチックマグネットを用いている。従って、コンプレッション成形されたマグネットの場合の曲げ強度が５００Ｋｇｆ／ｃｍ２程度なのに対して、例えばポリアミド樹脂をバインダー材として使用した場合、８００Ｋｇｆ／ｃｍ２以上の曲げ強度が得られ、コンプレッション成形では出来ない中空円盤形状に形成することが可能となる。
【００２２】
上記のように中空円盤形状に形成することで、後述の第１のステータ７の外周側の磁極部とマグネット１の１ｅ面との間隔ｄ１、第１のステータ７の内周側の磁極部とマグネット１の１ｅ面との間隔ｄ１を短く設定することができ、その間の磁気抵抗を小さくした磁気回路とすることができる。これにより、後述の第１のコイル２及び第２のコイル４への通電を行った場合、小さな起磁力でも多くの磁束を発生することができ、アクチュエータの性能が高まる。
【００２３】
２は円筒かつ扁平形状の第１のコイルであり、絶縁材料からなる第１のボビン３に巻き付けられている。つまり、巻回されている。該第１のコイル２は前記マグネット１の外径（外周面）の外側で軸と平行方向に関して重なる位置に配置されており、よって、該第１のコイル２の軸方向の長さは前記マグネット１の軸方向の長さ、即ち円盤形状の厚さとほぼ同じ寸法となっている。
【００２４】
４は円筒かつ扁平形状の第２のコイルであり、絶縁材料からなる第２のボビン５に巻き付けられている。該第２のコイル４は前記マグネット１の内径（内周面）の内側で軸と平行方向に関して重なる位置に配置されており、よって、該第２のコイル４の軸方向の長さは前記マグネット１の軸方向の長さ、即ち円盤形状の厚さとほぼ同じ寸法となっている。
【００２５】
ボビン５のリブ５ａ，５ｂはマグネット１に接合された軸受け６の内側の摺動面６ｄに当接し（図２参照）、滑らかに回転可能な回転の中心位置規制をするようになっている。
【００２６】
６は軸受けであり、非常に円滑な摺動性の良い材料、例えばプラスチックであればポリアセタールやテフロン、フッ素系樹脂等で作られている。この軸受け６により、マグネット１は金属である磁極部の間に配置されていても円滑に回転を行うことができる。また、磁極部の仕上げによっては前記マグネット１に一体に成型した該マグネット１の上下面からそれぞれ突出したリブであってもかまわない。一方で球軸受けなどを用いて更なる摺動摩擦の低減を図ってもよい。軸方向の位置、即ち第１のステータ７とマグネット１の間隔ｄ１、及び、第２のステータ８とマグネット１の間隔ｄ２は、軸受け６の上側の摺動面６ａと下側の摺動面６ｃの高さによってモータトルク発生に重要なマグネットとステータの間隔を安定して確保し、常に最適な所定量である間隔ｄ１，ｄ２を確保する。
【００２７】
７は軟磁性材料からなる第１のステータであり、第１のコイル２への通電により励磁される第１のステータ７の外周側の磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ（図１、図４参照）を持ち、該磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈは前記円盤形状のマグネット１の軸方向と垂直な平面である１ｅ面に所定の間隔ｄ１をもって対向し、マグネット１の半径方向でしかも内径方向に延出する平板の櫛歯形状の歯により構成されている。この延出する歯の数はマグネット１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（この実施の形態では４５度）ずつ等分配置されている（この実施の形態では８個）。第１のコイル２への通電により、磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈはすべて互いに同極になるように励磁される。
【００２８】
第１のステータ７の内周側の磁極部７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｌ，７ｍ，７ｎ，７ｏ，７ｐ（図１、図４参照）は第２のコイル４への通電により励磁され、該磁極部７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｌ，７ｍ，７ｎ，７ｏ，７ｐは前記円盤形状のマグネット１の軸方向と垂直な平面である１ｅ面に所定の間隔ｄ１をもって対向し、マグネット１の半径方向でしかも外径方向に延出する櫛歯形状の歯により構成されている。
【００２９】
この延出する歯の数はマグネット１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（この実施の形態では４５度）ずつ等分配置されている（この実施の形態では８個）。第２のコイル４への通電により、磁極部７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｌ，７ｍ，７ｎ，７ｏ，７ｐはすべて互いに同極になるように励磁される。
【００３０】
つなぎ部７ｑ，７ｒ，７ｓ，７ｔ（図１、図３参照）は、第１のステータ７の外周側の磁極部先端と径方向で対向する内周側の磁極部先端を細い橋形状でつないでいる。これにより、第１のステータ７の外周側と内周側が一体になり、プレス加工などによる加工時の悪影響を防ぐことができる。この実施の形態では充分なつなぎ部の数として磁極の２つに一つを設けている。
