JP4237850B2 - アクチュエータ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型精密機器,ゲーム機,施錠装置など、コンパクトに纏めなくてはならない機器に用いて有効な、永久磁石製の回転子を備えたアクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
永久磁石製の回転子を備えたアクチュエータの場合、固定子側のコイルは、通常、回転子の周面に対向するようにして、全周面にわたって配置されているのが普通である。しかしながら、アクチュエータを内蔵する機器の設計上、回転子の周面の所定の角度位置においては、回転子の直径と略同じぐらいの寸法しか設置スペースのとれない場合がある。そこで、そのような場合に用いられるアクチュエータとして、二つの磁極部を回転子の周面に対向できるようにするために、鉄芯部材をU字形にし、その一方の磁極部にコイルボビンを嵌装させるようにした構成のものが知られている。そして、そのような構成のアクチュエータを、カメラ用シャッタの開閉機構の駆動源として用いた例が、本出願人によって出願された特開平9−152645号公報等に記載されている。
【0003】
ところで、このような構成のアクチュエータにおいて駆動力を大きくするためには、コイルの巻き数を多くしなければならない。しかし、コイルの巻き径を大きくすると、上記した二つの磁極間の間隔が必然的に大きくなり、固定子の配置領域が回転子の直径の範囲に収まらなくなってしまうため、固定子をこのような構成にした意味がなくなってしまう。また、コイルを巻き軸方向に長くする方法も考えられるが、そのようにした場合には、ただでさえ、その長さを問題にされている機器に対しては、益々問題となってしまう。そこで、鉄芯部材を上記のようにU字形にせず、鉄芯部材に、回転子の回転軸と平行な折曲部を設け、その折曲部にコイルボビンを嵌装するようにした構成のアクチュエータが提案されている。そして、そのような構成のアクチュエータを、カメラ用シャッタの開閉機構の駆動源として用いた例が、本出願人によって出願された特開平10−62836号公報等に記載されている。
【0004】
この特開平10−62836号公報に記載されているアクチュエータは、パルスモータであって、回転子を間にして二つの鉄芯部材を配置するように構成されており、また、各鉄芯部材の磁極部における磁気効率を良くするために、二つの折曲部を有する磁性体部材(連結ヨーク)を設けていて、夫々の折曲部を各鉄芯部材の折曲部に重ね、そこにコイルボビンを嵌装させた構成にしている。しかし、このような構成は、パルスモータに限定されるものではなく、ムービングマグネット型モータと称されているモータにも適用することが可能である。そして、そのような構成のムービングマグネット型モータをカメラ用シャッタの開閉機構のアクチュエータとして用いた例が、特開平11−133480号公報に記載されている。
【0005】
このムービングマグネット型モータは、永久磁石製の回転子を所定の角度範囲においてだけしか回転させることができず、固定子のコイルに対して正方向へ通電すると、回転子を正方向へ回転させ、逆方向へ通電すると、逆方向へ回転させるアクチュエータであって、その際、回転子と一体的に回転する出力ピンが、被駆動部材を駆動するようにしたものである。また、このアクチュエータは、パルスモータと比較し、制御系が簡単で済み、且つ低コスト化と小型化に適しているという利点がある一方、起動性や駆動力の点では劣り、且つ複雑な回転制御を行わせることもできない。従って、これらの種類のモータは、いずれも、精密機器,玩具、施錠装置などの小型化、コンパクト化を要求される機器に好んで用いられるが、特に、ムービングマグネット型モータは、負荷が比較的小さい場合であって、低コストを要求される場合に有利とされている。
【0006】
