JP4235486B2 - 駆動装置、光量調節装置、および、レンズ駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置におけるシャッタ装置等に好適な駆動装置、光量調節装置、および、撮像装置のレンズ駆動に好適なレンズ駆動装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレンズシャッタカメラのシャッタ装置としては、図１６に示すものがある。
【０００３】
同図において、１０１は永久磁石であるマグネット、１０２は駆動レバー、１０２ａは駆動レバー１０２に設けられた駆動ピンである。駆動レバー１０２はマグネット１０１に固着され、マグネット１０１と一体的に回転する。１０３はコイル、１０４，１０５は軟磁性材料から成り、コイル１０３により励磁されるステータである。ステータ１０４とステータ１０５は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およびステータ１０５が励磁され、マグネット１０１は所定の角度内を回転駆動する。１０６，１０７はシャッタ羽根であり、１０８は地板である。シャッタ羽根１０６，１０７は地板１０８のピン１０８ｂ，１０８ｃへ穴部１０６ａ，１０７ａにおいて回転可能に取り付けられ、長穴１０６ｂ，１０７ｂが駆動ピン１０２ａに摺動可能に嵌合し、マグネット１０１とともに駆動レバー１０２が回転する事で、シャッタ羽根１０６，１０７は穴部１０６ａ，１０７ａを中心として回転駆動され、地板の開口部１０８ａを開閉する。コストアップを防ぐ為にマグネットをプラスチックマグネットで形成し、駆動ピンを一体的に成形したものもある。
【０００４】
１０９はシャッタ羽根１０６，１０７を地板１０８との間で移動可能に保持する前地板であり、１１０はステータ１０４，１０５を保持し、マグネット１０１を回転可能に保持する後地板である（従来例１、特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、撮像素子にＣＣＤなどを用い、被写界像を光電変換して記憶媒体に静止画像の情報として記録するデジタルカメラが普及してきている。この種のデジタルカメラの露光に関する動作の一例について、以下に簡単に説明する。
【０００６】
まず撮影に先立って主電源が投入され、撮像素子が動作状態になるとシャッタ羽根は撮像素子に露光可能な開位置に保持される。これにより撮像素子にて電荷の蓄積と放出転送が繰り返され、画像モニターによって被写界の観察が可能になる。
【０００７】
その後、レリーズボタンが押されると、その時点での撮像素子の出力に応じて絞り値と露光時間が決定され、それに基づいて、露光開口の口径を絞る必要がある場合には、まず、絞り羽根が駆動されて所定の絞り値にセットされる。次に、蓄積電荷の放出がされている撮像素子に対して電荷の蓄積開始が指示され、それと同時にその蓄積開始信号をトリガー信号として露光時間制御回路が起動され、所定の露光時間の経過により、シャッタ羽根が撮像素子への露光を遮る閉位置へと駆動される。撮像素子への露光が遮られた後、蓄積された電荷の転送が行われ、画像書き込み装置を介して記録媒体に画像情報が記録される。電荷の転送中に撮像素子への露光を防ぐのは、電荷の転送中に余分な光によって電荷が変化してしまうことを防ぐためである。
【０００８】
上記のようなシャッタ装置の他に、ＮＤフィルターを進退させる機構を持つものや、小さな絞り径をもつ絞り規制部材を進退させる機構を持つものがある。
上記のシャッタ装置は、その厚みを薄くすることはできるが、コイルやステータが地板上において多くの範囲を占めてしまう。この点に鑑み、図１７に示す光量調節装置が提案されている。
【０００９】
同図において、２０１は筒状のロータであって、２０１ａがＮ極、２０１ｂがＳ極に着磁されている。２０１ｃはロータ２０１と一体に成形された腕であり、この腕２０１ｃから駆動ピン２０１ｄがロータ２０１の回転軸方向に延びている。２０２はコイルであり、ロータ２０１の軸方向に配置される。２０３は軟磁性材料から成り、コイル２０２によって励磁されるステータである。ステータ２０３はロータ２０１の外周面と対向する外側磁極部２０３ａと、ロータ２０１の内部に挿入される内筒を有している。２０４は補助ステータであり、ステータ２０３の内筒に固定され、ロータ２０１の内周面と対向する。コイル２０２への通電により、外側磁極部２０３ａ、補助ステータ２０４が励磁され、ロータ２０１は所定の位置まで回転する。２０７，２０８はシャッタ羽根であり、２０５は地板である。シャッタ羽根２０７，２０８は地板２０５のピン２０５ｂ，２０５ｃへ穴部２０７ａ，２０８ａにおいて回転可能に取り付けられ、長穴２０７ｂ，２０８ｂが駆動ピン２０１ｄに摺動可能に嵌合する。２０６はトーションバネであり、駆動ピン２０１ｄを長穴２０７ｂ，２０８ｂの端部に押し付けるように弾性力をロータ２０１に付与している。コイル２０２へ通電し、トーションバネ２０６の弾性力に逆らってロータ２０１とともに駆動ピン２０１ｄを回転させることで、シャッタ羽根２０７，２０８は穴部２０７ａ，２０８ａを中心として回転駆動され、地板の開口部２０５ａの開閉駆動を行う（従来例２、特許文献２参照）。
【００１０】
このような構成の光量調節装置とする事により、コンパクトな光量制御装置を構成することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−７５１４６号公報
【特許文献２】
特開２００２−４９０７６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図１７に示す光量制御装置は図１６に示すものよりも小型化に適した形状となっているが、トーションバネの弾性力に抗してシャッタ羽根を閉位置に移動させ、その位置を保持したいときは通電を続けなければならない。また、トーションバネを用いずに、コイルへの通電の向きによってシャッタ羽根を開位置および閉位置に保持する構成も考えられるが、この場合も被駆動部材を地板の長穴の端部に突き当たった位置で保持するためにはコイルへの通電を続けねばならない。
【００１３】
（発明の目的）
本発明の目的は、コイルへの非通電時において、ロータのマグネット部が所定位置で安定的に保持されるようにし、一旦コイルへ通電を行っても駆動装置の出力部を所定位置に位置出した後は、コイルへの通電を断っても、所定位置を保持することができ、省電力化を達成することのできる駆動装置を提供しようとするものである。
【００１４】
また、一旦コイルへ通電を行っても光量調節部材を開放或いは閉鎖状態にした後は、コイルへの通電を断っても、開放或いは閉鎖状態を保持することができ、省電力化を達成することのできる光量調節装置を提供しようとするものである。
【００１５】
更には、一旦コイルへ通電を行ってもレンズを所定位置に位置出した後は、コイルへの通電を断っても、所定位置を保持することができ、省電力化を達成することのできるレンズ駆動装置を提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、外側磁極部に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部および内側磁極部を励磁するコイルとを有し、ロータを２箇所の停止位置で保持する駆動装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記課題を解決するため、本発明は、外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、ロータの回転に応じて作動する出力部材と、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、外側磁極部に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部および内側磁極部を励磁するコイルと、開口部を備えた地板と、出力部材により駆動されて地板の開口部に進退することで開口部を通過する光量を変化させる光量調節部材とを有し、光量調節部材を２箇所の停止位置で保持する光量調節装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１８】
また、上記課題を解決するため、本発明は、外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、ロータの回転に応じて作動する出力部材と、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、外側磁極部に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部および内側磁極部を励磁するコイルと、開口部を備えた地板と、出力部材により駆動されて地板の開口部に進退することで開口部を通過する光束の焦点距離を変化させるレンズとを有し、レンズを２箇所の停止位置で保持するレンズ駆動装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１９】
【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。
【００２０】
（実施の第１の形態）
図１〜図４は本発明の実施の第１の形態に係る光量調節装置を示す図であり、そのうち、図１は光量調節装置に具備されるシャッタ羽根駆動機構の分解斜視図、図２はその断面図、図３はシャッタ閉鎖時の図２のＢ−Ｂ断面図、図４はシャッタ開放時の図２のＢ−Ｂ断面図である。
【００２１】
これらの図において、１は概略円筒形状のマグネット部をもつプラスチックマグネット材料から成るロータであり、マグネット部は外周面を円周方向に４分割して交互にＳ極とＮ極に着磁されている。詳しくは図３に示すように、着磁部１ａ，１ｃは外周面がＮ極に、着磁部１ｂ，１ｄは外周面がＳ極に、それぞれ着磁されている。この実施の第１の形態では、着磁極数は４極であるが、２極以上であればよい。２は円筒形状のコイルであり、コイル２はロータ１と同心でかつ、ロータ１と軸方向であってロータ１と隣り合う位置に配置され、コイル２はその外径がロータ１のマグネット部の外径とほぼ同じ寸法である。この駆動機構は１相駆動であり、用いるコイルも１つで足りる。
【００２２】
３は軟磁性材料から成るステータであり、ステータ３は、先端部に歯形状の外側磁極部３ａが形成された外筒および円柱形状の内筒３ｂから成る。外側磁極部３ａはステータ３の外筒からマグネット１の回転軸と平行に板状に延出した形状で形成されるとともに、ロータ１の外周面に所定の隙間を持って所定の角度で対向するように構成（図３参照）されている。ここでの角度とは、外側磁極部３ａとマグネット１の回転中心位置とで構成される扇型の中心角を指す。この実施の第１の形態における所定の角度に関しては後述する。４は補助ステータであり、内径部４ａ（図２参照）がステータ３の内筒３ｂに嵌合して固着されている。また、補助ステータ４の外径部には、ステータ３の外側磁極部３ａに対向した位相に図３に示すように対向部４ｂが形成されている。
【００２３】
ステータ３の円柱形状の内筒３ｂと補助ステータ４とで、内側磁極部を構成している。内側磁極部は対向部４ｂが外側磁極部３ａに向かう出っ張りとして形成されているが単に円筒形状であっても構わないし内筒３ｂのみで内側磁極を構成しても構わない。ただし図３に示す対向部４ｂを設けた方が、設けない場合と比較してロータ１の回転トルクは大きくなる。
【００２４】
ロータ１には外側磁極部３ａと対向していない位置に腕１ｇが一体的に形成されており、腕１ｇの先端にはロータの出力部材である駆動ピン１ｈが形成されている。また駆動ピン１ｈは後述の地板５の開口部５ａの中心に向かう或いは離れる方向、すなわち、ガイド溝５ｅに案内されて地板５のおよそ半径方向に移動するように配置されている。
【００２５】
