JP4497884B2

JP4497884B2 - 駆動装置

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Publication number: JP4497884B2
Application number: JP2003355221A
Authority: JP
Inventors: 雅夫水牧
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2023-10-15
Also published as: JP2005121801A

Description

本発明は、小型に構成するのに好適な駆動装置に関するものである。

回転軸を中心とする直径を小型化し、かつ出力を高めた駆動装置として、本願出願人は特許文献１に開示される以下のような光量調節装置における駆動装置を提案している。

図１０に特許文献１に記載された駆動装置の分解斜視図を、図１１に特許文献１に記載された駆動装置の側面の断面図を、それぞれ示す。

１０１は外周面が周方向に２分割して交互にＳ極とＮ極に着磁され、回転中心を中心として回転可能な永久磁石を備えたマグネット、１０２はマグネット１０１の軸方向に配置されたコイルである。１０３はコイル１０２により励磁され、マグネット１０１の外周面に対向する歯形状の外側磁極部１０３ａとマグネット１０１の内周面に対向する円筒形状の内筒１０３ｂを有するステータである。１０４はステータ１０３の内筒１０３ｂに固着され、ステータ１０３の内筒１０３ｂとともに内側磁極部をなしている補助ステータである。以上により光量調節装置における駆動装置が構成される。

マグネット１０１は回転可能に保持されるように軸部分１０１ｅ，１０１ｆを備え、これらが一体的に成形されたものである。また、ステータ１０３の外側磁極部１０３ａはマグネット１０１の外周面に隙間をもって対向しており、又ステータ１０３の内筒１０３ｂ及び補助ステータ１０４はマグネット１０１の内周面に隙間をもって対向している。

上記構成の駆動装置は、コイル１０２への通電方向を切り換えて外側磁極部１０３ａ、内筒１０３ｂ及び補助ステータ１０４の極性を切り換えることで、マグネット１０１を往復回転させるものである。また、往復回転するマグネット１０１の回転規制を地板１０５に設けられた案内溝１０５ａに駆動ピン１０１ｄが当接することによって行っている。

この駆動装置はコイルに通電することで発生した磁束が外側磁極部から対向する内側磁極部へ、あるいは内側磁極部から対向する外側磁極部へと流れ、外側磁極部と内側磁極部との間に位置するマグネットに効果的に作用する。また、外側磁極部と内側磁極部との距離を円筒形状のマグネットの厚さとマグネットと外側磁極部との隙間およびマグネットと内側磁極部との隙間分の距離にすることで、外側磁極部と内側磁極部とで構成される磁気回路の抵抗をできるだけ小さくしている。磁気回路の抵抗が小さいほど少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、出力が向上する。
特開２００２−０４９０７６号公報

しかしながら、上記特許文献１にて提案されているものは、歯形状の外側磁極部１０３ａは１つしかないため、マグネット１０１は回転時に外側磁極部１０３ａが対向する方向にのみ引き寄せられてしまい、回転バランスが悪くロスが大きい。ここで、マグネットを４極に分割着磁すれば、外側磁極部を２つの歯とすることができ、回転バランスは向上するが、マグネットを２極に分割着磁したものに比べ、回転角度は半減してしまう。

また、駆動装置の軸方向の長さはコイル１０２の長さとマグネット１０１の長さとステータ１０３の厚みで決められ、駆動装置の外径は内筒１０３ｂの外径とコイル１０２の半径方向の厚みと外側磁極部１０３ａの厚みで決まるため、コイル１０２の巻数を増やすには、マグネット１０１の長さを低くするか、外側磁極部１０３ａの厚みを減らすか、駆動装置の長さを増すか、駆動装置の外径を大きくするしかない。ここで、マグネットの長さを低くすると出力が下がるために限度があり、外側磁極部１０３ａの厚みを減らすと磁気飽和が生じて出力が下がるために限度がある。したがって、高出力でより軸方向長さの低い駆動装置とするには外径を大きくするしかなかった。

また、マグネット１０１の内径とそれに対向する補助ステータ１０４との間には所定の間隔が必要であり、それを製造時に管理することはコストアップを招くものであった。

また、ステータの形状としても円筒形状の内筒１０３ｂと外側磁極部１０３ａが必要であり、それらを一体的に構成するのは部品製造上難しい。さらに、それらを別体で製造した後に一体的に組み立てる場合は部品点数が多くなり、コストアップを招いてしまう。

また、外側磁極部１０３ａと補助ステータ１０４の距離を小さくするために、円筒形状のマグネット１０１の径方向の厚みを薄くしたりすることが機械的強度の点で難しいという欠点があった。

上記課題を解決するために、本発明の駆動装置は、外周面が周方向に２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と、軟磁性材料からなり、前記マグネットの内径部に固定されるロータ軸と、前記マグネットの外周面に対して隙間をもち、前記マグネットの外周面に所定の角度で対向するように配置される第１の外側磁極部と、内周に前記第１の外側磁極部が配置され、通電することで前記第１の外側磁極部を励磁する第１のコイルと、前記マグネットの外周面に対して隙間をもち、前記マグネットの外周面に所定の角度で対向するように配置される第２の外側磁極部と、内周に前記第２の外側磁極部が配置され、通電することで前記第２の外側磁極部を励磁する第２のコイルとを有し、前記第１の外側磁極部および前記第２の外側磁極部が前記マグネットの中心に対して１８０度位相がずれるように配置され、前記ロータ軸には、前記第１の外側磁極部に対向する部分に第１の内側磁極部が形成されるとともに、前記第２の外側磁極部に対向する部分に第２の内側磁極部が形成され、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルへ通電する際に、前記第１の外側磁極部に励磁される極と前記第２の外側磁極部に励磁される極とを互いに異ならせることで、前記第１のコイルと前記第１の外側磁極部と前記第１の内側磁極部とで第１の磁気回路を形成し、前記第２のコイルと前記第２の外側磁極部と前記第２の内側磁極部とで第２の磁気回路を形成し、前記第１のコイルと前記第２のコイルと前記第１の外側磁極部と前記第１の内側磁極部と前記第２の内側磁極部と前記第２の外側磁極部とで第３の磁気回路を形成することを特徴とする。