本発明は、これらのようなアクチュエータのうち、例えば上記した特開平11−133480号公報に記載されているもののように、二つの鉄芯部材が、永久磁石製の回転子を間にして、その回転子の周面に対向させた磁極部と、その回転子の回転軸と平行に折り曲げた折曲部とを有していて、細長い磁性体部材の両端に形成されている二つの折曲部を、上記の各鉄芯部材の各折曲部に重合させ、それらの重合部に夫々コイルボビンを嵌装させた構成のアクチュエータに関するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コンパクト性を要求される機器に用いられる小型のアクチュエータは、上記したように、回転子の回転面と平行な面でのスペースに制約を受けるだけでなく、回転子の軸方向のスペースに対しても制約を受けることが多い。特に、カメラのアクチュエータとして用いる場合などは、0.5mm程度の寸法差でも大きな問題となることがある。そのため、駆動力を維持したまま、回転子の軸方向の寸法を少しでも小さくすることが要求されている。他方、アクチュエータとしては、駆動力が大きければ大きいほど、その適用範囲が大きくなって有利となる。従って、上記アクチュエータ全体の大きさが同じであるならば、駆動力が大きい方が好ましいわけである。即ち、具体的には、全体の大きさを変えずにコイルの巻き数を多くすることの可能な構成であることが好ましいことになる。
【0008】
しかしながら、コイルの巻き軸を、回転子の回転軸と平行に配置するようにしたアクチュエータにおいては、回転子の軸方向における寸法を小さくしようとすると、コイルの巻き軸を短くしなければならず、巻き数が少なくなって駆動力が低下してしまうことになる。そこで、コイルの巻き軸を短くしても、コイルの巻き数を変えなくて済むようにしようとすると、コイルの巻き径が大きくなって、回転子の直径よりも大きくなってしまうことになる。
【0009】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、二つの鉄芯部材が、永久磁石製の回転子を間にして、その回転子の周面に対向させた磁極部と、その回転子の回転軸と平行に折り曲げた折曲部とを有していて、細長い磁性体部材の両端に形成されている二つの折曲部を、上記の各鉄芯部材の各折曲部に重合させ、それらの重合部に夫々コイルボビンを嵌装させた構成のアクチュエータにおいて、回転子の軸方向におけるアクチュエータ全体の寸法に対して従来よりもコイルの巻き数を多くできるようにした小型のアクチュエータを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のアクチュエータは、永久磁石製の回転子と、前記回転子の回転軸の一方を軸受けしているベース部材と、前記回転軸の他方を軸受けしているカバー部材と、各々筒状部の周囲にコイルを巻回しており前記ベース部材と前記カバー部材との間において各々のコイルの巻き軸を前記回転軸と略平行にし且つ前記回転子を間にして配置されている第1ボビン及び第2ボビンと、磁極部と折曲部とを有していて該磁極部を前記回転子の周面に対向させ該折曲部を第1ボビンの筒状部に挿入している板状の第1鉄芯部材と、磁極部と折曲部とを有していて該磁極部を第1鉄芯部材の前記磁極部とは反対側から前記回転子の周面に対向させ該折曲部を第2ボビンの筒状部に挿入している板状の第2鉄芯部材と、同一幅で細長く形成されている板状の本体部の両端に二つの折曲部を形成しており一方の折曲部を第1ボビンの前記筒状部に対して第1鉄芯部材の前記折曲部とは逆方向から重合させるようにして挿入し他方の折曲部を第2ボビンの前記筒状部に対し第2鉄芯部材の前記折曲部とは逆方向から重合させるようにして挿入させた磁性体部材と、を備えていて、前記磁性体部材の二つの折曲部は、少なくとも前記各筒状部に挿入されている部分の幅が前記本体部の幅よりも小さく且つ前記第1及び第2鉄芯部材の前記各折曲部の幅と略同じに形成されているようにする。
また、本発明のアクチュエータにおいては、前記各々の筒状部内で重合されている二つの折曲部の断面積の和が、前記磁性体部材の前記本体部の断面積よりも大きいことが好ましい。
更に、本発明のアクチュエータにおいては、前記回転子の回転が所定の角度に規制されており、前記回転子には、前記回転軸よりも径方向の位置において前記回転軸と平行に延伸した出力ピンが一体的に形成されていることが好ましい。
【0011】
【発明の実施形態】
本発明の実施の形態を、図1〜図4に示した実施例によって説明する。尚、本実施例は、本発明を、カメラ用シャッタの開閉機構の駆動源として適用したものであり、図1は被写体側から視てシャッタ羽根の閉鎖状態を示した平面図であり、図2は上方を被写体側にして示した図1の要部断面図である。また、図3は本実施例のアクチュエータ部を示した分解斜視図であり、図4は図1と同じようにして示したシャッタ羽根の全開状態の平面図である。また、図1と図4においては、便宜上、シャッタ羽根を二点鎖線で示している。