５は光量調節装置の地板であり、地板５は開口部５ａを備えている。ロータ１は、図２に示すように、その軸部１ｅが地板５の凹部５ｄに回転可能に嵌合し、軸部１ｆがステータ３の内側磁極部先端の穴３ｃに回転可能に嵌合するように取り付けられている。ステータ３は外側磁極部３ａにおいて地板５に固定されている。ロータ１は軸部１ｆが穴３ｃに回転可能に嵌合しているので、内側磁極部、外側磁極部とロータ１とのギャップに関して部品の積み重ねによる誤差は非常に少なく構成でき、量産時の性能が安定する。
【００２６】
コイル２はロータ１と軸方向に隣り合う位置に配置され、またロータ１はその回転の中心位置が地板５の開口部５ａの外側（軸１ｅと凹部５ｄの位置）であって、その回転軸の向きが開口部５ａの光軸と並行になるように配置されている。
【００２７】
６は地板５との間に所定の空間を保ち、空間に後述の光量調節用のシャッタ羽根７，８を移動可能に保持する地板であり、開口部６ａを備えている。７，８は光量調節部材であるところのシャッタ羽根であり、穴７ａ，８ａがそれぞれ地板５のピン５ｂ，５ｃに回転可能に嵌合している。また、長穴７ｂ，８ｂはロータ１の駆動ピン１ｈに摺動可能に嵌合しており、ロータ１の回転に応じてシャッタ羽根７，８が駆動されて地板５の開口部５ａの開口量を変化させる。
【００２８】
図３におけるロータ１の回転位置は、シャッタ羽根７，８により開口５ａを閉じた状態であり、図４におけるロータ１の回転位置は、シャッタ羽根７，８が開口５ａより待避した位置であって、開口部５ａを開放状態にしている状態である。
【００２９】
図３の状態からコイル２に通電を行い、ステータ３の外側磁極部３ａをＳ極に、内側磁極部の一部である補助ステータ４をＮ極に、それぞれ励磁すると、ロータ１は時計回りに回転して図４の状態となり、開口部５ａが開放される。この図４の状態からコイル２に逆方向の通電を行い、ステータ３の外側磁極部３ａをＮ極に、内側磁極部の一部である補助ステータ４をＳ極に、それぞれ励磁すると、ロータ１は図４において反時計回りに回転し、図３に示す開口部５ａが閉じた状態になる。このようにコイル２への通電の向きを切り換えることで、駆動ピン１ｈが図３に示す位置と図４に示す位置とで往復運動を行う。
【００３０】
ロータ１に設けられる駆動ピン１ｈはロータ１を挟んで外側磁極部３ａの反対側に配置され、外側磁極部３ａとは離れているため、駆動ピン１ｈをマグネットの材料で構成して着磁したとしても、駆動ピン１ｈに発生する電磁力は非常に小さく、マグネット全体の出力特性にはほとんど影響を及ぼさない。したがって動作特性の安定した駆動装置とする事ができる。
【００３１】
また、駆動ピン１ｈはプラスチックマグネット材料から成るロータ１と一体的に成形されるので、別部品で構成される場合に比べ、低コストで少ない組み立て誤差とすることができる。また、外側磁極部３ａと駆動ピン１ｈを有する腕１ｇとはロータ１の軸方向における位置が重複しており、概略円筒形状の本駆動装置の軸方向の長さＬ（図２参照） を抑えることもできる。
【００３２】
さらに、ステータ３の外側磁極部３ａをロータ１の軸方向と平行方向に延出する歯形状（外側磁極部が複数で構成される場合は櫛歯形状）により構成しているので、ステータ３の直径はロータ１のマグネット部の直径に磁気ギャップと自らの肉厚を加えた最小限の寸法に抑える事ができ、非常に小径の駆動装置とする事ができる。
【００３３】
上記構成において、コイル２はロータ１の軸方向に配置されるので、最も幅のある部位でも上記のステータ３の直径に腕１ｇの長さを足しただけ大きさに抑えることができる。この結果、図３から明らかなように地板５に配置される部品の面積が非常に小さく、コンパクトな駆動装置となる。
【００３４】
また、ロータ１の外周面と内周面に対向する外側磁極部と内側磁極部とでロータ１を挟む磁路となるので、磁気抵抗が少ない磁路を構成することができるとともに、コイル２に通電することにより一方の磁極部から出る磁力線が他方の磁極部へと流れ込むので、発生する磁力線の多くが磁極部間に挟まれたロータ１に作用する。そのために、回転出力の高い駆動装置となり、結果的に小型化が容易になる。また、コイル２は一つで足りるため、通電の制御回路も単純になり、コストも安く構成できる。
【００３５】
次に、外側磁極部３ａの詳細な形状について説明する。
【００３６】
ロータ１はコイル２への無通電時にシャッタ開放もしくは閉鎖の状態でその回転位置が保持される。この様子を図５および図６を用いて説明する。
【００３７】
図５において、縦軸はロータ１に作用する外側磁極部と内側磁極部との間で発生する磁力を示し、横軸はロータ１の回転位相を示す。
【００３８】
Ｅ１点，Ｅ２点で示されるところは、正回転しようとすると逆回転しようとする力が働いて元の位置に戻ろうとし、逆回転しようとすると正回転しようとする力が働いて元の位置に戻される。すなわち、マグネットと外側磁極部の間の磁力によってロータ１がＥ１点或いはＥ２点に安定的に位置決めされようとするコギングの位置である。Ｆ１点，Ｆ２点，Ｆ３点はマグネットの位相が少しでもずれると前後のＥ１点、或いは、Ｅ２点の位置に回転する力が働く不安定な均衡状態にある停止位置である。コイル２への通電がなされない状態では、振動や姿勢の変化によってＦ１点，Ｆ２点，Ｆ３点に停止していることはなく、Ｅ１点或いはＥ２点の位置で停止する。
【００３９】
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ｎとすると、（３６０／ｎ）度の周期で存在し、その中間位置がＦ１点，Ｆ２点，Ｆ３点のような不安定点になる。
【００４０】
有限要素法による数値シミュレーションの結果、マグネットの着磁される１極あたりの角度（マグネットの着磁部の中心角）と外側磁極部のマグネットに対向する対向角度（図３においてＡで示すものであり、外側磁極部３ａとマグネットの回転中心位置とで構成される扇型の中心角）との関係に応じて、コイルへの通電がなされていない状態での外側磁極部とマグネットとの吸引状態の様子が変化することが明らかになった。
【００４１】
それによると、外側磁極部のマグネットに対向する角度により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に対向する角度が所定値以下の場合には、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る。つまり、図５で述べたＥ１点およびＥ２点がこの状態である。逆に、外側磁極部のマグネットに対向する角度が先の所定値よりも大きな別の所定値を超える場合には、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５で述べたＥ１点およびＥ２点となる。その様子を図６を用いて説明する。
【００４２】
図６は、外側磁極部の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を示す図である。
【００４３】
図６において、横軸は「マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」、縦軸は「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」（言い換えれば、外側磁極部１つあたりの中心角／マグネットの１極あたりの中心角）である。
【００４４】
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」、着磁された１極あたりの外周長さは「１０×π／１６」であるから、横軸の「マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」の値は０．２５５となる。また、外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度を１３度とすると、ロータ１極あたりの角度は２２．５度であるから、縦軸の「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」は０．５７８となる。
【００４５】
図６中の各ポイントはコギングトルクがほぼ０、或いは最小となるときの、モータの「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」および「マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」をプロットしたものであり、図７に示す９種類のモータについてグラフ化したものである。
【００４６】
図６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／ロータ１極あたりの角度」、横軸を「Ｘ＝マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」とすると、これらのポイントは「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．６３」の式で近似した直線１と、「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．７２」の式で近似した直線２とに囲まれた領域に存在する。
【００４７】
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。直線１と直線２とに囲まれた領域、即ち、「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」ならば、コギングトルクが極めて小さく構成される。
【００４８】
ここで、外側磁極部３ａの軸方向のマグネット（ロータ１）に対する各対向角度Ａは、マグネットの軸方向の位置によって徐々に変化するような場合であれば、平均的な対向角度が上記の条件式を満たしていれば良い。即ち、マグネットの端面部付近の対向角度Ａが例えば１５度であって、外側磁極部の先端部付近の対向角度Ａが１３度程度なら、それらの平均値である１４度を上記条件式に当てはめればよい。
【００４９】
図８，図９，図１０に、実験結果を示す。
【００５０】
図８，図９，図１０ともに、図５と同様、縦軸はロータ１に作用する外側磁極部と内側磁極部とで発生する磁力によるトルクを示し、横軸はロータ１の回転位相を示す。コイルに無通電時のトルク、即ちコキングトルクとコイル端子間に３Ｖの電圧を印加した時の発生トルクを示している。
【００５１】
このモデルとなるモータは
・マグネットは、外径φ１０．６ｍｍ、内径φ９．８ｍｍ、着磁極数１６極
・コイルは、巻き数が１１２ターン、抵抗１０Ω
・ステータの外側磁極部は、外径φ１１．６ｍｍ、内径φ１１．１ｍｍ
・ステータの内側磁極部は、外径φ９．３ｍｍ、内径φ８．８ｍｍ
で構成されたものである。モータの形状は図１から図４に示したものと同様である。
【００５２】
図８は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１０．３５度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．４６となる。
【００５３】
図９は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１３．４５度のものである。この場合が無通電時の発生するトルク、即ちコキングトルクが一番小さくなっているのである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６０となる。
【００５４】
図１０は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１５．５２度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６９となる。
【００５５】