【００３１】
また、つなぎ部を有する磁極部、たとえば７ａと７ｉをつなぐつなぎ部７ｑにより磁極部７ａと７ｉの先端高さ精度は維持されるのは勿論だが、隣接する磁極、たとえば７ｂ，７ｊも相対差としての変形量は減少することになる。これはその他の磁極部についても同様である。
【００３２】
８は軟磁性材料からなる第２のステータであり、第１のコイル２への通電により励磁される第２のステータ８の外周側の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ（図１参照）を持ち、該磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈは前記円盤形状のマグネット１の軸方向と垂直な平面である１ｆ面に所定の間隔ｄ２をもって対向し、マグネット１の半径方向でしかも外径方向に延出する櫛歯形状の歯により構成されている。この延出する歯の数はマグネット１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（この実施の形態では４５度）ずつ等分配置されている（この実施の形態では８個）。
【００３３】
前記第２のステータ８の外周側の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈは、マグネット１を挟んで前記第１のステータ７の外周側の磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈに対向する位置、つまり同位相となるように形成されている。
【００３４】
前記第１のステータ７と前記第２のステータ８は、第２のステータ８の最外周８ｕ部で磁気的に連結されて、第１のコイル２、第１のステータ７の外周側の磁極部７ａ〜７ｈ、第２のステータ８の外周側の磁極部８ａ〜８ｈは磁気回路を構成している。
【００３５】
第１のコイル２への通電により、磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈはすべて互いに同極になるように励磁され、前記第１のステータ７の外周側の磁極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈは前記第２のステータ８の外周側の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈとは異なる極性に励磁される。
【００３６】
第２のステータ８の内周側の磁極部８ｉ，８ｊ，８ｋ，８ｌ，８ｍ，８ｎ，８ｏ，８ｐ（図１参照）は、第２のコイル４への通電により励磁され、該磁極部８ｉ，８ｊ，８ｋ，８ｌ，８ｍ，８ｎ，８ｏ，８ｐは前記円盤形状のマグネット１の軸方向と垂直な平面である１ｆ面に所定の間隔ｄ２をもって対向しマグネットの半径方向に延出する櫛歯形状の歯により構成されている。この延出する歯の数はマグネット１の着磁分割数ｎの１／２個形成され、それらが７２０／ｎ度（この実施の形態では、４５度）ずつ等分配置されている（この実施の形態では８個）。
【００３７】
第２のステータ８の内周側の磁極部８ｉ，８ｊ，８ｋ，８ｌ，８ｍ，８ｎ，８ｏ，８ｐは、マグネット１を挟んで第１のステータ７の内周側の磁極部７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｌ，７ｍ，７ｎ，７ｏ，７ｐ に対向する位置、つまり同位相となるように形成されている。
【００３８】
また、前記第１のステータ７と前記第２のステータ８は、該第２のステータ８の最内周８ｖ部で磁気的に連結されている。よって、第２のコイル４、第１のステータ７の内周側の磁極部７ｉ〜７ｐ、第２のステータ８の内周側の磁極部８ｉ〜８ｐは磁気回路を構成している。
【００３９】
第２のコイル４への通電により、第１のステータ７の内周側の磁極部７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｌ，７ｍ，７ｎ，７ｏ，７ｐはすべて互いに同極になるように励磁され、前記第１のステータ７内周側の磁極部７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｌ，７ｍ，７ｎ，７ｏ，７ｐと前記第２のステータ８の内周側の磁極部８ｉ，８ｊ，８ｋ，８ｌ，８ｍ，８ｎ，８ｏ，８ｐとは異なる極性に励磁される。
【００４０】
つなぎ部８ｑ，８ｒ，８ｓ，６ｔ（図１、図３参照）は、第２のステータ８の外周側の磁極部先端と径方向で対向する内周側の磁極部先端を細い橋形状でつないでいる。これにより、第２のステータ８の外周側と内周側が一体になり、プレス加工などによる加工時の悪影響を防ぐことができる。本実施の形態では、充分なつなぎ部の数として磁極の２つに一つを設けている。
【００４１】