本発明は、小型化、低コスト化、高出力化を達成しつつ、駆動装置の回転角度や被駆動部材の作動角度を大きくとれる安定した駆動が可能な駆動装置を提供できるものである。

以下の実施例１及び実施例２に示す通りである。

図１乃至図３は本発明の実施例１に係る駆動装置を示す図であり、詳しくは、図１は駆動装置の分解斜視図、図２は駆動装置の組立完成状態図、図３はコイル及びロータ軸を通り、軸方向に平行な面での断面図である。

これらの図において、１は軟磁性材料から成るステ−タであり、第１の外側磁極部１ａ、第２の外側磁極部１ｂ、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂそれぞれの一端を結ぶ平板部１ｃおよび後述のロータ軸６を回転支持する嵌合穴１ｄを有する。また、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂは、後述のロータ軸６と平行方向に延びる櫛歯状に形成されている。

本実施例１におけるステ−タ１は、図示のように第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂが一体的に構成されている。このため、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとの相互誤差が少なくなり、組み立てによる駆動装置の性能のばらつきを最小限に抑えることができる。また、ステータ１は単純な形状であるためプレス成形が可能であり、コストが安い。

２は導電線が巻回されて成る第１のコイル、３は導電線が巻回されて成る第２のコイル、４は第１のコイル２及び第２のコイル３が巻回されるボビンであり、第１のコイル２はボビン４に巻回された状態でその内側（心部分）に第１の外側磁極部１ａが配置されるように固定される。そして、第１のコイル２へ通電することにより、第１の外側磁極部１ａが励磁される。同様に、第２のコイル３はボビン４に巻回された状態でその内側（心部分）に第２の外側磁極部１ｂが配置されるように固定される。そして、第２のコイル３へ通電することにより、第２の外側磁極部１ｂが励磁される。

上記の第１のコイル２と第２のコイル３はステータ１の平板部１ｃの平面上に隣接して配置されるため、駆動装置の軸方向の長さを短く構成できる。また、第１のコイル２と第２のコイル３は直列接続でかつ隣接配置されるので、コイルトータルのターン数が増えることになり、駆動装置の軸方向の長さを短く構成したまま出力向上を図ることができる。また、第１のコイル２と第２のコイル３とは、直列かつ巻線方向が異なるように接続されている。すなわち、第１のコイル２が右周りに巻回されるなら、第２のコイル３は左周りに巻回され、直列接続される第１のコイル２及び第２のコイル３へ通電すると、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとは反対の極に励磁される。前記ボビン４は第１のコイル２用と第２のコイル３用にそれぞれに設けることなく、１つに連結して一体化することでコストダウンが図れるとともに、直列に配線することが容易となる。なお、第１のコイル２と第２のコイル３とを直列に接続しているが、並列接続でもかまわない。定電圧で駆動する場合、並列接続では出力がアップするが、消費電流が増える。一方、直列接続では並列接続の場合に比べて消費電流を抑えることが可能となる。

５は永久磁石から成る円筒形状のマグネットであり、該マグネット５は外周表面を円周方向に２分割、即ちＳ極、Ｎ極の半分ずつに着磁されている。また、このマグネット５の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がＳ極の場合はその範囲の内周面はＮ極に着磁されているものの何れかである。６は軟磁性材料から成るロータ軸であり、該ロータ軸６の第１円柱部６ａの外周面とマグネット５の内周面５ａとが接着や圧入等により密着固定される。その際、マグネット５の軸方向の一端部が第１円柱部６ａの上面と同一面となるように固定される（図３参照）。

マグネット５の内周面５ａにロータ軸６の第１円柱部６ａが固定されることで、該マグネット５の円筒形状の半径方向の厚さを非常に薄くしても強度面での心配が生じない。ロータ軸６の両端には支持軸部６ｃ及び６ｄが形成されており、ステータ１の嵌合穴１ｄと後述のカバー７により回転可能に支持される。その際、ロータ軸６の第２円柱部６ｂは、図３に示すように第１のコイル２及び第２のコイル３の間に隣接して配置される。また、ロータ軸６には後述のレバー８が嵌合固定される第３円柱部６ｅが形成されている。

第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂは、マグネット５の外周面に所定の隙間をもって対向して配置される。そして、第１円柱部６ａの第１の外側磁極部１ａに対向する部分、及び、第２円柱部６ｂの第１のコイル２の外周に隣接する部分で第１の内側磁極部が形成される。同様に、第１円柱部６ａの第２の外側磁極部１ｂに対向する部分、及び、第２円柱部６ｂの第２のコイル３の外周に隣接する部分で第２の内側磁極部が形成される。

