JP4759321B2 - ステッピングモータおよびこれを備えたレンズ鏡筒 - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモータに関し、さらに該ステッピングモータによって可動部材を駆動する装置に関するものである。

ステッピングモータは各種装置の可動部材の駆動源として用いられており、特に光学装置において位置制御精度が要求されるレンズ等の光学調節部材の駆動源として用いられている。

このようなステッピングモータにおいては、停止角度（回転位置）の精度の向上や、振動・騒音の低減を目的とした提案が種々なされている。

例えば、特許文献１には、モータ軸方向にて隣り合う第１相ステータと第２相ステータとの間および第１相ヨークと第２相ヨークの間に樹脂層を設けたステッピングモータが提案されている。このステッピングモータは、上記樹脂層を設けることで、ステータおよびヨークからの磁束漏れを低減し、停止角度精度の向上や振動・騒音の低減を図れるというものである。
特開２０００−１１６１０２号公報(段落００２９、図１等)

しかしながら、特許文献１にて提案のステッピングモータでは、樹脂層を追加したことによる磁束漏れの低減にのみ着目されており、モータのスペース効率に関してはなんら考慮されていない。これでは、モータの径方向サイズの小型化が図られないまま、モータ全長が伸び、結局モータが大型化するという問題がある。

また、図９および図１０に示すように、従来の一般的なステッピングモータでは、ステータ１２６を含むボビン上に設けられたコイル１２８に対して通電を行うための端子１２３およびこれを支持する端子台１２４が、モータの外周面を構成するヨーク１２７の外周面よりも突出している場合が多い。これにより、ステッピングモータが大型化するという問題がある。

さらに、従来のステッピングモータでは、ヨーク１２７に端子台１２４の面積より大きな開口部１２７ａを設け、該開口部１２７ａを通してコイル巻き線１２８ａを端子１２４に導いている。しかしながら、ヨークに大きな開口部を形成すると、モータの磁気効率が低下する要因となる。特に、ステッピングモータが小型化しても通電端子間の間隔は従来と同程度に維持される傾向にあるので、ステッピングモータが小型化されるほどヨーク全体に対する開口部の面積割合が大きくなり、磁気効率がさらに低下するおそれがある。

そこで、本発明は、磁気効率を向上させ、騒音や振動の発生を抑えることができ、さらに小型化にも適したステッピングモータを提供することを１つの目的としている。

本発明の一側面としてのステッピングモータは、マグネットロータと、それぞれ前記マグネットロータの外周に対向する複数の極部、およびモータ軸方向の両側において前記極部よりもモータ径方向の外方に延びる延出部を有し、モータ軸方向に配置された第１相ステータおよび第２相ステータと、それぞれ前記第１相ステータおよび前記第２相ステータの前記延出部の間に配置された第１相コイルおよび第２相コイルと、前記第１相ステータおよび第１相コイルを覆うように配置された第１相ヨークと、前記第２相ステータおよび第２相コイルを覆うように配置された第２相ヨークとを有し、前記モータ軸方向から見た場合、前記第１相ヨークおよび第２相ヨークはそれぞれ、前記第１の延出部および前記第２の延出部に対して全周にわたって当接しており、前記第１相ステータにおける前記第２相ステータに近い側の前記延出部である第１の延出部および前記第２相ステータにおける前記第１相ステータに近い側の前記延出部である第２の延出部にそれぞれ、モータ軸方向に貫通する開口部が形成されており、前記第１相ステータおよび第２相ステータにおいて、前記極部は前記延出部の内周部分を折り曲げて形成されており、前記開口部は、前記極部の間に形成されており、前記第１相コイルおよび第２相コイルの巻き線又は前記巻き線に接続された端子が前記開口部を通ってモータ外周に延びていることを特徴とする。