また、つなぎ部を有する磁極部、たとえば８ｂと８ｊをつなぐつなぎ部８ｑにより磁極部８ｂと８ｊの先端高さ精度は維持されるのは勿論だが、隣接する磁極、たとえば８ａ，８ｉも相対差としての変形量は減少することになる。これはその他の磁極部についても同様である。
【００４２】
ここで、前記第１のステータ７と前記第２のステータ８の各々の磁極部は磁気回路的に損失が無いように完全に対向していなければならない。そこで、各ステータの内周側と外周側をつなぐ磁極部は、その面積を小さくすることで磁気抵抗を大きくし、ステータ７，８とコイルとで形成する磁気回路の磁束の流れに与える影響を小さく抑えている。
【００４３】
さらに磁気抵抗を大きくし、磁束の乱れを防ぐため、磁極部間に設けてあるつなぎ部の位相をずらしている。
【００４４】
すなわち、図３に示すように、第１のステータ７のつなぎ部７ｑ, ７ｒ, ７ｓ, ７ｔと第２のステータ８のつなぎ部８ｑ, ８ｒ, ８ｓ, ８ｔは軸方向から見て完全に重ならないように、ここではマグネットに着磁された極数をｎとすると（３６０×２／ｎ）だけずらしてある。つまり、互いに対向しないように、それぞれの存在する角度位置を円周方向でずらして配置される。
【００４５】
前記第１のステータ７の外周側の磁極部が励磁されることで発生する電磁力が作用するマグネット１上の位置の回転中心からの距離をＲ１、前記第１のステータ７の内周側の磁極部が励磁されることで発生する電磁力が作用するマグネット１上の位置の回転中心からの距離をＲ２とすると、「Ｒ１＞Ｒ２」の関係にある。
【００４６】
前記第１のステータ７の外周側の磁極部が前記円盤状のマグネット１の対向する面積をＳ１、前記第１のステータ７の内周側の磁極部が前記円盤状のマグネット１に対向する面積をＳ２とすると、「Ｓ１＜Ｓ２」となるように設定してある。
【００４７】
そのため、第１のステータ７の内周側の磁極部が励磁されことで発生する電磁力は、該第１のステータ７の外周側の磁極部が励磁されことで発生する電磁力に比べて大きくなり、「（電磁力）×（電磁力が作用する半径）」の値、即ち回転トルクは、第１のステータ７の外周側の磁極部が励磁されことで発生する場合と該第１のステータ７の内周側の磁極部が励磁されことで発生する場合とで同じになるように設定してある。これにより、位置出し性能の良いアクチュエータとなる。
【００４８】
第１のステータ７の外周側の磁極部がマグネット１の着磁面に対向する位相と、第１のステータ７の内周側の磁極部がマグネット１の着磁面に対向する位相は（１８０／Ｎ）度、即ち本実施の形態では11.25 度ずれて構成されている。
【００４９】
次に、図４〜図７を参照して、図１、図２及び図３で説明した本発明の実施の第１の形態に係るステッピングモータの動作について説明する。
【００５０】
図４は、第１のステータ７の外周側の磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈをＮ極とし、第２のステータ８の外周側の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈをＳ極とし、第１のステータ７の内周側の磁極部７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｌ，７ｍ，７ｎ，７ｏ，７ｐをＳ極とし、第２のステータ８の内周側の磁極部８ｉ，８ｊ，８ｋ，８ｌ，８ｍ，８ｎ，８ｏ，８ｐをＮ極とするように、第１のコイル２及び第２のコイル４に通電して励磁した状態を示す。
【００５１】
この時、第１のステータ７の外周側の磁極部と内周側の磁極部をつなぐつなぎ部７ｑ，７ｒ，７ｓ，７ｔは磁極部の面積に比べて十分に小さいので、外周側の磁極部と内周側の磁極部で発生する磁気回路に影響を及ぼすことはほとんどない。
【００５２】
同様に、第２のステータ８の外周側の磁極部と内周側の磁極部をつなぐつなぎ部８ｑ，８ｒ，８ｓ，８ｔも外周側の磁極部と内周側の磁極部で発生する磁気回路に影響を及ぼすことはほとんどない。
【００５３】
図４の状態から第１のコイル２への通電はそのままで、第２のコイル４への通電方向を切り換えて、第１のステータ７の内周側の磁極部７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｌ，７ｍ，７ｎ，７ｏ，７ｐをＮ極、第２のステータ８の内周側の磁極部８ｉ，８ｊ，８ｋ，８ｌ，８ｍ，８ｎ，８ｏ，８ｐをＳ極となるように励磁する。これにより、マグネット１は反時計方向に11.25 度回転し、図５に示す状態になる。
【００５４】
次に、第１のコイル２への通電を反転させて、第１のステータ７の外周側の磁極部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈをＳ極とし、第２のステータ８の外周側の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈをＮ極となるように励磁する。これにより、マグネット１は反時計方向に更に11.25 度回転し、図６に示す状態になる。
【００５５】