上記図８，図９，図１０の構成のものを、図６で求めた直線を示した図１１上において、それぞれａ，ｂ，ｃで示す。
【００５６】
図８に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１０．３５度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．４６で、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」の条件に当てはまり、マグネットの安定位置は着磁部の極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置であった。
【００５７】
図９に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１３．４５度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６０で、「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、コキングトルクが極めて小さくなっている。
【００５８】
図１０に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１５．５２度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６９で、「Ｙ＞−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、マグネットの安定位置は着磁部の極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置であった。
【００５９】
本実施の形態では、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」となるように寸法が設定されており、コイル２への通電がなされていない状態では、図５に示した上記Ｅ１点およびＥ２点が、ロータ１の極の中心がステータ３の外側磁極部３ａの中心に対向する位置となり、ロータ１の極の中心が外側磁極部３ａの中心に対向する位置で安定して停止するようになっている。
【００６０】
しかし、ロータ１の極の中心と外側磁極部３ａの中心とが対向した状態からコイル２へ通電を行って外側磁極部３ａを励磁しても、両方の回転方向に均等な力が加わってしまうためロータ１に回転力が生じない。
【００６１】
そこで、本実施の形態では、地板５のガイド溝５ｅとロータ１の駆動ピン１ｈの関係を以下のように設定し、ロータ１の極の中心と外側磁極部３ａの中心とが対向する位置までロータ１が回転しないようにしている。
【００６２】
図３に示すように、駆動ピン１ｈがガイド溝５ｅの一方の端面に当接するときに、ロータ１のマグネット部の極、即ち着磁部１ｂの中心Ｑ１とステータ３の外側磁極部３ａの中心Ｒ１とのなす角度がα度（≠０度）になるように設定してある。図３の状態からコイル２へ通電して外側磁極部３ａをＳ極に励磁すると、ロータ１に時計回りの回転力が生じて、図４に示す開口を開放する状態になる。
【００６３】
また、図３の状態を図５に当てはめると、Ｇ点の位置となる。この位置でのコギングトルク（ロータ１に作用するステータ３との間で発生する吸引力）はＴ２であり、これは、Ｅ１点に戻ろうとする回転方向にマイナスの力（図３において反時計方向の力）が働くことになる。すなわち、ロータ１の駆動ピン１ｈが地板５のガイド溝５ｅの一方の端面に当接する位置でのロータ１のマグネット部の保持力がＴ２となる。よって、図３の状態においてコイル２への通電を切ってもロータ１のマグネット部は安定的にこの位置（図３の位置）に停止する。
【００６４】
同様に、ロータ１の時計方向の回転に関しては、駆動ピン１ｈがガイド溝５ｅの他方の端面に当接するときに、ロータ１のマグネット部の極、即ち着磁部１ｂの中心Ｑ２とステータ３の外側磁極部３ａの中心Ｒ１とのなす角度がβ度（≠０度）になるように設定してある。図３と同様に、図４に示す開口を開放する状態で通電を断っても、ロータ１は安定的にこの位置（図４の位置）に停止する。
【００６５】
図４の状態を図５に当てはめると、Ｈ点の位置となる。この位置でのコギングトルク（ロータ１に作用するステータ３との間で発生する吸引力）はＴ１であり、これは、Ｅ２点に進もうとする回転方向にプラスの力（図４において時計方向の力）が働くことになる。すなわち、地板５のガイド溝５ｅの他方の端面がロータ１の駆動ピン１ｈに当接する位置の保持力がＴ１となる。よって、コイル２への無通電時には、ロータ１は安定的にこの位置（図４の位置）に停止する。図３の状態と図４の状態とではロータ１はθ度回転したことになるように設定してある。
【００６６】
図４の状態からコイル２へ逆方向に通電してステータ３の外側磁極部３ａをＮ極に励磁すると、ロータ１のマグネット部に反時計方向の回転力が生じて、図３に示す開口を閉じる状態になる。この図３に示す状態になるとコイル２への通電を断ってもそのままの状態が保持されるのは前述した通りである。
【００６７】
以上のように、コイル２への通電方向を切り換えることにより、ロータ１のマグネット部は図３の状態から図４の状態、或いは、図４の状態から図３の状態に切り換わる。
【００６８】
このように、外側磁極部の形状を上記の条件を満たすように設定するとともに、ロータ１の回転角度を、ロータ１のマグネット部に作用するコギング力が反対向きとなる範囲を含み、かつ、ロータ１の着磁部の中心位置と外側磁極部の中心位置とが対向する範囲を含まないように設定することにより、無通電の状態で２つの停止位置にロータ１を保持できる駆動装置を構成することができる。
【００６９】
シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８はロータ１に連動して回転する。上述したようにロータ１のマグネット部が図４の状態にある時、シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８はそれぞれ地板５の開口部５ｂから退避する位置にある。一方、ロータ１のマグネット部が図３の状態にある時、シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８により地板５の開口部５ｂは閉鎖される。よって、コイル２への通電方向を切り換えることにより、シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８の位置を開放位置と閉鎖位置とに制御可能となり、地板６の開口部６ａおよび地板５の開口部５ｂの通過光量を制御できる。
【００７０】
さらに、コイル２への無通電時には、ロータ１のマグネット部と磁極部との吸引力により、それぞれの位置が保持される。よって、通電していなくても振動等によりシャッタ羽根７およびシャッタ羽根８の位置が変化することはなく、シャッタの信頼性が向上するとともに、省エネルギーになる。
【００７１】
したがって、本実施の形態における光量調節装置は開き位置でも閉じ位置でも無通電で安定して保持できるシャッタ装置や絞り装置として作用する。本実施の形態では外側磁極部を１箇所の歯形状としたが、後述するように複数個設けても良い。
【００７２】
（実施の第２の形態）
図１２は本発明の実施の第２の形態に係る光量調節装置を示す図であり、図１から図４に記載されたシャッタ羽根に代えて、撮像素子に入る光量を調節する絞り部材を駆動するための例である。詳しくは、ＮＤフィルター板をロータ１で駆動し、開口内に進退させ透過光量を調節する機能を有する光量調節装置である。図１と同じ部分（形状やその材質を含めて）は同一符号を付してある。
【００７３】
同図において、１０は光量調節部材であるところのＮＤフィルター板であり、穴１０ａが地板５の突起５ｂに回転可能に嵌合している。１０ｂはＮＤフィルター板１０に設けられた長穴であり、長穴１０ｂは上記実施の第１の形態におけるシャッタ羽根８或いは９と同様に、ロータ１の駆動ピン１ｈの摺動可能に嵌合する。ロータ１の駆動ピン１ｈの回転により、ＮＤフィルター板１０は地板５の開口部５ａ内に進入して透過光量を減少させる位置と、開口部５ａから退避した位置へと移動可能である。それにより、開口部５ａを通過する光量を調節する。
【００７４】
もちろんこのＮＤフィルター板１０の代わりに、小さい口径の開口部をもつ開口調節板を進退させても良い。
【００７５】
（実施の第３の形態）
図１３は本発明の実施の第３の形態に係る光量調節装置を示す図であり、図１と同じ部分（形状やその材質を含めて）は同一符号を付してある。
【００７６】
同図において、２０は光量調節部材であるところの絞り口径板であり、遮光性のあるプラスチック或いは金属で構成され、穴部２０ａが地板５の突起５ｂに回転可能に嵌合している。２０ｃは地板５の開口部５ａよりも口径が小さい開口部であり、開口部以外は遮光性を有する材料から構成されている。絞り口径板２０は長穴２０ｂが上記実施の第２の形態におけるＮＤフィルター板１０と同様に、ロータ１の駆動ピン１ｈの摺動可能に嵌合し、ロータ１の駆動ピン１ｈの回転位置により地板５の開口部５ａ内に進入し、開口径を小さくする位置と開口部５ａから退避した位置へと移動可能である。それにより、開口部５ａを通過する光量を調節する。この方法によっても、光量を調節した位置状態で通電を断ったとしてもその状態を保持する事ができる。
【００７７】
以上の実施の第２および３の形態でもマグネット部の極数を４極としたが、極数は限定されない。
【００７８】
また、上記実施の各形態では外側磁極部を１箇所にしたが、マグネットの着磁極数の半分或いは半分以下としても良い。即ち、マグネットは４極に着磁されているのでその半分の２箇所に外側磁極部を設けてもよい。その場合、外側磁極部はロータ１の回転中心を中心として、お互いに７２０／ｎ度の整数倍（ｎは着磁極数、上記の実施の各形態ではｎ＝４）ずれて配置されることになる。図１４にその場合の断面平面図を示している。着磁極数が８極の場合は７２０／８度の整数倍、例えば、９０度或いは１８０度離れて４個所、３箇所、２箇所にあっても良い。
【００７９】
図１４において、３３はステータであり、マグネットの着磁極数は４極であるから１８０度離れて外側磁極部３３ａ，３３ｃが２箇所にある。３３ｂは内筒である。
【００８０】
外側磁極部３３ａ，３３ｃは上記実施の各形態と同様、ロータ１のマグネット部の軸方向と平行方向に延出する歯形状である。この場合、複数あるので櫛歯形状になっている。ｎを着磁極数とすると、ステータ３３の外側磁極部３３ａ，３３ｃは７２０／ｎ度位相がずれて形成されている。マグネットの着磁極数はｎ＝４であるから、１８０度である。補助ステータ４の外径部にはステータ３３の外側磁極部３３ａ，３３ｃに対向した位相に対向部４ｂ，４ｃが形成されている。
【００８１】
（実施の第４の形態）
図１５は本発明の実施の第４の形態に係るレンズ駆動装置を示す図であり、図１と同じ部分（形状やその材質を含めて）は同一符号を付してある。
【００８２】
上記の各実施形態ではシャッタ羽根や絞り部材を駆動していたが、勿論、他の部材を駆動する構成であってもよい。図１５に示すレンズ駆動装置は、上述した光量調節装置のシャッタ羽根や絞り部材に代えて、レンズを駆動するためのものである。
【００８３】
４０はレンズホルダー、４１はレンズホルダーに取り付けられたレンズである。レンズホルダー４０の穴部４０ａが地板５の突起５ｂに回転可能に嵌合している。４０ｂはレンズホルダー４０に設けられた長穴であり、長穴４０ｂは上記実施の第１の形態におけるシャッタ羽根８或いは９と同様に、ロータ１の駆動ピン１ｈに摺動可能に嵌合している。レンズホルダー４０はロータ１の駆動ピン１ｈの回転位置により地板５の開口部５ａ内にレンズ４１を進入させたり、開口部５ａからレンズ４１を退避させたりして、開口部５ａを通過する光の焦点を調節を行う。
【００８４】