【0012】
先ず、本実施例の構成を図1〜図3を用いて説明する。図2から分かるように、被写体側から視て、シャッタ地板1の背面側には、補助地板2が図示していない適宜な手段によって取り付けられており、それらの二つの地板1,2の間に羽根室を構成している。また、このシャッタ地板1が、本発明におけるベース部材に相当する。このシャッタ地板1には、図1に示すように、略中央部に円形をした開口部1aが形成されているが、補助地板2にも、図示していない同形状の開口部が形成されている。そして、それらの開口部は、重ね合わされるようにして配置されているが、本実施例においては、シャッタ地板1に形成された開口部1aの方が、直径が僅かに小さく、露光開口を規制するようになっている。
【0013】
シャッタ地板1は、合成樹脂製であって、羽根室側、即ち図2の下方側に、軸1b、1cを立設し、軸1bにはシャッタ羽根3を、軸1cにはシャッタ羽根4を、夫々回転可能に取り付けている。また、それらの軸1b、1cの先端を補助地板2に形成されている孔に挿入することによって、シャッタ羽根3,4が軸1b、1cから抜けないようになっている。また、周知であるため図示していないが、シャッタ羽根3,4には、夫々長孔が形成されていて、それらの両方に、後述する回転子の出力ピンである駆動ピンが嵌合するようになっている。
【0014】
シャッタ地板1の被写体側には、合成樹脂製のカバー枠5が、ビス6,7によって取り付けられている。このカバー5は、シャッタ地板1に向けて、位置決め用の四つのピン5a,5b,5c,5dを有しており、それらのうちピン5a,5dを、シャッタ地板1の孔1d,1eに嵌合させている.本実施例に用いられているアクチュエータは、ムービングマグネット型のモータであって、永久磁石製の回転子8は、図1に示すように2極に着磁されており、その回転軸の一方をシャッタ地板1の軸1fに軸受けされ、他方をカバー枠5の孔5eで軸受けされている。また、この回転子8には、その回転軸の径方向の位置において、その回転軸と平行に延伸した駆動ピン8aが一体的に形成されていて、シャッタ地板1に形成された周知の円弧状の孔1gを貫通し、上記したように、シャッタ羽根3,4に形成された図示していない周知の長孔に嵌合している。
【0015】
本実施例における二つの鉄芯部材9,10は、回転子8を間にして配置されており、夫々が二つの折曲部9a,9b、10a,10bを有している。このうち、鉄芯部材9は、二股部9cと孔9dをカバー枠5のピン5a,5bに嵌合させていて、折曲部9aを回転子8の周面に対向させ、折曲部9bを、コイル11を巻回しているボビン12の筒状部に挿入させている。他方、鉄芯部材10は、孔10cと二股部10dをカバー枠5のピン5c,5dに嵌合させていて、折曲部10aを回転子8の周面に対向させ、折曲部10bを、コイル13を巻回しているボビン14の筒状部に挿入させている。
【0016】
連結ヨーク15は、細長い板材で製作された磁性体部材であって、その両端に折曲部15a,15bを有している。そして、一方の折曲部15aは、カバー枠5の孔1hを貫通し、鉄芯部材9の折曲部9bと重ねるようにして、ボビン12の筒状部に挿入され、他方の折曲部15bは、カバー枠5の孔1iを貫通し、鉄芯部材10の折曲部10bと重ねるようにしてボビン14の筒状部に挿入されている。また、折曲部15a,15bをボビン12,14の筒状部に挿入するに際しては、鉄芯部材9,10の折曲部9b,10bとの密接関係が保たれるようにするために、極めて僅かではあるが、筒状部を変形させるようにして圧入させている。従って、この状態では、連結ヨーク15は、簡単には脱落しないようになっているが、必要であれば、接着などによって確実に固定することを妨げない。
【0017】