次に、第２のコイル４への通電を反転させて、第１のステータ７の内周側の磁極部７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｌ，７ｍ，７ｎ，７ｏ，７ｐをＳ極とし、第２のステータ８の内周側の磁極部８ｉ，８ｊ，８ｋ，８ｌ，８ｍ，８ｎ，８ｏ，８ｐをＮ極となるように励磁する。これにより、マグネット１は反時計方向に更に11.25 度回転し、図７に示す状態になる。
【００５６】
以後、このように第１のコイル２及び第２のコイル４への通電方向を順次切り換えていくことにより、ロータであるマグネット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。
【００５７】
なお、第２のステータ８の外周側の磁極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈと該第２のステータ８の内周側の磁極部８ｉ，８ｊ，８ｋ，８ｌ，８ｍ，８ｎ，８ｏ，８ｐに対向している前記円盤状形状のマグネット１の１ｆ面は必ずしも着磁されている必要はないが、１ｅ面とは逆の極性に分割着磁されていればより一層出力は増す。
【００５８】
上述の実施の第１の形態によれば、アクチュエータの軸方向に関する寸法、即ち厚さは、円盤形状のマグネットの厚さに対して、各ステータの磁極を対向させるだけの厚さがあればよく、このためアクチュエータの厚さ、つまりステッピングモータの軸方向の長さは、円盤状のマグネット１の厚さと該マグネット１を挟んで対向する複数の磁極部やつなぎ部を有する第１、第２のステータ７，８で決めることができ、ステッピングモータの軸と平行方向に関する寸法を非常に小さくできる。磁極部の形状が径方向に延出した櫛歯状であるため、軸方向への凹凸により構成される磁極部に比べて軸方向に関する寸法（ロータの軸方向の寸法）を小さく構成できる。
【００５９】
また、第１のコイル２により発生する磁束は、ステータ７，８の一方のステータの外周側の磁極部から、他方のステータの対向位置にある磁極部に向かって流れるため、このステ−タ７，８の間に配置されたマグネット１に従来より多くの磁束が作用する。同様に、第１のコイル４により発生する磁束は、ステータ７，８の一方のステータの外周側の磁極部から、他方のステータの対向位置にある磁極部に向かって流れるため、このステ−タ７，８の間に配置されたマグネット１に従来より多くの磁束が作用する。
【００６０】
また、上記各ステータの複数の磁極部は薄い鉄板を使用してプレス打ち抜き工程で製作されるのが一般的だが、細い櫛歯状の磁極部の先端同士に前述のつなぎ部７ｑ〜７ｔ，８ｑ〜８ｔを設けたことにより、薄板のプレス工程中に発生しやすい平面性の悪化を最小にすることができ、各磁極部の先端の高さのばらつきは最小限に抑えることができる。これにより、結果的に固定された各磁極部と回転するマグネット１の間隔を最小限に設定することが可能となり、この構成において磁束により発生する回動力は最大となり、高出力のアクチュエータまたはアクチュエータを構成することができる。
【００６１】
また、追加した磁極部のつなぎ部７ｑ〜７ｔ，８ｑ〜８ｔは、マグネット１、各ステータ７，８の磁気回路に乱れの影響を与えないような構成（その面積を小さくしたり、位相をずらしたりして）しているので、各磁極部の先端が接続されていても問題はない。
【００６２】
更に、第２のステータ８は一体となって形成されているので構造材として使用することができ、ロータであるマグネット１に連結して不図示のシャッタ羽根を開閉させるようにすれば、第２のステータ８の開口部の通過光量を制御するシャッタ装置とすることができる。又そのときのシャッタ装置の光軸と平行方向に関する寸法、即ち厚さ方向に関する寸法は、第１のステータ７の外周側の磁極部７ａ〜７ｈ、或いは、内周側の磁極部７ｉ〜７ｐ、或いは、第２のステータ８の外周側の磁極部８ａ〜８ｈ、或いは、内周側の磁極部８ｉ〜８ｐにより決まる為、非常に小さく構成でき、 シャッタ装置の近くまで他の構造物を配置可能となる。 つまり、上記構成によれば、軸と平行方向に関する寸法がコンパクトで、高出力、且つ安価な構造のアクチュエータを提供することができ、特に薄型のアクチュエータ或いはアクチュエータにおいて重要となる磁極とマグネットの間隙の精度を向上させて、高出力かつ生産性の高いアクチュエータを実現できる。
【００６３】
（実施の第２の形態）
図８〜図１０は本発明の実施の第２の形態に係るアクチュエータを示す図であり、詳しくは、図８はアクチュエータの分解図、図９は図８に示すアクチュエータを組み立て完成状態の軸方向の断面図、図１０はステータのみ組み立てたアクチュエータの上面図である。
【００６４】
上記の実施の第１の形態に対し、ステータの内周の磁極部及び内周のコイルを廃止し、外周部の磁極部及びコイルで構成したアクチュエータであり、図１〜図７と同じ部分は同一符号を付してある。
【００６５】
図８〜図１０において、１０は軸受けで、マグネット１に接合され、コイル２を取り付けたボビン３の内周面で位置決めされて円滑に回転する。また、軸受け１０の上側の摺動面１０ａ、下側の摺動面１０ｃ（図９参照）がそれぞれ後述の第３のステータ９の内側面と第４のステータ１１の内側面で摺動し、第３のステータ８とマグネット１、及び、第４のステータ１１とマグネット１のそれぞれの最適な間隔を維持しながら円滑に回転するようにしてある。