ロータ１、コイル２、ステータ３、および、補助ステータ４は上記の実施の第１の形態と同様の構成であるため、コイル２への無通電時には、ロータ１のマグネット部と磁極部との吸引力により、レンズ４はその位置が保持される。よって、通電していなくても振動等によりレンズ４１の位置が変化することはなく、レンズ駆動装置の信頼性が向上するとともに、省エネルギーにもなる。
【００８５】
以上の実施の第１乃至第４の形態における効果を、構成要素との対応関係を明示しつつ、以下にまとめて列挙する。
【００８６】
外周面が周方向に分割され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もち、軸を中心に回転可能なロータ１と、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）と、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）および内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）を励磁するコイル２とを有し、ロータ１を２箇所の停止位置で保持する駆動装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たす駆動装置としている。
【００８７】
また、外周面が周方向に分割され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もち、軸を中心に回転可能なロータ１と、ロータ１の回転に応じて作動する出力部材１ｈと、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）と、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）および内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）を励磁するコイル２と、開口部５ａを備えた地板５と、出力部材１ｈにより駆動されて地板５の開口部５ａに進退することで開口部５ａを通過する光量を変化させる光量調節部材（７，８，１０，２０）とを有し、光量調節部材を２箇所の停止位置で保持する駆動装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たす光量調節装置としている。
【００８８】
また、外周面が周方向に分割され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もち、軸を中心に回転可能なロータ１と、ロータ１の回転に応じて作動する出力部材１ｈと、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）と、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）および内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）を励磁するコイル２と、開口部５ａを備えた地板５と、出力部材により駆動されて地板５の開口部５ａに進退することで開口部５ａを通過する光量の焦点位置を変化させるレンズ４１とを有し、レンズ４１を２箇所の停止位置で保持するレンズ駆動装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部（３３ａ，３３ｃ）１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすレンズ駆動装置としている。
【００８９】
これらの構成によれば、マグネット部の着磁された極の中心位置が外側磁極部３ａの中心位置に対向するようにコギング力が働く。マグネットの外周面には異なる極（Ｎ極、Ｓ極）が着磁されているため、コイルの無通電時に２箇所の位置でロータの回転位置を保持することができる。
【００９０】
具体的には、コイル２への通電を行った場合、マグネット部の着磁された極の中心位置が外側磁極部３ａの歯の中心に対向する位置の間を移動するように駆動されるので、コイル２への通電によって駆動されたマグネット部（ロータ１）はコイル２への通電を遮断されてもその位置を保持するようにステータに発生する磁力（コギング）により吸引されている。つまり、非通電でもロータの回転位置を保持することが可能となり、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００９１】
また、上記の実施の形態では、ロータ１のマグネット部と外側磁極部３ａとの間に作用する磁力による吸引力が反対向きとなる領域を含み、かつ、マグネット部の着磁された極の中心と外側磁極部３ａとの中心が対向する領域を含まないようにロータ１の作動範囲を規制する。
【００９２】
図３の状態からコイル２へ通電して外側磁極部３ａをＳ極に励磁するとマグネット部に時計回りの回転力が生じて安定して起動が行われ、図４の開放状態となり、また図４の状態からコイル２へ通電して外側磁極部３ａをＮ極に励磁するとマグネット部に反時計回りの回転力が生じて安定して起動が行われ、図３の閉鎖状態となる。
【００９３】
また、上記の実施の形態では、出力部材１ｈの作動範囲と外側磁極部３ａは離れて配置されているため、駆動ピン１ｈをマグネットの材料で構成しても駆動ピン部における発生する電磁力は非常に小さく、マグネット全体の出力特性に影響を及ぼさず、安定した駆動特性を得るができる。
【００９４】
また、上記の実施の形態では、ロータ１の回転の中心となる軸の一端１ｅは地板５の開口部５ａより外れた前地板５上に設けられた穴部５ｄに、他端１ｆは内側磁極３ｂ部の中心部に設けられた穴部に、それぞれ回転可能に嵌合しているため、内側磁極部３ｂ或いは外側磁極部３ａとマグネット部のギャップの管理が容易になり、量産時の性能が安定する。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コイルへの非通電時において、ロータのマグネット部が所定の２位置で安定的に保持されるようにし、一旦コイルへ通電を行ってロータを所定の個所まで移動させた後は、コイルへの通電を断っても、ロータを所定の個所で保持することができ、省電力化を達成することができる駆動装置、光量調節装置、あるいは、レンズ駆動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の形態における光量調節装置の分解斜視図である。
【図２】図１の光量調節装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の第１の形態においてシャッタ閉鎖時の図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の実施の第１の形態においてシャッタ開放時の図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の実施の第１の形態におけるコギングトルクの様子を表す図である。
【図６】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７】図６の各関係を求める為に使用したモータの種類を示す図である。
【図８】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９】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１０】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１１】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１２】本発明の実施の第２の形態における光量調節装置の分解斜視図である。
【図１３】本発明の実施の第３の形態における光量調節装置の分解斜視図である。
【図１４】本発明の実施の第３の形態における光量調節装置の断面図である。
【図１５】本発明の実施の第４の形態におけるレンズ駆動装置の斜視図である。
【図１６】従来のシャッタ羽根駆動装置である。
【図１７】従来の他のシャッタ羽根駆動装置である。
【符号の説明】
１ マグネット
１ｈ 駆動ピン
２ コイル
３ ステータ
３ａ 外側磁極部
４ 補助ステータ
５ 地板
７，８ シャッタ羽根
２０ ＮＤフィルター板
３０ 絞り口径板
３３ ステータ
３３ａ，３３ｃ 外側磁極部
４０ レンズホルダー
４１ レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置におけるシャッタ装置等に好適な駆動装置、光量調節装置、および、撮像装置のレンズ駆動に好適なレンズ駆動装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレンズシャッタカメラのシャッタ装置としては、図１６に示すものがある。
【０００３】
同図において、１０１は永久磁石であるマグネット、１０２は駆動レバー、１０２ａは駆動レバー１０２に設けられた駆動ピンである。駆動レバー１０２はマグネット１０１に固着され、マグネット１０１と一体的に回転する。１０３はコイル、１０４，１０５は軟磁性材料から成り、コイル１０３により励磁されるステータである。ステータ１０４とステータ１０５は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およびステータ１０５が励磁され、マグネット１０１は所定の角度内を回転駆動する。１０６，１０７はシャッタ羽根であり、１０８は地板である。シャッタ羽根１０６，１０７は地板１０８のピン１０８ｂ，１０８ｃへ穴部１０６ａ，１０７ａにおいて回転可能に取り付けられ、長穴１０６ｂ，１０７ｂが駆動ピン１０２ａに摺動可能に嵌合し、マグネット１０１とともに駆動レバー１０２が回転する事で、シャッタ羽根１０６，１０７は穴部１０６ａ，１０７ａを中心として回転駆動され、地板の開口部１０８ａを開閉する。コストアップを防ぐ為にマグネットをプラスチックマグネットで形成し、駆動ピンを一体的に成形したものもある。
【０００４】
１０９はシャッタ羽根１０６，１０７を地板１０８との間で移動可能に保持する前地板であり、１１０はステータ１０４，１０５を保持し、マグネット１０１を回転可能に保持する後地板である（従来例１、特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、撮像素子にＣＣＤなどを用い、被写界像を光電変換して記憶媒体に静止画像の情報として記録するデジタルカメラが普及してきている。この種のデジタルカメラの露光に関する動作の一例について、以下に簡単に説明する。
【０００６】
まず撮影に先立って主電源が投入され、撮像素子が動作状態になるとシャッタ羽根は撮像素子に露光可能な開位置に保持される。これにより撮像素子にて電荷の蓄積と放出転送が繰り返され、画像モニターによって被写界の観察が可能になる。
【０００７】
その後、レリーズボタンが押されると、その時点での撮像素子の出力に応じて絞り値と露光時間が決定され、それに基づいて、露光開口の口径を絞る必要がある場合には、まず、絞り羽根が駆動されて所定の絞り値にセットされる。次に、蓄積電荷の放出がされている撮像素子に対して電荷の蓄積開始が指示され、それと同時にその蓄積開始信号をトリガー信号として露光時間制御回路が起動され、所定の露光時間の経過により、シャッタ羽根が撮像素子への露光を遮る閉位置へと駆動される。撮像素子への露光が遮られた後、蓄積された電荷の転送が行われ、画像書き込み装置を介して記録媒体に画像情報が記録される。電荷の転送中に撮像素子への露光を防ぐのは、電荷の転送中に余分な光によって電荷が変化してしまうことを防ぐためである。
【０００８】
上記のようなシャッタ装置の他に、ＮＤフィルターを進退させる機構を持つものや、小さな絞り径をもつ絞り規制部材を進退させる機構を持つものがある。
