JP4237850B2 - 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、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。このカバー枠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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