【００６６】
９は軟磁性材料からなる第３のステータであり、平面的な形状の磁極部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈが形成されている。１１は軟磁性材料からなる第４のステータであり、平面的な形状の磁極部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈが形成されている。これも磁極が軸方向への凹凸により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。
【００６７】
第３のステータ９の磁極部９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈは、マグネット１を挟んで第４のステータ１１の磁極部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈに対向する位置（図１０参照）に形成されている。第３のステータ９の円周方向で互いに隣接する磁極部を接続するつなぎ部９ｉ，９ｊ，９ｋ，９ｌ（図８、図１０参照）は、相互の間で磁束の通過をできるだけ少なくするためになるべく細い形状にしてその間の磁気抵抗を高くしている。また、第４のステータ１１の円周方向で互いに隣接する磁極部を接続するつなぎ部１１ｉ，１１ｊ，１１ｋ，１１ｌも、相互の間で磁束の通過をできるだけ少なくするためになるべく細い形状にしてその間の磁気抵抗を大きくしている。
【００６８】
さらに、第３のステータ９のつなぎ部９ｉ，９ｊ，９ｋ，９ｌは、図１０に示すように、第４のステータ１１のつなぎ部１１ｉ，１１ｊ，１１ｋ，１１ｌは軸方向から見て重ならないように位相をずらして構成してある。ここではマグネットに着磁された極数をｎとすると（３６０×２／ｎ）だけずらしてある。
【００６９】
また、第３のステータ９と第４のステータ１１とは、磁極部とは逆側の位置、即ち第１のコイル２の外径を覆う１１ｍ部で磁気的に連結されている。
【００７０】
上記各ステータの磁極部は薄い鉄板を使用してプレス打ち抜き工程で製作されるが、細い櫛歯状の磁極の先端同士に前述のつなぎ部９ｉ〜９ｌを設けたことにより、薄板のプレス工程中に発生しやすい平面性の悪化を最小にすることができ、磁極の先端の高さのばらつきを最小限に抑えることができ、結果的に固定された磁極と回転するマグネットの間隔を最小限に設定することが可能となり、この構成において磁束により発生する回動力は最大となり、高出力のアクチュエータを構成することができる。
【００７１】
また、追加した磁極部のつなぎ部は、マグネット、各ステータの磁気回路に乱れの影響を与えないように構成（磁気抵抗が大きくなるような形状）しているので、磁極部の先端が接続されていても問題はない。
【００７２】
よって、上記実施の第１の形態と同様、回転軸と平行方向に関する寸法がコンパクトで、高出力、且つ安価な構造のアクチュエータを提供することができ、特に薄型のアクチュエータ或いはアクチュエータにおいて重要となる磁極とマグネットの間隙の精度を向上させて高出力かつ生産性の高いアクチュエータを実現できる。
【００７３】
なお、上記実施の第２の形態では、第３のステータ９と第４のステータ１１を外周端で連結し、第３のステータ９と第４のステータ１１の内周側の櫛歯状磁極部の先端につなぎ部を設け、二つのステータの連結部の内周側にコイル２を、さらのコイル２の内周側にマグネット１を配置したが、この構成に限られるものではない。
【００７４】
外径方向に延出する平板の櫛歯形状の歯を形成した円環形状の二つのステータを形成し、この二つのステータを内周端で連結する。それぞれのステータにおいて外周側の櫛歯状磁極部の先端につなぎ部を設け、二つのステータの連結部の外周側にコイルを、さらにこのコイルの外周側にマグネットを配置する構成としてもよい。
【００７５】
また、上記実施の第２の形態に示したような構成を、前述の実施の第１の形態のような構成（ステータの内周の磁極部及び内周のコイルを具備した構成）にしても良い。具体的には、マグネットや第１、第２のコイルは同様の構成とし、第１のステータと第２のステータの構成を以下のようにする。
【００７６】
第１のステータを、マグネット１の回転中心の仮想軸に対し垂直方向の一方の面（１ｅ面）の外周側と内周側に所定の空隙を持って対向しかつ円周方向に隣接して配置され、第１および第２のコイル２，４にそれぞれ励磁される複数の磁極部を有するものとし、第２のステータを、前記マグネット１の前記仮想軸に対して垂直方向の他方の面（１ｆ面）の外周側と内周側に所定の空隙を持って対向しかつ円周方向に隣接して配置され、前記第１および第２のコイルにそれぞれ励磁される複数の磁極部を有し、前記第１のステータの外周端と内周端でそれぞれ連結される構成にし、さらに、前記第１のステータに、隣接する前記外周側の磁極部と磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部、および、隣接する前記内周側の磁極部と磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第２のステータに、隣接する前記外周側の磁極部と磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部、および、隣接する前記内周側の磁極部と磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第１のステータの複数のつなぎ部と前記第２のステータの複数のつなぎ部のそれぞれの位相をずらした構成のアクチュエータにしても良い。