そして、第１のコイル２へ通電することにより、第１の外側磁極部１ａと第１の内側磁極部が励磁され、その磁極間にはマグネット５を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネット５に作用する。その際、第１の外側磁極部１ａと第１の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。同様に、第２のコイル３へ通電することにより、第２の外側磁極部１ｂと第２の内側磁極部が励磁され、その磁極間にはマグネット５を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネット５に作用する。その際、第２の外側磁極部１ｂと第２の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。

また、第１のコイル２と第２のコイル３とは直列かつ巻線方向が異なるように接続されているため、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂは同時にかつ反対の極に励磁される。これにより、図３に示すように、第１のコイル２と第１の外側磁極部１ａと第１の内側磁極部とで形成される第１の磁気回路（第１の磁路）、第２のコイル３と第２の外側磁極部１ｂと第２の内側磁極部とで形成される第２の磁気回路（第２の磁路）、第１のコイル２及び第２のコイル３と第１の外側磁極部１ａと第１の内側磁極部及び第２の内側磁極部と第２の外側磁極部１ｂとで形成される第３の磁気回路（第３の磁路）、の３つの磁気回路が構成され、大幅な出力向上を図ることができる。

マグネット５は前述したように円筒形状の半径方向の厚さを非常に薄くすることができるとともに、該マグネット５の内周面に対向して内側磁極部を成す第１円柱部６ａと該マグネット５の内周面との間に空隙を設ける必要がない。そのため、第１の外側磁極部１ａと第１円柱部６ａとの距離及び第２の外側磁極部１ｂと第１円柱部６ａとの距離を非常に小さくできる。よって、第１の磁気回路、第２の磁気回路、及び第３の磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができ、駆動装置の出力を高めることが出来る。

また、図３に示すように、マグネット５はその内径部がロータ軸６によって埋められているので、上記特許文献１で提案されているものに比べ、マグネットの機械的強度が大きく、又ロータ軸６はマグネット５の内径部に現れるＳ極、Ｎ極との間の磁気抵抗を小さくするいわゆるバックメタルとして作用するので、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになり、高温下の環境で使用されても減磁による磁気的劣化も少ない。

更に、上記特許文献１で提案されているものはマグネットの外径部と外側磁極部の隙間を精度良く保って組み立てる必要がある他に、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部をマグネットに対して所定の隙間を設けて配置する必要があり、部品精度のばらつきや組み立て精度が悪い場合にこの隙間を確保できず、内側磁極部がマグネットに接触してしまうなどの不良が生じる可能性が高いが、これに対し本実施例１では、マグネット５の外径部側のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になる。

また、上記特許文献１では、内側磁極部はマグネットと軸をつなぐ部分に接触しないように構成しなければならず、これにより内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さを十分に長くすることが出来ないが、これに対し本実施例１では、ロータ軸が内側磁極部を兼ねているので、内側磁極部とマグネット５とが対向する軸方向の長さを十分長く確保でき、これにより第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂとマグネット５を有効に利用することが可能となり、駆動装置の出力を高めることができる。

また、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂはロータ軸６に平行な方向に延出する櫛歯状に構成されているので、駆動装置の該ロータ軸６に垂直な方向の最外径を最小限に抑えることができる。例えば、外側磁極部をマグネットの半径方向（軸に垂直な方向）に伸びるヨーク板で構成すると、半径方向に向かってコイルを巻くことになり、軸方向の長さは短くても駆動装置の軸に垂直な方向の最外径は大きなものとなってしまう。これに対し本実施例１の駆動装置の軸に垂直な方向の最外径は、マグネット５に、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂの厚みと、第１のコイル２及び第２のコイル３の巻き線幅でほぼ決まる（図３参照）。

また、第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂがロータ軸６に平行な方向に延出する櫛歯状のため、ボビン４に巻回される第１のコイル２及び第２のコイル３、及びマグネット５とロータ軸６から成るロータをすべて一方向（図１の上方向から下方向へ）から組み込むことが可能となり、組み立て作業性がよい。

７はカバーであり、ステータ１及びボビン４に位置決め固定される。また、７ａは該カバー７に一体に設けられた軸受け部であり、この軸受け部７ａにロータ軸６の支持軸部６ｄが嵌合して該ロータ軸６は回転保持される。８はレバーであり、マグネット５及びロータ軸６に接着や圧入等により固定され、一体で回転可能となる。その際、レバー８に設けられる穴部８ａがマグネット５の第３円柱部６ｅに嵌合するとともに、レバー８に設けられる突起部８ｃ，８ｄ（８ｄは不図示）がマグネット５の溝５ｂ，５ｃに嵌合することで、所定の位相で位置決め固定される。レバー８にはその一端に駆動ピン８ｂが設けられる。また、カバー７には開口部７ｂが設けられ、レバー８はカバー７の内側から該開口部７ｂを通って外側へと伸びている。これにより、レバー８はマグネット５に密着した状態で出力手段として作用する。すなわち、出力手段を含めた駆動装置全体の軸方向長さをより短くする構成となっている。

カバー７の軸受け部７ａ及びステータ１の嵌合穴１ｄは、カバー７がステータ１及びボビン４に固定された状態で、ロータ軸６を回転嵌合保持する。この状態で、ロータ軸６に固定されたマグネット５は、図３に示すように、その外周面が第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂと所定の隙間を持つとともに、軸方向の一端に固定されるレバー８がカバー７の裏面と所定の隙間を保ち、かつ軸方向の他端が、第１のコイル２及び第２のコイル３と所定の隙間を保つ。よって、マグネット５は第１のコイル２及び第２のコイル３と軸方向に隣接して配置されており、これら第１のコイル２と第２のコイル３とは軸方向に垂直な平面で隣接しているため、軸方向の長さの短い駆動装置とすることが可能となる。