上記のシャッタ装置は、その厚みを薄くすることはできるが、コイルやステータが地板上において多くの範囲を占めてしまう。この点に鑑み、図１７に示す光量調節装置が提案されている。
【０００９】
同図において、２０１は筒状のロータであって、２０１ａがＮ極、２０１ｂがＳ極に着磁されている。２０１ｃはロータ２０１と一体に成形された腕であり、この腕２０１ｃから駆動ピン２０１ｄがロータ２０１の回転軸方向に延びている。２０２はコイルであり、ロータ２０１の軸方向に配置される。２０３は軟磁性材料から成り、コイル２０２によって励磁されるステータである。ステータ２０３はロータ２０１の外周面と対向する外側磁極部２０３ａと、ロータ２０１の内部に挿入される内筒を有している。２０４は補助ステータであり、ステータ２０３の内筒に固定され、ロータ２０１の内周面と対向する。コイル２０２への通電により、外側磁極部２０３ａ、補助ステータ２０４が励磁され、ロータ２０１は所定の位置まで回転する。２０７，２０８はシャッタ羽根であり、２０５は地板である。シャッタ羽根２０７，２０８は地板２０５のピン２０５ｂ，２０５ｃへ穴部２０７ａ，２０８ａにおいて回転可能に取り付けられ、長穴２０７ｂ，２０８ｂが駆動ピン２０１ｄに摺動可能に嵌合する。２０６はトーションバネであり、駆動ピン２０１ｄを長穴２０７ｂ，２０８ｂの端部に押し付けるように弾性力をロータ２０１に付与している。コイル２０２へ通電し、トーションバネ２０６の弾性力に逆らってロータ２０１とともに駆動ピン２０１ｄを回転させることで、シャッタ羽根２０７，２０８は穴部２０７ａ，２０８ａを中心として回転駆動され、地板の開口部２０５ａの開閉駆動を行う（従来例２、特許文献２参照）。
【００１０】
このような構成の光量調節装置とする事により、コンパクトな光量制御装置を構成することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−７５１４６号公報
【特許文献２】
特開２００２−４９０７６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図１７に示す光量制御装置は図１６に示すものよりも小型化に適した形状となっているが、トーションバネの弾性力に抗してシャッタ羽根を閉位置に移動させ、その位置を保持したいときは通電を続けなければならない。また、トーションバネを用いずに、コイルへの通電の向きによってシャッタ羽根を開位置および閉位置に保持する構成も考えられるが、この場合も被駆動部材を地板の長穴の端部に突き当たった位置で保持するためにはコイルへの通電を続けねばならない。
【００１３】
（発明の目的）
本発明の目的は、コイルへの非通電時において、ロータのマグネット部が所定位置で安定的に保持されるようにし、一旦コイルへ通電を行っても駆動装置の出力部を所定位置に位置出した後は、コイルへの通電を断っても、所定位置を保持することができ、省電力化を達成することのできる駆動装置を提供しようとするものである。
【００１４】
また、一旦コイルへ通電を行っても光量調節部材を開放或いは閉鎖状態にした後は、コイルへの通電を断っても、開放或いは閉鎖状態を保持することができ、省電力化を達成することのできる光量調節装置を提供しようとするものである。
【００１５】
更には、一旦コイルへ通電を行ってもレンズを所定位置に位置出した後は、コイルへの通電を断っても、所定位置を保持することができ、省電力化を達成することのできるレンズ駆動装置を提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、外側磁極部に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部および内側磁極部を励磁するコイルとを有し、ロータを２箇所の停止位置で保持する駆動装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記課題を解決するため、本発明は、外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、ロータの回転に応じて作動する出力部材と、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、外側磁極部に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部および内側磁極部を励磁するコイルと、開口部を備えた地板と、出力部材により駆動されて地板の開口部に進退することで開口部を通過する光量を変化させる光量調節部材とを有し、光量調節部材を２箇所の停止位置で保持する光量調節装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１８】
また、上記課題を解決するため、本発明は、外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、ロータの回転に応じて作動する出力部材と、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、外側磁極部に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部および内側磁極部を励磁するコイルと、開口部を備えた地板と、出力部材により駆動されて地板の開口部に進退することで開口部を通過する光束の焦点距離を変化させるレンズとを有し、レンズを２箇所の停止位置で保持するレンズ駆動装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１９】
【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。
【００２０】
（実施の第１の形態）
図１〜図４は本発明の実施の第１の形態に係る光量調節装置を示す図であり、そのうち、図１は光量調節装置に具備されるシャッタ羽根駆動機構の分解斜視図、図２はその断面図、図３はシャッタ閉鎖時の図２のＢ−Ｂ断面図、図４はシャッタ開放時の図２のＢ−Ｂ断面図である。
【００２１】
これらの図において、１は概略円筒形状のマグネット部をもつプラスチックマグネット材料から成るロータであり、マグネット部は外周面を円周方向に４分割して交互にＳ極とＮ極に着磁されている。詳しくは図３に示すように、着磁部１ａ，１ｃは外周面がＮ極に、着磁部１ｂ，１ｄは外周面がＳ極に、それぞれ着磁されている。この実施の第１の形態では、着磁極数は４極であるが、２極以上であればよい。２は円筒形状のコイルであり、コイル２はロータ１と同心でかつ、ロータ１と軸方向であってロータ１と隣り合う位置に配置され、コイル２はその外径がロータ１のマグネット部の外径とほぼ同じ寸法である。この駆動機構は１相駆動であり、用いるコイルも１つで足りる。
【００２２】
３は軟磁性材料から成るステータであり、ステータ３は、先端部に歯形状の外側磁極部３ａが形成された外筒および円柱形状の内筒３ｂから成る。外側磁極部３ａはステータ３の外筒からマグネット１の回転軸と平行に板状に延出した形状で形成されるとともに、ロータ１の外周面に所定の隙間を持って所定の角度で対向するように構成（図３参照）されている。ここでの角度とは、外側磁極部３ａとマグネット１の回転中心位置とで構成される扇型の中心角を指す。この実施の第１の形態における所定の角度に関しては後述する。４は補助ステータであり、内径部４ａ（図２参照）がステータ３の内筒３ｂに嵌合して固着されている。また、補助ステータ４の外径部には、ステータ３の外側磁極部３ａに対向した位相に図３に示すように対向部４ｂが形成されている。
【００２３】
ステータ３の円柱形状の内筒３ｂと補助ステータ４とで、内側磁極部を構成している。内側磁極部は対向部４ｂが外側磁極部３ａに向かう出っ張りとして形成されているが単に円筒形状であっても構わないし内筒３ｂのみで内側磁極を構成しても構わない。ただし図３に示す対向部４ｂを設けた方が、設けない場合と比較してロータ１の回転トルクは大きくなる。
【００２４】
ロータ１には外側磁極部３ａと対向していない位置に腕１ｇが一体的に形成されており、腕１ｇの先端にはロータの出力部材である駆動ピン１ｈが形成されている。また駆動ピン１ｈは後述の地板５の開口部５ａの中心に向かう或いは離れる方向、すなわち、ガイド溝５ｅに案内されて地板５のおよそ半径方向に移動するように配置されている。
【００２５】
５は光量調節装置の地板であり、地板５は開口部５ａを備えている。ロータ１は、図２に示すように、その軸部１ｅが地板５の凹部５ｄに回転可能に嵌合し、軸部１ｆがステータ３の内側磁極部先端の穴３ｃに回転可能に嵌合するように取り付けられている。ステータ３は外側磁極部３ａにおいて地板５に固定されている。ロータ１は軸部１ｆが穴３ｃに回転可能に嵌合しているので、内側磁極部、外側磁極部とロータ１とのギャップに関して部品の積み重ねによる誤差は非常に少なく構成でき、量産時の性能が安定する。
【００２６】
コイル２はロータ１と軸方向に隣り合う位置に配置され、またロータ１はその回転の中心位置が地板５の開口部５ａの外側（軸１ｅと凹部５ｄの位置）であって、その回転軸の向きが開口部５ａの光軸と並行になるように配置されている。
【００２７】
６は地板５との間に所定の空間を保ち、空間に後述の光量調節用のシャッタ羽根７，８を移動可能に保持する地板であり、開口部６ａを備えている。７，８は光量調節部材であるところのシャッタ羽根であり、穴７ａ，８ａがそれぞれ地板５のピン５ｂ，５ｃに回転可能に嵌合している。また、長穴７ｂ，８ｂはロータ１の駆動ピン１ｈに摺動可能に嵌合しており、ロータ１の回転に応じてシャッタ羽根７，８が駆動されて地板５の開口部５ａの開口量を変化させる。
【００２８】
図３におけるロータ１の回転位置は、シャッタ羽根７，８により開口５ａを閉じた状態であり、図４におけるロータ１の回転位置は、シャッタ羽根７，８が開口５ａより待避した位置であって、開口部５ａを開放状態にしている状態である。
【００２９】
図３の状態からコイル２に通電を行い、ステータ３の外側磁極部３ａをＳ極に、内側磁極部の一部である補助ステータ４をＮ極に、それぞれ励磁すると、ロータ１は時計回りに回転して図４の状態となり、開口部５ａが開放される。この図４の状態からコイル２に逆方向の通電を行い、ステータ３の外側磁極部３ａをＮ極に、内側磁極部の一部である補助ステータ４をＳ極に、それぞれ励磁すると、ロータ１は図４において反時計回りに回転し、図３に示す開口部５ａが閉じた状態になる。このようにコイル２への通電の向きを切り換えることで、駆動ピン１ｈが図３に示す位置と図４に示す位置とで往復運動を行う。
【００３０】
ロータ１に設けられる駆動ピン１ｈはロータ１を挟んで外側磁極部３ａの反対側に配置され、外側磁極部３ａとは離れているため、駆動ピン１ｈをマグネットの材料で構成して着磁したとしても、駆動ピン１ｈに発生する電磁力は非常に小さく、マグネット全体の出力特性にはほとんど影響を及ぼさない。したがって動作特性の安定した駆動装置とする事ができる。
【００３１】
また、駆動ピン１ｈはプラスチックマグネット材料から成るロータ１と一体的に成形されるので、別部品で構成される場合に比べ、低コストで少ない組み立て誤差とすることができる。また、外側磁極部３ａと駆動ピン１ｈを有する腕１ｇとはロータ１の軸方向における位置が重複しており、概略円筒形状の本駆動装置の軸方向の長さＬ（図２参照） を抑えることもできる。
【００３２】
さらに、ステータ３の外側磁極部３ａをロータ１の軸方向と平行方向に延出する歯形状（外側磁極部が複数で構成される場合は櫛歯形状）により構成しているので、ステータ３の直径はロータ１のマグネット部の直径に磁気ギャップと自らの肉厚を加えた最小限の寸法に抑える事ができ、非常に小径の駆動装置とする事ができる。
【００３３】