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ロータの軸方向の寸法が小さく、高出力、且つ安価な構造のアクチュエータ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の形態に係るアクチュエータの分解斜視図である。
【図２】図１に示すアクチュエータの組立て完成状態の軸方向の断面図である。
【図３】ステータのみを組み立てた図１のアクチュエータの上面図である。
【図４】図１に示すアクチュエータのマグネットの回転動作説明図である。
【図５】同じく図１に示すアクチュエータのマグネットの回転動作説明図である。
【図６】同じく図１に示すアクチュエータのマグネットの回転動作説明図である。
【図７】同じく同じく図１に示すアクチュエのマグネットの回転動作説明図である。
【図８】本発明の実施の第２の形態に係るアクチュエータの分解図である。
【図９】図８に示すアクチュエータの組み立て完成状態の軸方向の断面図である。
【図１０】ステータのみを組み立てたアクチュエータの上面図である。
【図１１】従来のブラシレスモータの一例を示す斜視図である。
【図１２】従来のブラシレスモータの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ マグネット
１ｅ 着磁部
２ 第１のコイル
３ ボビン
４ 第２のコイル
５ ボビン
６ 軸受け
６ａ 摺動部
７ 第１のステータ
７ａ〜７ｈ 第１のステータの外周の磁極部
７ｉ〜７ｐ 第１のステータの内周の磁極部
７ｑ〜７ｔ つなぎ部
８ 第２のステータ
８ａ〜８ｈ 第２のステータの外周の磁極部
８ｉ〜８ｐ 第２のステータの内周の磁極部
８ｑ〜８ｔ つなぎ部
９ 第３のステータ
９ａ〜９ｈ 第３のステータの磁極部
９ｉ〜９ｌ つなぎ部
１０ 軸受け
１１ 第４のステータ
１１ａ〜１１ｈ 第４のステータの磁極部
１１ｉ〜１１ｌ つなぎ部

Claims (4)

1. 中空円盤形状に形成され、その中心を回転中心として回転可能に保持されるとともに、回転中心の仮想軸に対して垂直方向の面が該仮想軸を中心とする円周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、
   該マグネットの外径の外側に巻回されて配置される第１のコイルと、
   前記マグネットの内径の内側に巻回されて配置される第２のコイルと、
   前記マグネットの前記仮想軸に対し垂直方向の一方の面の外周側と内周側に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記第１および第２のコイルによりそれぞれ励磁される複数の磁極部を有する第１のステータと、
   前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の他方の面の外周側と内周側に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記第１および第２のコイルによりそれぞれ励磁される複数の磁極部を有し、前記第１のステータの外周端と内周端でそれぞれ連結される第２のステータとを有するアクチュエータであって、
   前記第１のステータに、前記外周側の磁極部の先端と径方向で対向する前記内周側の磁極部の先端とを一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第２のステータに、前記外周側の磁極部の先端と径方向で対向する前記内周側の磁極部の先端とを一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、
   前記第１のステータの前記複数のつなぎ部と前記第２のステータの前記複数のつなぎ部は互いに対向しないように、それぞれの存在する角度位置を円周方向でずらして配置されることを特徴とするアクチュエータ
2. 中空円盤形状に形成され、その中心を回転中心として回転可能に保持されるとともに、回転中心の仮想軸に対して垂直方向の面が該仮想軸を中心とする円周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、
   該マグネットの外径の外側に巻回されて配置されるコイルと、