図４は、マグネット５とステータ１の位置関係を示す上面図であり、図１乃至図３で示した駆動装置からわかりやすいようにカバー７とレバー８を省略している。図４からわかるように、マグネット５は外周表面を円周方向に２分割してＳ極、Ｎ極に着磁された着磁部が形成されている。

ここで、マグネット５と第１の外側磁極部１ａ、第２の外側磁極部１ｂとの位置関係について説明する。

第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとは、マグネット５の回転中心を基準に考えると１８０度位相がずれた位置に配置されている。よって、マグネット５のＳ極に着磁されている外周面が第１の外側磁極部１ａに対向している時には、マグネット５のＮ極に着磁されている外周面は第２の外側磁極部１ｂに対向し、マグネット５のＮ極に着磁されている外周面が第１の外側磁極部１ａに対向している時には、マグネット５のＳ極に着磁されている外周面は第２の外側磁極部１ｂに対向し、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂのマグネット５への対向角が等しい場合は、その位相割合は等しくなる。

また、第１のコイル２と第２のコイル３とは巻線方向が異なるとともに、直列に配線されている。よって、第１のコイル２及び第２のコイル３に通電することで、第１の外側磁極部１ａと第２の外側磁極部１ｂとは反対の極に励磁される。すなわち、第１のコイル２及び第２のコイル３への通電により発生する磁力は、ともにマグネット５を同一方向に回転させる力となる。したがって、上記特許文献１の駆動装置では、外側磁極部はマグネットの着磁極数の１／２（特許文献１の実施例ではマグネットは２極で外側磁極部は１つ）となるために回転バランスの悪い、或いは回転角度を大きくとれないものであったが、本実施例１の駆動装置では、マグネットが２極でかつ、外側磁極部を２つに構成でき、回転角度を大きくとれるとともに回転バランスの良いものとなる。

ここで、マグネットの極数と回転可能角度との関係について簡単に説明する。上記特許文献１の駆動装置や本実施例１の駆動装置では、マグネットの極数をＮとすると、回転可能角度は約（３６０／Ｎ）度となる。（実際には摩擦等の影響や負荷との関係で、回転角度は上記より少なくなる。）したがって、マグネットが２極の場合は、原理的には１８０度近く回転することは可能であり、マグネットが４極の場合は、その半分の９０度近く回転することが可能となる。よって、本実施例１の駆動装置では、マグネットが２極のため、回転角度を大きくとれるのである。なお、駆動装置を使用する場合の回転角度の設定は必要トルクとの兼ね合いで決められる。すなわち、同じ駆動装置を用いた場合、回転角度を大きく設定すると、動き出しのトルクは小さなものとなり、回転角度を小さく設定すると、動き出しのトルクは大きなものとなる。

次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施例１に係る駆動装置の動作について説明する。

図４は、第１のコイル２及び第２のコイル３に通電して、第１の外側磁極部１ａをＮ極とし、第１の内側磁極部（第１円柱部６ａ及び第２円柱部６ｂの第１の外側磁極部１ａに対向する部分）をＳ極とし、第２の外側磁極部１ｂをＳ極とし、第２の内側磁極部（第１円柱部６ａ及び第２円柱部６ｂの第２の外側磁極部１ｂに対向する部分）をＮ極となるように励磁している駆動装置の状態である。マグネット５は一体で回転するレバー８の駆動ピン８ｂが後述の地板９の長穴９ｂの一端に当接して図４の状態で回転が止められる。この状態で、マグネット５は第１のコイル２及び第２のコイル３への通電中は第１の外側磁極部１ａの中心と該マグネット５の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中時計方向の回転力が発生するとともに、第２の外側磁極部１ｂの中心と該マグネット５の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中時計方向の回転力が発生している。また、第１のコイル２及び第２のコイル３への通電を止めた時には、マグネット５は第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂとに発生するコギング力によりこの位置に保持される。

図４の状態から第１のコイル２及び第２のコイル３への通電方向を反転して、第１の外側磁極部１ａをＳ極とし、第１の内側磁極部（第１円柱部６ａ及び第２円柱部６ｂの第１の外側磁極部１ａに対向する部分）をＮ極とし、第２の外側磁極部１ｂをＮ極とし、第２の内側磁極部（第１円柱部６ａ及び第２円柱部６ｂの第２の外側磁極部１ｂに対向する部分）をＳ極となるように励磁すると、マグネット５は反時計方向に回転する。そして、マグネット５は一体で回転するレバー８の駆動ピン８ｂが後述の地板９の長穴９ｂの他端に当接して図５の状態で回転が止められる。この状態で、マグネット５は第１のコイル２及び第２のコイル３への通電中は第１の外側磁極部１ａの中心と該マグネット５の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第２の外側磁極部１ｂの中心と該マグネット５の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中半時計方向の回転力が発生している。また、第１のコイル２及び第２のコイル３への通電を止めた時には、マグネット５は第１の外側磁極部１ａ及び第２の外側磁極部１ｂとに発生するコギング力によりこの位置に保持される。

上記のようにして、第１のコイル２及び第２のコイル３への通電方向を切り換えることにより、マグネット５はレバー８とともにストッパー（地板９の長穴９ｂ）で決められた範囲を往復回転することになる。