上記構成において、コイル２はロータ１の軸方向に配置されるので、最も幅のある部位でも上記のステータ３の直径に腕１ｇの長さを足しただけ大きさに抑えることができる。この結果、図３から明らかなように地板５に配置される部品の面積が非常に小さく、コンパクトな駆動装置となる。
【００３４】
また、ロータ１の外周面と内周面に対向する外側磁極部と内側磁極部とでロータ１を挟む磁路となるので、磁気抵抗が少ない磁路を構成することができるとともに、コイル２に通電することにより一方の磁極部から出る磁力線が他方の磁極部へと流れ込むので、発生する磁力線の多くが磁極部間に挟まれたロータ１に作用する。そのために、回転出力の高い駆動装置となり、結果的に小型化が容易になる。また、コイル２は一つで足りるため、通電の制御回路も単純になり、コストも安く構成できる。
【００３５】
次に、外側磁極部３ａの詳細な形状について説明する。
【００３６】
ロータ１はコイル２への無通電時にシャッタ開放もしくは閉鎖の状態でその回転位置が保持される。この様子を図５および図６を用いて説明する。
【００３７】
図５において、縦軸はロータ１に作用する外側磁極部と内側磁極部との間で発生する磁力を示し、横軸はロータ１の回転位相を示す。
【００３８】
Ｅ１点，Ｅ２点で示されるところは、正回転しようとすると逆回転しようとする力が働いて元の位置に戻ろうとし、逆回転しようとすると正回転しようとする力が働いて元の位置に戻される。すなわち、マグネットと外側磁極部の間の磁力によってロータ１がＥ１点或いはＥ２点に安定的に位置決めされようとするコギングの位置である。Ｆ１点，Ｆ２点，Ｆ３点はマグネットの位相が少しでもずれると前後のＥ１点、或いは、Ｅ２点の位置に回転する力が働く不安定な均衡状態にある停止位置である。コイル２への通電がなされない状態では、振動や姿勢の変化によってＦ１点，Ｆ２点，Ｆ３点に停止していることはなく、Ｅ１点或いはＥ２点の位置で停止する。
【００３９】
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ｎとすると、（３６０／ｎ）度の周期で存在し、その中間位置がＦ１点，Ｆ２点，Ｆ３点のような不安定点になる。
【００４０】
有限要素法による数値シミュレーションの結果、マグネットの着磁される１極あたりの角度（マグネットの着磁部の中心角）と外側磁極部のマグネットに対向する対向角度（図３においてＡで示すものであり、外側磁極部３ａとマグネットの回転中心位置とで構成される扇型の中心角）との関係に応じて、コイルへの通電がなされていない状態での外側磁極部とマグネットとの吸引状態の様子が変化することが明らかになった。
【００４１】
それによると、外側磁極部のマグネットに対向する角度により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に対向する角度が所定値以下の場合には、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る。つまり、図５で述べたＥ１点およびＥ２点がこの状態である。逆に、外側磁極部のマグネットに対向する角度が先の所定値よりも大きな別の所定値を超える場合には、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５で述べたＥ１点およびＥ２点となる。その様子を図６を用いて説明する。
【００４２】
図６は、外側磁極部の幅寸法とコギングトルク、マグネット寸法の関係を示す図である。
【００４３】
図６において、横軸は「マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」、縦軸は「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」（言い換えれば、外側磁極部１つあたりの中心角／マグネットの１極あたりの中心角）である。
【００４４】
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」、着磁された１極あたりの外周長さは「１０×π／１６」であるから、横軸の「マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」の値は０．２５５となる。また、外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度を１３度とすると、ロータ１極あたりの角度は２２．５度であるから、縦軸の「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」は０．５７８となる。
【００４５】
図６中の各ポイントはコギングトルクがほぼ０、或いは最小となるときの、モータの「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」および「マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」をプロットしたものであり、図７に示す９種類のモータについてグラフ化したものである。
【００４６】
図６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／ロータ１極あたりの角度」、横軸を「Ｘ＝マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」とすると、これらのポイントは「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．６３」の式で近似した直線１と、「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．７２」の式で近似した直線２とに囲まれた領域に存在する。
【００４７】
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。直線１と直線２とに囲まれた領域、即ち、「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」ならば、コギングトルクが極めて小さく構成される。
【００４８】
ここで、外側磁極部３ａの軸方向のマグネット（ロータ１）に対する各対向角度Ａは、マグネットの軸方向の位置によって徐々に変化するような場合であれば、平均的な対向角度が上記の条件式を満たしていれば良い。即ち、マグネットの端面部付近の対向角度Ａが例えば１５度であって、外側磁極部の先端部付近の対向角度Ａが１３度程度なら、それらの平均値である１４度を上記条件式に当てはめればよい。
【００４９】
図８，図９，図１０に、実験結果を示す。
【００５０】
図８，図９，図１０ともに、図５と同様、縦軸はロータ１に作用する外側磁極部と内側磁極部とで発生する磁力によるトルクを示し、横軸はロータ１の回転位相を示す。コイルに無通電時のトルク、即ちコキングトルクとコイル端子間に３Ｖの電圧を印加した時の発生トルクを示している。
【００５１】
このモデルとなるモータは
・マグネットは、外径φ１０．６ｍｍ、内径φ９．８ｍｍ、着磁極数１６極
・コイルは、巻き数が１１２ターン、抵抗１０Ω
・ステータの外側磁極部は、外径φ１１．６ｍｍ、内径φ１１．１ｍｍ
・ステータの内側磁極部は、外径φ９．３ｍｍ、内径φ８．８ｍｍ
で構成されたものである。モータの形状は図１から図４に示したものと同様である。
【００５２】
図８は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１０．３５度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．４６となる。
【００５３】
図９は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１３．４５度のものである。この場合が無通電時の発生するトルク、即ちコキングトルクが一番小さくなっているのである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６０となる。
【００５４】
図１０は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１５．５２度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６９となる。
【００５５】
上記図８，図９，図１０の構成のものを、図６で求めた直線を示した図１１上において、それぞれａ，ｂ，ｃで示す。
【００５６】
図８に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１０．３５度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．４６で、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」の条件に当てはまり、マグネットの安定位置は着磁部の極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置であった。
【００５７】
図９に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１３．４５度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６０で、「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、コキングトルクが極めて小さくなっている。
【００５８】
図１０に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１５．５２度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６９で、「Ｙ＞−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、マグネットの安定位置は着磁部の極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置であった。
【００５９】
本実施の形態では、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」となるように寸法が設定されており、コイル２への通電がなされていない状態では、図５に示した上記Ｅ１点およびＥ２点が、ロータ１の極の中心がステータ３の外側磁極部３ａの中心に対向する位置となり、ロータ１の極の中心が外側磁極部３ａの中心に対向する位置で安定して停止するようになっている。
【００６０】
しかし、ロータ１の極の中心と外側磁極部３ａの中心とが対向した状態からコイル２へ通電を行って外側磁極部３ａを励磁しても、両方の回転方向に均等な力が加わってしまうためロータ１に回転力が生じない。
【００６１】
そこで、本実施の形態では、地板５のガイド溝５ｅとロータ１の駆動ピン１ｈの関係を以下のように設定し、ロータ１の極の中心と外側磁極部３ａの中心とが対向する位置までロータ１が回転しないようにしている。
【００６２】
図３に示すように、駆動ピン１ｈがガイド溝５ｅの一方の端面に当接するときに、ロータ１のマグネット部の極、即ち着磁部１ｂの中心Ｑ１とステータ３の外側磁極部３ａの中心Ｒ１とのなす角度がα度（≠０度）になるように設定してある。図３の状態からコイル２へ通電して外側磁極部３ａをＳ極に励磁すると、ロータ１に時計回りの回転力が生じて、図４に示す開口を開放する状態になる。
【００６３】
また、図３の状態を図５に当てはめると、Ｇ点の位置となる。この位置でのコギングトルク（ロータ１に作用するステータ３との間で発生する吸引力）はＴ２であり、これは、Ｅ１点に戻ろうとする回転方向にマイナスの力（図３において反時計方向の力）が働くことになる。すなわち、ロータ１の駆動ピン１ｈが地板５のガイド溝５ｅの一方の端面に当接する位置でのロータ１のマグネット部の保持力がＴ２となる。よって、図３の状態においてコイル２への通電を切ってもロータ１のマグネット部は安定的にこの位置（図３の位置）に停止する。