本発明によれば、ステータに形成された開口部を通してコイル巻き線又は端子をモータ外周に導くため、ヨークにコイル巻き線又は端子を通すための開口部を形成する必要がなくなり、ヨークによってステータおよびコイルの外周空間を閉じることができる。したがって、ステッピングモータの磁気効率を向上させることができる。この結果、ステッピングモータにおいて発生する振動や騒音を低減することができる。また、磁気効率を低下させることなくステッピングモータのより小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図1には、本発明の実施例１であるステッピングモータの断面を示している。また、図２には、該ステッピングモータを端子方向から見た外観を示している。さらに、図３には、該ステッピングモータを構成するＢ相側のステータ、ボビン、コイルおよびヨークの斜視断面を示している。

これらの図において、２５Ａ，２５Ｂはそれぞれ、Ａ相マグネットロータ(第１相マグネットロータ)およびＢ相マグネットロータ(第２相マグネットロータ)であり、これらの外周面には周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。これらＡ相マグネットロータ２５ＡおよびＢ相マグネットロータ２５Ｂは、不図示の軸受けによって回転可能に支持されたステッピングモータの出力軸３１に一体的に固定されている。なお、本実施例では、Ａ相マグネットロータ２５ＡとＢ相マグネットロータ２５Ｂとが出力軸３１の軸方向（以下、モータ軸方向という）に離れて配置されている場合について説明するが、一体のマグネットロータ上にＡ相(第１相)の領域とＢ相(第２相)の領域を有するように形成してもよい。

また、２６Ａ，２６Ｂはそれぞれ、Ａ相マグネットロータ２５ＡおよびＢ相マグネットロータ２５Ｂの外周面に対向する極（ポール）部２６Ａ１，２６Ｂ１を有するＡ相ステータ(第１相ステータ)２６ＡおよびＢ相ステータ(第２相ステータ)２６Ｂである。これらＡ相ステータ２６ＡおよびＢ相ステータ２６Ｂは、モータ軸方向の両側(両端)に、極部２６Ａ１，２６Ｂ１よりも該ステッピングモータの径方向（以下、モータ径方向という）の外方まで延びるように形成されたフランジ部（延出部）２６Ａ２，２６Ｂ２を有する。

図４には、Ａ相ステータ２６Ａを構成する部材をモータ軸方向から見た図を示している。該部材は、円板上の素材から周方向等間隔で扇形状を打ち抜き、残った複数の略Ｖ形状を有する部分２６Ａ１′を径方向中間部でモータ軸方向に折り曲げて作られる。この折り曲げた部分(内周部分)が極部２６Ａ１になり、もともとの円板からそのまま残った円環状の部分がフランジ部２６Ａ２となる。なお、扇形状を打ち抜き部は、極部２６Ａ１の折り曲げに必要な逃げ部を形成する。そして、該扇形状を打ち抜いてできた周方向にて隣り合う極部２６Ａ１の間の開口（図中でハッチングした部分）は、フランジ部２６Ａ１をモータ軸方向に貫通する開口部２６Ａ３となる。

こうして作成された部材は、図３に示すようにモータ軸方向に２つ、それぞれのフランジ部２６Ａ２がモータ軸方向外側に位置するように配置される。そして、一方のＡ相ステータ２６Ａの極部２６Ａ１の位相が他方のＡ相ステータ２６Ａの隣り合う極部２６Ａ１の間の領域に対応するように周方向の位置関係が設定される。

こうして２つの部材が組み合わされて構成されたＡ相ステータ２６Ａは、極部２６Ａ１の外周面と周方向およびモータ軸方向の端面が円筒形状の樹脂２９で覆われることによって（インサート成型されることによって）保持され、該樹脂２９とともにボビンユニットを構成する。極部２６Ａ１の内周面は、円筒状樹脂２９の内周面と略同一面を構成するように露出している。なお、Ｂ相ステータ２６Ｂおよびこれを含むボビンユニットも同様にして作成される。