図６は本発明の駆動装置Ｍを用いたシャッタ装置の分解斜視図である。

図６において、９は中央に開口部９ａが形成された地板であり、該地板９に駆動装置Ｍが接着等により取り付けられる。その際、駆動装置Ｍにおけるレバー８の駆動ピン８ｂは地板９に設けられる長穴９ｂに挿入される。マグネット５はレバー８の駆動ピン８ｂが長穴９ｂの一端に当接する位置から他端に当接する位置まで回転可能となる。また、地板９には駆動ピン８ｂと同一方向に突出する突起９ｃ及び９ｄが一体で形成される。

１０及び１１は羽根であり、羽根１０の丸穴１０ａが地板９の突起９ｄに回転可能に嵌合し、羽根１０の長穴１０ｂがレバー８の駆動ピン８ｂに摺動可能に嵌合する。また、羽根１１の丸穴１１ａが地板９の突起９ｃに回転可能に嵌合し、羽根１１の長穴１１ｂがレバー８の駆動ピン８ｂに摺動可能に嵌合する。１２は中央に開口部１２ａが形成された羽根押えであり、羽根１０及び羽根１１を所定の隙間を持って間に挟んで地板９に固定され、該羽根１０及び羽根１１の軸方向の受けとなる。

マグネット５の回転により羽根１０は長穴１０ｂがレバー８の駆動ピン８ｂに押されて丸穴１０ａを中心に回転し、該羽根１１は長穴１１ｂがレバー８の駆動ピン８ｂに押されて丸穴１１ａを中心に回転して、地板９の開口部９ａの通過光量を制御するよう構成されている。

駆動装置Ｍは軸方向の長さが短いので、他のレンズや構造物に対して邪魔にならない光軸方向に出っ張りの少ないシャッタ装置とすることができる。また、小型でありながら高出力であるため、シャッタスピードの高速化が図れる。

上記実施例１においては、駆動装置はシャッタ羽根を駆動するためのアクチュエータとして用いたが、他の用途、例えば絞り装置や、レンズ駆動のためのカム筒等を２位置に回動させる等にも使用可能であり、高出力で外径が小さく且つ軸方向の長さも短いという利点を持った駆動装置として有用なものとなる。もう少し詳しく説明すると、レバー８の駆動ピン８ｂが光軸を中心に回動可能な不図示のカム筒に連結しており、該レバー８が回動することでカム筒が回動し、カム筒に嵌合する不図示のレンズが固定されたレンズホルダーがカム筒が回動することで光軸方向に移動するレンズ駆動装置とすることができる。

図７乃至図９は本発明の実施例２に係る駆動装置を示す図であり、詳しくは、図７は駆動装置の分解斜視図、図８は駆動装置の組立完成状態図、図９はコイル及びロータ軸を通り、軸方向に平行な面での断面図である。

これらの図において、２１は軟磁性材料から成るステ−タであり、第１の外側磁極部２１ａ、第２の外側磁極部２１ｂ、第１の外側磁極部２１ａ及び第２の外側磁極部２１ｂのそれぞれの一端を結ぶ平板部２１ｃおよび後述のロータ軸２６を回転支持する嵌合穴２１ｄを有する。また、第１の外側磁極部２１ａ及び第２の外側磁極部２１ｂは、後述のロータ軸２６と平行方向に延びる櫛歯状に形成されている。

本実施例２におけるステ−タ２１は、図示のように、第１の外側磁極部２１ａと第２の外側磁極部２１ｂは一体的に構成されている。このため、第１の外側磁極部２１ａと第２の外側磁極部２１ｂとの相互誤差が少なくなり、組み立てによる駆動装置の性能のばらつきを最小限に抑えることができる。また、ステータ２１は単純な形状であるためプレス成形が可能であり、コストが安い。

２２は導電線が巻回されて成る第１のコイル、２３は導電線が巻回されて成る第２のコイル、２４は第１のコイル２２及び第２のコイル２３が巻回されるボビンであり、第１のコイル２２はボビン２４に巻回された状態でその内側（心部分）に第１の外側磁極部２１ａが配置されるように固定される。そして、第１のコイル２２へ通電することにより、第１の外側磁極部２１ａが励磁される。同様に、第２のコイル２３はボビン２４に巻回された状態でその内側（心部分）に第２の外側磁極部２１ｂが配置されるように固定される。そして、第２のコイル２３へ通電することにより、前記第２の外側磁極部２１ｂが励磁される。

第１のコイル２２と第２のコイル２３はステータ２１の平板部２１ｃの平面上に隣接して配置されるため、駆動装置の軸方向の長さを短く構成できる。また、第１のコイル２２と第２のコイル２３は直列接続でかつ隣接配置されるので、コイルトータルのターン数が増えることになり、駆動装置の軸方向の長さを短く構成したまま出力向上を図ることができる。また、第１のコイル２２と第２のコイル２３とは、直列かつ巻線方向が異なるように接続されている。すなわち、第１のコイル２２が右周りに巻回されるなら、第２のコイル２３は左周りに巻回され、直列接続される第１のコイル２２及び第２のコイル２３へ通電すると、第１の外側磁極部２１ａと第２の外側磁極部２１ｂとは反対の極に励磁される。ボビン２４は第１のコイル２２用と前記第２のコイル２３用にそれぞれに設けることなく、１つに連結して一体化することでコストダウンが図れるとともに、直列に配線することが容易となる。なお、第１のコイル２２と第２のコイル２３とを直列に接続しているが、並列接続でもかまわない。