   前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の一方の面に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記コイルにより励磁される複数の磁極部を有する第１のステータと、
   前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の他方の面に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記コイルにより励磁される複数の磁極部を有し、前記第１のステータの外周端で連結される第２のステータとを有するアクチュエータであって、
   前記第１のステータに、互いに隣接する前記磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第２のステータに、互いに隣接する前記磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、
   前記第１のステータの前記複数のつなぎ部と前記第２のステータの前記複数のつなぎ部は互いに対向しないように、それぞれの存在する角度位置を円周方向でずらして配置されることを特徴とするアクチュエータ。
3. 中空円盤形状に形成され、その中心を回転中心として回転可能に保持されるとともに、回転中心の仮想軸に対して垂直方向の面が該仮想軸を中心とする円周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、
   該マグネットの内径の内側に巻回されて配置されるコイルと、
   前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の一方の面に所定の空隙をもって対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記コイルにより励磁される複数の磁極部を有する第１のステータと、
   前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の他方の面に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記コイルにより励磁される複数の磁極部を有し、前記第１のステータの外周端と内周端でそれぞれ連結される第２のステータとを有するアクチュエータであって、
   前記第１のステータに、互いに隣接する前記磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第２のステータに、互いに隣接する前記磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、
   前記第１のステータの前記複数のつなぎ部と前記第２のステータの前記複数のつなぎ部は互いに対向しないように、それぞれの存在する角度位置を円周方向でずらして配置されることを特徴とするアクチュエータ。
4. 中空円盤形状に形成され、その中心を回転中心として回転可能に保持されるとともに、回転中心の仮想軸に対して垂直方向の面が該仮想軸を中心とする円周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、
   該マグネットの外径の外側に巻回されて配置される第１のコイルと、
   前記マグネットの内径の内側に巻回されて配置される第２のコイルと、
   前記マグネットの回転中心の仮想軸に対し垂直方向の一方の面の外周側と内周側に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、第１および第２のコイルによりそれぞれ励磁される複数の磁極部を有する第１のステータと、
   前記マグネットの前記仮想軸に対して垂直方向の他方の面の外周側と内周側に所定の空隙を持って対向し、かつ、円周方向に隣接して配置され、前記第１および第２のコイルによりそれぞれ励磁される複数の磁極部を有し、前記第１のステータの外周端と内周端でそれぞれ連結される第２のステータとを有するアクチュエータであって、
   前記第１のステータに、互いに隣接する前記外周側の磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部、および、互いに隣接する前記内周側の磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、前記第２のステータに、互いに隣接する前記外周側の磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部、および、互いに隣接する前記内周側の磁極部の間を一体につなぐ複数のつなぎ部を具備し、
   前記第１のステータの前記外周側と内周側の複数のつなぎ部と前記第２のステータの前記外周側と内周側の複数のつなぎ部は互いに対向しないように、それぞれの存在する角度位置を円周方向でずらして配置されることを特徴とするアクチュエータ。

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