【００６４】
同様に、ロータ１の時計方向の回転に関しては、駆動ピン１ｈがガイド溝５ｅの他方の端面に当接するときに、ロータ１のマグネット部の極、即ち着磁部１ｂの中心Ｑ２とステータ３の外側磁極部３ａの中心Ｒ１とのなす角度がβ度（≠０度）になるように設定してある。図３と同様に、図４に示す開口を開放する状態で通電を断っても、ロータ１は安定的にこの位置（図４の位置）に停止する。
【００６５】
図４の状態を図５に当てはめると、Ｈ点の位置となる。この位置でのコギングトルク（ロータ１に作用するステータ３との間で発生する吸引力）はＴ１であり、これは、Ｅ２点に進もうとする回転方向にプラスの力（図４において時計方向の力）が働くことになる。すなわち、地板５のガイド溝５ｅの他方の端面がロータ１の駆動ピン１ｈに当接する位置の保持力がＴ１となる。よって、コイル２への無通電時には、ロータ１は安定的にこの位置（図４の位置）に停止する。図３の状態と図４の状態とではロータ１はθ度回転したことになるように設定してある。
【００６６】
図４の状態からコイル２へ逆方向に通電してステータ３の外側磁極部３ａをＮ極に励磁すると、ロータ１のマグネット部に反時計方向の回転力が生じて、図３に示す開口を閉じる状態になる。この図３に示す状態になるとコイル２への通電を断ってもそのままの状態が保持されるのは前述した通りである。
【００６７】
以上のように、コイル２への通電方向を切り換えることにより、ロータ１のマグネット部は図３の状態から図４の状態、或いは、図４の状態から図３の状態に切り換わる。
【００６８】
このように、外側磁極部の形状を上記の条件を満たすように設定するとともに、ロータ１の回転角度を、ロータ１のマグネット部に作用するコギング力が反対向きとなる範囲を含み、かつ、ロータ１の着磁部の中心位置と外側磁極部の中心位置とが対向する範囲を含まないように設定することにより、無通電の状態で２つの停止位置にロータ１を保持できる駆動装置を構成することができる。
【００６９】
シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８はロータ１に連動して回転する。上述したようにロータ１のマグネット部が図４の状態にある時、シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８はそれぞれ地板５の開口部５ｂから退避する位置にある。一方、ロータ１のマグネット部が図３の状態にある時、シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８により地板５の開口部５ｂは閉鎖される。よって、コイル２への通電方向を切り換えることにより、シャッタ羽根７およびシャッタ羽根８の位置を開放位置と閉鎖位置とに制御可能となり、地板６の開口部６ａおよび地板５の開口部５ｂの通過光量を制御できる。
【００７０】
さらに、コイル２への無通電時には、ロータ１のマグネット部と磁極部との吸引力により、それぞれの位置が保持される。よって、通電していなくても振動等によりシャッタ羽根７およびシャッタ羽根８の位置が変化することはなく、シャッタの信頼性が向上するとともに、省エネルギーになる。
【００７１】
したがって、本実施の形態における光量調節装置は開き位置でも閉じ位置でも無通電で安定して保持できるシャッタ装置や絞り装置として作用する。本実施の形態では外側磁極部を１箇所の歯形状としたが、後述するように複数個設けても良い。
【００７２】
（実施の第２の形態）
図１２は本発明の実施の第２の形態に係る光量調節装置を示す図であり、図１から図４に記載されたシャッタ羽根に代えて、撮像素子に入る光量を調節する絞り部材を駆動するための例である。詳しくは、ＮＤフィルター板をロータ１で駆動し、開口内に進退させ透過光量を調節する機能を有する光量調節装置である。図１と同じ部分（形状やその材質を含めて）は同一符号を付してある。
【００７３】
同図において、１０は光量調節部材であるところのＮＤフィルター板であり、穴１０ａが地板５の突起５ｂに回転可能に嵌合している。１０ｂはＮＤフィルター板１０に設けられた長穴であり、長穴１０ｂは上記実施の第１の形態におけるシャッタ羽根８或いは９と同様に、ロータ１の駆動ピン１ｈの摺動可能に嵌合する。ロータ１の駆動ピン１ｈの回転により、ＮＤフィルター板１０は地板５の開口部５ａ内に進入して透過光量を減少させる位置と、開口部５ａから退避した位置へと移動可能である。それにより、開口部５ａを通過する光量を調節する。
【００７４】
もちろんこのＮＤフィルター板１０の代わりに、小さい口径の開口部をもつ開口調節板を進退させても良い。
【００７５】
（実施の第３の形態）
図１３は本発明の実施の第３の形態に係る光量調節装置を示す図であり、図１と同じ部分（形状やその材質を含めて）は同一符号を付してある。
【００７６】
同図において、２０は光量調節部材であるところの絞り口径板であり、遮光性のあるプラスチック或いは金属で構成され、穴部２０ａが地板５の突起５ｂに回転可能に嵌合している。２０ｃは地板５の開口部５ａよりも口径が小さい開口部であり、開口部以外は遮光性を有する材料から構成されている。絞り口径板２０は長穴２０ｂが上記実施の第２の形態におけるＮＤフィルター板１０と同様に、ロータ１の駆動ピン１ｈの摺動可能に嵌合し、ロータ１の駆動ピン１ｈの回転位置により地板５の開口部５ａ内に進入し、開口径を小さくする位置と開口部５ａから退避した位置へと移動可能である。それにより、開口部５ａを通過する光量を調節する。この方法によっても、光量を調節した位置状態で通電を断ったとしてもその状態を保持する事ができる。
【００７７】
以上の実施の第２および３の形態でもマグネット部の極数を４極としたが、極数は限定されない。
【００７８】
また、上記実施の各形態では外側磁極部を１箇所にしたが、マグネットの着磁極数の半分或いは半分以下としても良い。即ち、マグネットは４極に着磁されているのでその半分の２箇所に外側磁極部を設けてもよい。その場合、外側磁極部はロータ１の回転中心を中心として、お互いに７２０／ｎ度の整数倍（ｎは着磁極数、上記の実施の各形態ではｎ＝４）ずれて配置されることになる。図１４にその場合の断面平面図を示している。着磁極数が８極の場合は７２０／８度の整数倍、例えば、９０度或いは１８０度離れて４個所、３箇所、２箇所にあっても良い。
【００７９】
図１４において、３３はステータであり、マグネットの着磁極数は４極であるから１８０度離れて外側磁極部３３ａ，３３ｃが２箇所にある。３３ｂは内筒である。
【００８０】
外側磁極部３３ａ，３３ｃは上記実施の各形態と同様、ロータ１のマグネット部の軸方向と平行方向に延出する歯形状である。この場合、複数あるので櫛歯形状になっている。ｎを着磁極数とすると、ステータ３３の外側磁極部３３ａ，３３ｃは７２０／ｎ度位相がずれて形成されている。マグネットの着磁極数はｎ＝４であるから、１８０度である。補助ステータ４の外径部にはステータ３３の外側磁極部３３ａ，３３ｃに対向した位相に対向部４ｂ，４ｃが形成されている。
【００８１】
（実施の第４の形態）
図１５は本発明の実施の第４の形態に係るレンズ駆動装置を示す図であり、図１と同じ部分（形状やその材質を含めて）は同一符号を付してある。
【００８２】
上記の各実施形態ではシャッタ羽根や絞り部材を駆動していたが、勿論、他の部材を駆動する構成であってもよい。図１５に示すレンズ駆動装置は、上述した光量調節装置のシャッタ羽根や絞り部材に代えて、レンズを駆動するためのものである。
【００８３】
４０はレンズホルダー、４１はレンズホルダーに取り付けられたレンズである。レンズホルダー４０の穴部４０ａが地板５の突起５ｂに回転可能に嵌合している。４０ｂはレンズホルダー４０に設けられた長穴であり、長穴４０ｂは上記実施の第１の形態におけるシャッタ羽根８或いは９と同様に、ロータ１の駆動ピン１ｈに摺動可能に嵌合している。レンズホルダー４０はロータ１の駆動ピン１ｈの回転位置により地板５の開口部５ａ内にレンズ４１を進入させたり、開口部５ａからレンズ４１を退避させたりして、開口部５ａを通過する光の焦点を調節を行う。
【００８４】
ロータ１、コイル２、ステータ３、および、補助ステータ４は上記の実施の第１の形態と同様の構成であるため、コイル２への無通電時には、ロータ１のマグネット部と磁極部との吸引力により、レンズ４はその位置が保持される。よって、通電していなくても振動等によりレンズ４１の位置が変化することはなく、レンズ駆動装置の信頼性が向上するとともに、省エネルギーにもなる。
【００８５】
以上の実施の第１乃至第４の形態における効果を、構成要素との対応関係を明示しつつ、以下にまとめて列挙する。
【００８６】
外周面が周方向に分割され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もち、軸を中心に回転可能なロータ１と、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）と、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）および内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）を励磁するコイル２とを有し、ロータ１を２箇所の停止位置で保持する駆動装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たす駆動装置としている。
【００８７】
また、外周面が周方向に分割され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もち、軸を中心に回転可能なロータ１と、ロータ１の回転に応じて作動する出力部材１ｈと、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）と、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）および内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）を励磁するコイル２と、開口部５ａを備えた地板５と、出力部材１ｈにより駆動されて地板５の開口部５ａに進退することで開口部５ａを通過する光量を変化させる光量調節部材（７，８，１０，２０）とを有し、光量調節部材を２箇所の停止位置で保持する駆動装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たす光量調節装置としている。
【００８８】
また、外周面が周方向に分割され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もち、軸を中心に回転可能なロータ１と、ロータ１の回転に応じて作動する出力部材１ｈと、軸と平行して延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）と、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部３ａ（３３ａ，３３ｃ）および内側磁極部（３ｂ，４ｂ，４ｃ，３３ｂ）を励磁するコイル２と、開口部５ａを備えた地板５と、出力部材により駆動されて地板５の開口部５ａに進退することで開口部５ａを通過する光量の焦点位置を変化させるレンズ４１とを有し、レンズ４１を２箇所の停止位置で保持するレンズ駆動装置であって、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部（３３ａ，３３ｃ）１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすレンズ駆動装置としている。
【００８９】