２５は永久磁石から成る円筒形状のマグネットであり、該マグネット２５は外周表面を円周方向に２分割、即ちＳ極、Ｎ極の半分ずつに着磁されている。また、このマグネット２５の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がＳ極の場合はその範囲の内周面はＮ極に着磁されているものの何れかである。２６は軟磁性材料から成るロータ軸であり、該ロータ軸２６の第１円柱部２６ａの外周面と前記マグネット２５の内周面２５ａとが接着や圧入等により密着固定される。

マグネット２５の内周面２５ａにロータ軸２６の第１円柱部２６ａが固定されることで、該マグネット２５の円筒形状の半径方向の厚さを非常に薄くしても強度面での心配が生じない。ロータ軸２６の両端には支持軸部２６ｃ及び２６ｄが形成されており、ステータ２１の嵌合穴２１ｄと後述のカバー２７により回転可能に支持される。その際、ロータ軸２６の第２円柱部２６ｂは、図９に示すように第１のコイル２２及び第２のコイル２３の間に隣接して配置される。また、ロータ軸２６の先端には後述のレバー２８が嵌合固定される出力軸部２６ｅが形成される。

第１の外側磁極部２１ａと第２の外側磁極部２１ｂは、マグネット２５の外周面に所定の隙間をもって対向して配置される。そして、第１円柱部２６ａの第１の外側磁極部２１ａに対向する部分、及び、第２円柱部２６ｂの第１のコイル２２の外周に隣接する部分で第１の内側磁極部が形成される。同様に、第１円柱部２６ａの第２の外側磁極部２１ｂに対向する部分、及び、第２円柱部２６ｂの第２のコイル２３の外周に隣接する部分で第２の内側磁極部が形成される。

そして、第１のコイル２２へ通電することにより、第１の外側磁極部２１ａと第１の内側磁極部が励磁され、その磁極間にはマグネット２５を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネット２５に作用する。その際、第１の外側磁極部２１ａと第１の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。同様に、第２のコイル２３へ通電することにより、第２の外側磁極部２１ｂと第２の内側磁極部が励磁され、その磁極間にはマグネット２５を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネット２５に作用する。その際、第２の外側磁極部２１ｂと第２の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。

また、第１のコイル２２と第２のコイル２３は直列かつ巻線方向が異なるように接続されているため、第１の外側磁極部２１ａと第２の外側磁極部２１ｂは同時にかつ反対の極に励磁される。これにより、図９に示すように、第１のコイル２２と第１の外側磁極部２１ａと第１の内側磁極部とで形成される第１の磁気回路（第１の磁路）、第２のコイル２３と第２の外側磁極部２１ｂと第２の内側磁極部とで形成される第２の磁気回路（第２の磁路）、第１のコイル２２及び第２のコイル２３と第１の外側磁極部２１ａと第１の内側磁極部及び第２の内側磁極部と第２の外側磁極部２１ｂとで形成される第３の磁気回路（第３の磁路）、の３つの磁気回路が構成され、大幅な出力向上が図られる。

マグネット２５は前述したように円筒形状の半径方向の厚さを非常に薄くすることができるとともに、マグネット２５の内周面に対向して内側磁極部を成す第１円柱部２６ａと該マグネット２５の内周面との間に空隙を設ける必要がない。そのため、第１の外側磁極部２１ａと第１円柱部２６ａとの距離及び第２の外側磁極部２１ｂと第１円柱部２６ａとの距離を非常に小さくできる。よって、第１の磁気回路、第２の磁気回路、及び第３の磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができ、駆動装置の出力を高めることが出来る。

また、図９に示すように、マグネット２５はその内径部がロータ軸２６によって埋められているので、上記特許文献１で提案されているものに比べ、マグネットの機械的強度が大きく、又ロータ軸２６はマグネット２５の内径部に現れるＳ極、Ｎ極との間の磁気抵抗を小さくするいわゆるバックメタルとして作用するので、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになり、高温下の環境で使用されても減磁による磁気的劣化も少ない。

更に、上記特許文献１で提案されているものはマグネットの外径部と外側磁極部の隙間を精度良く保って組み立てる必要がある他に、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部をマグネットに対して所定の隙間を設けて配置する必要があり、部品精度のばらつきや組み立て精度が悪い場合にこの隙間を確保できず、内側磁極部がマグネットに接触してしまうなどの不良が生じる可能性が高いが、これに対し本実施例２では、マグネット５の外径部側のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になる。

また、上記特許文献１では、内側磁極部はマグネットと軸をつなぐ部分に接触しないように構成しなければならず、これにより内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さを十分に長くすることが出来ないが、これに対し本実施例２では、ロータ軸が内側磁極部を兼ねているので、内側磁極部とマグネット２５とが対向する軸方向の長さを十分長く確保でき、これにより、第１の外側磁極部２１ａ及び第２の外側磁極部２１ｂとマグネット２５を有効に利用することが可能となり、駆動装置の出力を高めることができる。

また、第１の外側磁極部２１ａ及び第２の外側磁極部２１ｂはロータ軸２６に平行な方向に延出する櫛歯状に構成されているので、駆動装置の該ロータ軸２６に垂直な方向の最外径を最小限に抑えることができる。例えば、外側磁極部をマグネットの半径方向（軸に垂直な方向）に伸びるヨーク板で構成すると、半径方向に向かってコイルを巻くことになり、軸方向の長さは短くても駆動装置の軸に垂直な方向の最外径は大きなものとなってしまう。これに対し本実施例２の駆動装置の軸に垂直な方向の最外径は、マグネット２５に、第１の外側磁極部２１ａ及び第２の外側磁極部２１ｂの厚みと、第１のコイル２２及び第２のコイル２３の巻き線幅でほぼ決まる（図９参照）。