ところで、連結ヨーク15は、図1から分かるように、その本体部は同一幅で円弧状をしているが、折曲部15a,15bは、少なくともボビン12,14の筒状部に挿入されている部分が本体部の幅よりも小さい寸法になっている。他方、鉄芯部材9,10は、その厚さが連結ヨーク15と略同じであって、折曲部9b,10bの幅は、ボビン12,14の筒状部に挿入されている部分の折曲部15a,15bと略同じになっている。このような形状をした連結ヨークは、これまでには知られていない。即ち、従来の連結ヨークは、ボビン12,14の筒状部に挿入されている部分の幅(即ち、断面積)を意図的に小さくするようなことをせず、本体部の幅と略同じ幅の折曲部を、ボビンの筒状部に挿入するようにしていた。また、鉄芯部材の方の折曲部も、それに合わせて同じ幅にされていた。
【0018】
このように、従来は、ボビンの筒状部内に重ね合わせて挿入されている二つの折曲部の断面積の和が、連結ヨークの本体部の断面積の約2倍となっていた。即ち、理論上では、磁気特性上で必要とされる断面積の2倍となっていた。そのため、必然的にボビンの筒状部が太く、コイルの巻き径が大きくなっていた。そこで、本実施例においては、ボビン12,14の筒状部に挿入されている部分の折曲部15a,15bの幅を本体部の幅より小さくし、且つ鉄芯部材9,10の折曲部9b,10bの幅もそれに合わせている。しかしながら、各ボビンの筒状部内で重ね合わされている二つの折曲部の断面積の和は、連結ヨーク15の本体部の断面積よりも小さくならないようにしてある。従って、本実施例の場合には、従来の構成に比較して、アクチュエータ全体の大きさを大きくしないでコイルの巻き数を多くすることができるし、逆に駆動力が従来と同じでよければ、アクチュエータの小型化が可能となる。
【0019】
次に、本実施例の作動を説明する。図1はシャッタの閉鎖状態を示しており、コイル11,13には通電されていない状態であるが、この状態は、磁極部としての折曲部9a,10aと回転子8との対向関係によって維持されている。
即ち、折曲部9aは、回転子8の周面との対向角度が、N極に対してよりもS極に対しての方が大きくなっていて、S極との対向角度は90度以下となっている。そのため、回転子8には、折曲部9aとの関係においては、時計方向へ回転する力が作用している。他方、折曲部10aは、回転子8の周面との対向角度が、S極に対してよりもN極に対しての方が大きくなっていて、N極との対向角度は90度以下となっている。そのため、回転子8には、折曲部10aとの関係においても、時計方向へ回転する力が作用している。
【0020】
従って、回転子8は、時計方向へ回転するように付勢されていることになるが、回転子8と一体の駆動ピン8aが、図3に示した孔1gの右側の端面に接触し、その回転が阻止されていることにより、この状態が維持されている。そのため、シャッタ羽根3は軸1bで時計方向へ回転された状態を維持され、シャッタ羽根4は軸1cで反時計方向へ回転された状態を維持されて、開口部1aを閉鎖している。
【0021】
撮影に際して、レリーズボタンが押されると、コイル11,13に通電され、鉄芯部材9の折曲部9aにはS極が、鉄芯部材10の折曲部10aにはN極が現れる。そのため、折曲部9aと回転子8のS極との間には反発力が生じ、折曲部10aと回転子8のN極との間にも反発力が生じる結果、回転子8は、図1の状態から反時計方向へ回転させられる。それによって、駆動ピン8aは、シャッタ羽根3を軸1bで反時計方向へ回転させ、また、シャッタ羽根4を軸1cで時計方向へ回転させ、開口部1aを開かせていく。その後、シャッタ羽根3,4が開口部1aを全開にすると、駆動ピン8aが、図3に示した孔1gの左側の端面に当接し、回転子8の回転が阻止される。その状態が図4に示されている。
【0022】
その後、所定の時間が経過すると、今度は、コイル11,13に対して逆方向への通電が行われる。それによって、上記の場合とは逆に、鉄芯部材9の折曲部9aにはN極が、鉄芯部材10の折曲部10aにはS極が現れる。そのため、折曲部9aと回転子8のS極との間には吸引力が生じ、折曲部10aと回転子8のN極との間にも吸引力が生じて、回転子8は時計方向へ回転させられる。その結果、回転子8は、駆動ピン8aによってシャッタ羽根3,4を相対的に回転させ、図4の状態から開口部1aを閉じさせていく。そして、シャッタ羽根3,4が開口部1aを完全に閉じた後、駆動ピン8aが孔1gの端面に当接することによって回転子8の回転が停止する。その後、コイル11,13への通電を断つことによって、図1の状態に復帰する。
【0023】