これらの構成によれば、マグネット部の着磁された極の中心位置が外側磁極部３ａの中心位置に対向するようにコギング力が働く。マグネットの外周面には異なる極（Ｎ極、Ｓ極）が着磁されているため、コイルの無通電時に２箇所の位置でロータの回転位置を保持することができる。
【００９０】
具体的には、コイル２への通電を行った場合、マグネット部の着磁された極の中心位置が外側磁極部３ａの歯の中心に対向する位置の間を移動するように駆動されるので、コイル２への通電によって駆動されたマグネット部（ロータ１）はコイル２への通電を遮断されてもその位置を保持するようにステータに発生する磁力（コギング）により吸引されている。つまり、非通電でもロータの回転位置を保持することが可能となり、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００９１】
また、上記の実施の形態では、ロータ１のマグネット部と外側磁極部３ａとの間に作用する磁力による吸引力が反対向きとなる領域を含み、かつ、マグネット部の着磁された極の中心と外側磁極部３ａとの中心が対向する領域を含まないようにロータ１の作動範囲を規制する。
【００９２】
図３の状態からコイル２へ通電して外側磁極部３ａをＳ極に励磁するとマグネット部に時計回りの回転力が生じて安定して起動が行われ、図４の開放状態となり、また図４の状態からコイル２へ通電して外側磁極部３ａをＮ極に励磁するとマグネット部に反時計回りの回転力が生じて安定して起動が行われ、図３の閉鎖状態となる。
【００９３】
また、上記の実施の形態では、出力部材１ｈの作動範囲と外側磁極部３ａは離れて配置されているため、駆動ピン１ｈをマグネットの材料で構成しても駆動ピン部における発生する電磁力は非常に小さく、マグネット全体の出力特性に影響を及ぼさず、安定した駆動特性を得るができる。
【００９４】
また、上記の実施の形態では、ロータ１の回転の中心となる軸の一端１ｅは地板５の開口部５ａより外れた前地板５上に設けられた穴部５ｄに、他端１ｆは内側磁極３ｂ部の中心部に設けられた穴部に、それぞれ回転可能に嵌合しているため、内側磁極部３ｂ或いは外側磁極部３ａとマグネット部のギャップの管理が容易になり、量産時の性能が安定する。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コイルへの非通電時において、ロータのマグネット部が所定の２位置で安定的に保持されるようにし、一旦コイルへ通電を行ってロータを所定の個所まで移動させた後は、コイルへの通電を断っても、ロータを所定の個所で保持することができ、省電力化を達成することができる駆動装置、光量調節装置、あるいは、レンズ駆動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の形態における光量調節装置の分解斜視図である。
【図２】図１の光量調節装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の第１の形態においてシャッタ閉鎖時の図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の実施の第１の形態においてシャッタ開放時の図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の実施の第１の形態におけるコギングトルクの様子を表す図である。
【図６】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７】図６の各関係を求める為に使用したモータの種類を示す図である。
【図８】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９】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１０】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１１】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１２】本発明の実施の第２の形態における光量調節装置の分解斜視図である。
【図１３】本発明の実施の第３の形態における光量調節装置の分解斜視図である。
【図１４】本発明の実施の第３の形態における光量調節装置の断面図である。
【図１５】本発明の実施の第４の形態におけるレンズ駆動装置の斜視図である。
【図１６】従来のシャッタ羽根駆動装置である。
【図１７】従来の他のシャッタ羽根駆動装置である。
【符号の説明】
１ マグネット
１ｈ 駆動ピン
２ コイル
３ ステータ
３ａ 外側磁極部
４ 補助ステータ
５ 地板
７，８ シャッタ羽根
２０ ＮＤフィルター板
３０ 絞り口径板
３３ ステータ
３３ａ，３３ｃ 外側磁極部
４０ レンズホルダー
４１ レンズ
Claims (11)
- 外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、前記軸と平行して延出することで形成されるとともに前記マグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、前記外側磁極部に対向する位置であって前記マグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、前記ロータの軸方向に配置され、前記外側磁極部および前記内側磁極部を励磁するコイルとを有し、前記ロータを２箇所の停止位置で保持する駆動装置であって、
前記マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する前記外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、前記マグネット部の径方向の厚みに対する前記マグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすことを特徴とする駆動装置。 - 前記ロータのマグネット部と前記外側磁極部との間に作用する磁力による吸引力が反対向きとなる領域を含み、かつ、前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部との中心が対向する領域を含まないように前記ロータの作動範囲を規制する規制部材を有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
- 外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータの回転に応じて作動する出力部材と、前記軸と平行して延出することで形成されるとともに前記マグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、前記外側磁極部に対向する位置であって前記マグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、前記ロータの軸方向に配置され、前記外側磁極部および前記内側磁極部を励磁するコイルと、開口部を備えた地板と、前記出力部材により駆動されて前記地板の開口部に進退することで前記開口部を通過する光量を変化させる光量調節部材とを有し、前記光量調節部材を２箇所の停止位置で保持する駆動装置であって、
前記マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する前記外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、前記マグネット部の径方向の厚みに対する前記マグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすことを特徴とする光量調節装置。 - 前記地板には前記出力部材と嵌合して前記出力部材の作動範囲を規制する案内溝が形成されており、前記案内溝は前記作動範囲が前記ロータのマグネット部と前記外側磁極部との間に作用する磁力による吸引力が反対向きとなる領域を含み、かつ、前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部との中心が対向する領域を含まないように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光量調節装置。
- 前記光量調節部材はシャッタ羽根であり、前記出力部材が前記案内溝の一方の端面に突き当たったときに前記シャッタ羽根が前記開口部を開放状態とし、前記出力部材が前記案内溝の他方の端面に突き当たったときに前記シャッタ羽根が前記開口部を閉鎖状態とすることを特徴とする請求項４に記載の光量調節装置。
- 前記光量調節部材は絞り部材であり、前記出力部材が前記案内溝の一方の端面に突き当たったときに前記絞り部材が前記開口部に進入して前記開口部を通過する光量を減らし、前記出力部材が前記案内溝の他方の端面に突き当たったときに前記絞り部材が前記開口部から退避することを特徴とする請求項４に記載の光量調節装置。
- 前記出力部材の作動範囲と前記外側磁極部は、前記ロータを挟んで反対側に位置することを特徴とする請求項４に記載の光量調節装置。
- 前記出力部材は前記マグネット部と一体的に形成されて回転し、前記外側磁極部は前記出力部材と前記ロータの軸方向における位置が重複することを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の光量調節装置。
- 前記ロータの回転の中心となる軸の一端は前記地板の開口部より外れた前記地板上に設けられた穴部に、他端は前記内側磁極部の中心部に設けられた穴部に、それぞれ回転可能に嵌合していることを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載の光量調節装置。
- 外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータの回転に応じて作動する出力部材と、前記軸と平行して延出することで形成されるとともに前記マグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、前記外側磁極部に対向する位置であって前記マグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、前記ロータの軸方向に配置され、前記外側磁極部および前記内側磁極部を励磁するコイルと、開口部を備えた地板と、前記出力部材により駆動されて前記地板の開口部に進退することで前記開口部を通過する光束の焦点距離を変化させるレンズとを有し、前記レンズを２箇所の停止位置で保持するレンズ駆動装置であって、
前記マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する前記外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、前記マグネット部の径方向の厚みに対する前記マグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
−０．３Ｘ＋０．６３＞Ｙ
の条件を満たすことを特徴とするレンズ駆動装置。 - 前記地板には前記出力部材と嵌合して前記出力部材の作動範囲を規制する案内溝が形成されており、前記案内溝は前記作動範囲が前記ロータのマグネット部と前記外側磁極部との間に作用する磁力による吸引力が反対向きとなる領域を含み、かつ、前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部との中心が対向する領域を含まないように形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のレンズ駆動装置。
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