また、第１の外側磁極部２１ａ及び第２の外側磁極部２１ｂがロータ軸２６に平行な方向に延出する櫛歯状のため、ボビン２４に巻回される第１のコイル２２及び第２のコイル２３、及びマグネット２５とロータ軸２６から成るロータをすべて一方向（図７の上方向から下方向へ）から組み込むことが可能となり、組み立て作業性がよい。

２７はカバーであり、ステータ２１及びボビン２４に位置決め固定される。また、２７ａは該カバー２７に一体に設けられた軸受け部であり、軸受け部２７ａにロータ軸２６の支持軸部２６ｅが嵌合して該ロータ軸２６は回転保持される。２８はレバーであり、その一端に駆動ピン２８ｂが設けられる。レバー２８は穴部２８ａがロータ軸２６の出力軸部２６ｄに圧入等により固定され、一体で回転可能となる。その際、レバー２８に設けられる突起部２８ｃがマグネット２５の溝２５ｂ或いは溝２５ｃに嵌合することで、所定の位相で位置決め固定される。また、カバー２７には長穴部２７ｂ，２７ｃが設けられ、レバー２８の突起部２８ｃが長穴部２７ｂに挿入される。これにより、レバー２８はマグネット２５に固定された状態で、突起部２８ｃが長穴部２７ｂの端部に当接することで、マグネット２５の回転ストッパーの役割をはたす。すなわち、マグネット２５はレバー２８の突起部２８ｃが長穴部２７ｂの一端に当接する位置から他端に当接する位置まで回転可能となる。ここで、レバー２８の突起部２８ｃを挿入してストッパーとする長穴を長穴部２７ｂではなく、長穴部２７ｃにしてもかまわない。また、長穴部２７ｃはレバー２８を前記マグネット２５に固定する際の位相合わせ用冶具の挿入部として用いることも可能となっている。

上記のステータ２１、第１のコイル２２、第２のコイル２３、ボビン２４、マグネット２５、ロータ軸２６、カバー２７で駆動装置としてユニット化を可能としており、後からレバー２８を該駆動装置ユニットの出力軸部２６ｄに固定することが可能となるため、レバー２８の設計自由度が増す。例えば、出力軸部２６ｄに歯車を固定することも可能であるし、直接シャッタ羽根を固定することも可能となる。また、駆動装置を出力軸部２６ｄを貫通させた状態で地板の表面に固定し、レバー２８を地板の裏面から出力軸部２６ｄに固定することも可能となり、シャッタ装置トータルとしての厚みを薄くする構成にも向いている。

カバー２７の軸受け部２７ａ及びステータ２１の嵌合穴２１ｄはカバー２７がステータ２１及びボビン２４に固定された状態で、ロータ軸２６を回転嵌合保持するとともに該ロータ軸２６の軸方向の移動を所定範囲内に規制する。この状態で、ロータ軸２６に固定されたマグネット２５は、図９に示すように、その外周面が前記第１の外側磁極部２１ａ及び第２の外側磁極部２１ｂと所定の隙間を持つとともに、マグネット２５の軸方向一端が前記カバー２７の裏面と所定の隙間を保ち、かつ軸方向の他端が、第１のコイル２２及び第２のコイル２３と所定の隙間を保つ。よって、マグネット２５は第１のコイル２２及び第２のコイル２３と軸方向に隣接して配置されており、これら第１のコイル２２と第２のコイル２３とは軸方向に垂直な平面で隣接しているため、軸方向の長さの短い駆動装置とすることが可能となる。

本発明の実施例２に係る駆動装置の動作については実施例１と同様であるため、その説明は省略する。

ここで、上記実施例１及び実施例２における効果について、以下に改めてまとめて列挙する。

１）マグネット１の外周面に対して所定の隙間をもち、その外周面に所定の角度で対向するように配置される第１の外側磁極部と、該第１の外側磁極部とはマグネットの中心に対して１８０度位相がずれるとともに該マグネットの外周面に対して所定の隙間をもち、その外周面に所定の角度で対向するように配置される第２の外側磁極部とを、反対の極に励磁される構成にしている。

このように、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とがマグネットの中心に対して１８０度位相がずれて配置されているので、特許文献１にて提案されている駆動装置と比較して、回転バランスが良いとともに、マグネットを２極で構成できるので回転角度も大きくとれる駆動装置とすることができる。

２）第１のコイルの通電により発生する磁束と第２のコイルの通電により発生する磁束とが同時にマグネットに作用するので、１つのコイルの巻数を増やすことなく駆動装置トータルとしての倍の巻数が得られるため、外径を大きくすることなく軸方向長さを小型化したまま、高出力な駆動装置を提供できる。

３）マグネットの内周面に固定されたロータ軸を内側磁極部と呼ぶとすると、第１のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部と内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用し、同様に、第２のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部と内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際に、内側磁極部とマグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がないので、上記従来の特許文献１の構成の駆動装置に比べて外側磁極部と内側磁極部との距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ、駆動装置の出力を高めることが出来る。

４）第１の内側磁極部及び第２の内側磁極部をロータ軸で構成してあるので、上記特許文献１にて提案されている外側磁極部と内側磁極部とを接続或いは一体的に製造する場合に比べて容易に製造でき、コストが安くなる。

５）マグネットは内径部に前記ロータ軸が固定されるので、強度的に優れる。

６）第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とを同一部材で構成しているので、相互位置の誤差を小さく抑えることができるとともに、部品点数を少なく、構造が簡単な駆動装置を提供でき、コストダウンになる。