尚、本実施例においては、鉄芯部材9、10の折曲部9a,10aを磁極部とし、回転子8の周面に対向させているが、上記した特開平10−62836号公報に記載されているように、磁極部としての折曲部を形成せず、端面を対向させるようにしても差し支えない。また、本実施例においては、回転子8が2極のムービングマグネット型モータの場合で説明したが、本発明は、パルスモータとすることも可能であるし、回転子の磁極数も2極には限定されない。また、本実施例の説明からも分かるように、本発明における回転子の回転軸とは、回転の中心軸のことを言い、その軸方向へ突き出した軸部のような具体的な形状を限定したものではない。
【0024】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、二つの鉄芯部材が、永久磁石製の回転子を間にして、その回転子の周面に対向させた磁極部と、その回転子の回転軸と平行に折り曲げた折曲部とを有していて、細長い磁性体部材の両端に形成されている二つの折曲部を、上記の各鉄芯部材の各折曲部に重合させ、それらの重合部に夫々コイルボビンを嵌装させた構成のアクチュエータにおいて、回転子の軸方向におけるアクチュエータ全体の寸法に対して従来よりもコイルの巻き数を多くすることができるようにしたから、従来の構成に比較して、アクチュエータを大きくしないで駆動力を大きくすることが可能となり、逆に、駆動力が従来と同じでよければ、アクチュエータの小型化が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】カメラ用シャッタに適用した実施例であって、シャッタ羽根の閉鎖状態を被写体側から視た平面図である。
【図2】上方を被写体側にして示した図1の要部断面図である。
【図3】図1におけるアクチュエータ部の分解斜視図である。
【図4】図1と同じようにして示したシャッタ羽根の全開状態の平面図である。
【符号の説明】
1 シャッタ地板
1a 開口部
1b,1c,1f 軸
1d,1e,1g,1h,1i,5e,9d,10c 孔
2 補助地板
3,4 シャッタ羽根
5 カバー枠
5a,5b,5c,5d ピン
6,7 ビス
8 回転子
8a 駆動ピン
9,10 鉄芯部材
9a,9b,10a,10b,15a,15b 折曲部
9c、10d 二股部
11,13 コイル
12,14 ボビン
15 連結ヨーク

Claims (3)

  1. 永久磁石製の回転子と、前記回転子の回転軸の一方を軸受けしているベース部材と、前記回転軸の他方を軸受けしているカバー部材と、各々筒状部の周囲にコイルを巻回しており前記ベース部材と前記カバー部材との間において各々のコイルの巻き軸を前記回転軸と略平行にし且つ前記回転子を間にして配置されている第1ボビン及び第2ボビンと、磁極部と折曲部とを有していて該磁極部を前記回転子の周面に対向させ該折曲部を第1ボビンの筒状部に挿入している板状の第1鉄芯部材と、磁極部と折曲部とを有していて該磁極部を第1鉄芯部材の前記磁極部とは反対側から前記回転子の周面に対向させ該折曲部を第2ボビンの筒状部に挿入している板状の第2鉄芯部材と、同一幅で細長く形成されている板状の本体部の両端に二つの折曲部を形成しており一方の折曲部を第1ボビンの前記筒状部に対して第1鉄芯部材の前記折曲部とは逆方向から重合させるようにして挿入し他方の折曲部を第2ボビンの前記筒状部に対し第2鉄芯部材の前記折曲部とは逆方向から重合させるようにして挿入させた磁性体部材と、を備えていて、前記磁性体部材の二つの折曲部は、少なくとも前記各筒状部に挿入されている部分の幅が前記本体部の幅よりも小さく且つ前記第1及び第2鉄芯部材の前記各折曲部の幅と略同じに形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
  2. 前記各々の筒状部内で重合されている前記二つの折曲部の断面積の和が、前記磁性体部材の前記本体部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
  3. 前記回転子の回転が所定の角度に規制されており、前記回転子には、前記回転軸よりも径方向の位置において前記回転軸と平行に延伸した出力ピンが一体的に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。
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