７）第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部を、ロータ軸の軸方向でかつ同一方向に延出した櫛歯状に形成したことにより、軸方向に垂直な方向の寸法を小型化できるとともに、コイルの組み付けが簡単な構造となる。

８）第１のコイルと第２のコイルを直列に配線する構成にしたり、あるいは、第１のコイルと第２のコイルを並列に配線する構成にすることにより、第１のコイル及び第２のコイルに通電するための回路が１つで済み、コストダウンになる。

９）第１のコイルと第２のコイルはそれぞれ第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とに組み付けた状態での巻線方向が異なるように構成したことにより、第１のコイル及び第２のコイルを通電することで第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とが反対の極に励磁されるようにできる。

以上から明らかなように、小型でかつ軸方向の長さが短く、低コストで高出力で回転角度を大きくとれる安定した駆動が可能な駆動装置を提供できる。また、該駆動装置をシャッタ装置等の光量調節装置やレンズ駆動装置に用いることにより、小型化、低コスト化、高出力化を達成しつつ、シャッタ羽根等やレンズ鏡筒などの作動角度を大きくとることができる。

（発明と実施例との対応）
上記実施例１において、図１、図３乃至図５のマグネット６が本発明のマグネットに相当し、図１乃至図５のロータ軸６が本発明のロータ軸に相当し、図１、図３乃至図５の第１のコイル２が本発明の第１のコイルに相当し、図１乃至図５の第１の外側磁極部１ａが本発明の第１の外側磁極部に相当し、図１、図３乃至図５の第２のコイル３が本発明の第２のコイルに相当し、図１、図３乃至図５の第２の外側磁極部１ｂが本発明の第２の外側磁極部に相当する。また、実施例２において、図７及び図９のマグネット２６が本発明のマグネットに相当し、図７乃至図９のロータ軸２６が本発明のロータ軸に相当し、図７及び図９の第１のコイル２２が本発明の第１のコイルに相当し、図７及び図９の第１の外側磁極部２１ａが本発明の第１の外側磁極部に相当し、図７及び図９の第２のコイル２３が本発明の第２のコイルに相当し、図７及び図９の第２の外側磁極部２１ｂが本発明の第２の外側磁極部に相当する。

以上が実施例１及び実施例２の各構成と本発明の各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、請求項で示した機能、又は実施例がもつ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても良いことは言うまでもない。

本発明は、一方から他方へ駆動される駆動部材の回転角度（作動角度）を大きくとり、かつその回転バランスの良好性が望まれる各種の装置への適用が可能である。

本発明の実施例１に係る駆動装置の分解斜視図である。図１の駆動装置の組み立て完成状態図である。図１の駆動装置のロータ軸方向に平行な面での断面図である。図１の駆動装置のマグネットとステータの位相関係を示す上面図である。図４の状態からコイル通電を切り換えてマグネットを回転させた状態を示す上面図である。図１の駆動装置を用いたシャッタ装置の分解斜視図である。本発明の実施例２に係る駆動装置の分解斜視図である。図７の駆動装置の組立完成状態図である。図７の駆動装置のロータ軸方向に平行な面での断面図である。従来の駆動装置の一構成例を示す分解斜視図である。図１０に示す駆動装置のロータ軸方向に平行な面での断面図である。

符号の説明

１，２１ステ−タ
１ａ，２１ａ第１の外側磁極部
１ｂ，２１ｂ第２の外側磁極部
２，２２第１のコイル
３，２３第２のコイル
４，２４ボビン
５，２５マグネット
６，２６ロータ軸
７，２７カバー
８，２８レバー

Claims

外周面が周方向に２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と、
軟磁性材料からなり、前記マグネットの内径部に固定されるロータ軸と、
前記マグネットの外周面に対して隙間をもち、前記マグネットの外周面に所定の角度で対向するように配置される第１の外側磁極部と、
内周に前記第１の外側磁極部が配置され、通電することで前記第１の外側磁極部を励磁する第１のコイルと、
前記マグネットの外周面に対して隙間をもち、前記マグネットの外周面に所定の角度で対向するように配置される第２の外側磁極部と、
内周に前記第２の外側磁極部が配置され、通電することで前記第２の外側磁極部を励磁する第２のコイルとを有し、
前記第１の外側磁極部および前記第２の外側磁極部は前記マグネットの中心に対して１８０度位相がずれるように配置され、
前記ロータ軸には、前記第１の外側磁極部に対向する部分に第１の内側磁極部が形成されるとともに、前記第２の外側磁極部に対向する部分に第２の内側磁極部が形成され、
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルへ通電する際に、前記第１の外側磁極部に励磁される極と前記第２の外側磁極部に励磁される極とを互いに異ならせることで、前記第１のコイルと前記第１の外側磁極部と前記第１の内側磁極部とで第１の磁気回路を形成し、前記第２のコイルと前記第２の外側磁極部と前記第２の内側磁極部とで第２の磁気回路を形成し、前記第１のコイルと前記第２のコイルと前記第１の外側磁極部と前記第１の内側磁極部と前記第２の内側磁極部と前記第２の外側磁極部とで第３の磁気回路を形成することを特徴とする駆動装置。
前記第１のコイルの巻線方向と前記第２のコイルの巻線方向とが互いに異なり、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルへ同一方向の通電を行うことで、前記第１の外側磁極部に励磁される極と前記第２の外側磁極部に励磁される極とを互いに異ならせることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが直列接続されていることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。