このように作成されたＡ相ボビンユニットおよびＢ相ボビンユニットは、図１に示すように、モータ軸方向に所定の間隔をあけて並べられる。Ａ相ボビンユニットおよびＢ相ボビンユニットの円筒部の外周上にはそれぞれ、周方向複数箇所にＡ相コイル(第１相コイル)２８ＡおよびＢ相コイル(第２相コイル)２８Ｂが配置される（但し、図２には、簡単のため複数のコイルが全周にわたって繋がっているように記載されている）。

Ａ相コイル２８ＡおよびＢ相コイル２８Ｂに所定の位相差を持ったパルス信号を印加することにより、Ａ相コイル２８ＡおよびＢ相コイル２８Ｂにて発生する磁界がそれぞれ、Ａ相およびＢ相ステータ２６Ａ，２６Ｂを介してＡ相およびＢ相マグネットロータ２５Ａ，２５Ｂの磁界と相互に作用して間欠的な回転力が生まれる。これにより、Ａ相およびＢ相マグネットロータ２５Ａ，２５Ｂが固定された出力軸３１が回転する。その回転方向切換えおよび回転停止制御は、パルス信号の制御を通じて行われる。

２７Ａは、Ａ相ステータ２６ＡおよびＡ相コイル２８Ａの外周を覆うように配置されたＡ相ヨーク(第１相ヨーク)である。Ａ相ヨーク２７Ａは、円筒部２７Ａ１と該円筒部２７Ａ１の底部に相当する円環部２７Ａ２とを有し、円筒部２７Ａ１はＡ相ステータ２６Ａの２つのフランジ部２６Ａ２の外周全体にわたって当接している（図４参照）。すなわち、Ａ相ヨーク２７Ａは、Ａ相ステータ２６ＡおよびＡ相コイル２８Ａの外周空間（以下、Ａ相外周領域という）を閉じるように組み付けられている。

また、２７Ｂは、Ｂ相ステータ２６ＢおよびＢ相コイル２８Ｂの外周を覆うように配置されたＢ相ヨーク(第２相ヨーク)である。Ｂ相ヨーク２７Ｂは、Ａ相ヨーク２７Ａと同様に、円筒部２７Ｂ１と円環部２７Ｂ２とを有し、円筒部２７Ｂ１はＢ相ステータ２６Ｂの２つのフランジ部２６Ｂ２の外周に当接している。すなわち、Ｂ相ヨーク２７Ｂは、Ｂ相ステータ２６ＢおよびＢ相コイル２８Ｂの外周空間（以下、Ｂ相外周空間）を閉じるように組み付けられている。

ここで、上記Ａ相およびＢ相外周空間を閉じるように配置されたＡ相ヨーク２７ＡとＢ相ヨーク２７Ｂには、Ａ相コイル２８ＡおよびＢ相コイル２８Ｂの巻き線又は該巻き線に接続された端子をステッピングモータの外周に導くための開口は形成されていない。

その代わりに、本実施例では、Ｌ字形状を有するＡ相端子２３Ａを、Ａ相ヨーク２７Ａの内側であってＡ相コイル２８Ａの近傍から、Ａ相ステータ２６ＡにおけるＢ相ステータ２６Ｂに近い側のフランジ部（第１の延出部：以下、Ａ相フランジ部という）２６Ａ２に形成された開口部２６Ａ３を通し、さらにＡ相フランジ部２６Ａ２とＢ相ステータ２６ＢにおけるＡ相ステータ２６Ａに近い側のフランジ部（第２の延出部：以下、Ｂ相フランジ部という）２６Ｂ２の間を通してステッピングモータの外周に導いている。このＡ相端子２３ＡのＡ相コイル２８Ａ側の端部には、該Ａ相コイル２８Ａの巻き線の端部２８Ａａが接続されている。

一方、Ｌ字形状を有するＢ相端子２３Ａも、Ｂ相ヨーク２７Ｂの内側であってＢ相コイル２８Ｂの近傍から、Ｂ相フランジ部２６Ｂ２に形成された開口部２６Ｂ３を通し、さらにＢ相フランジ部２６Ｂ２とＡ相フランジ部２６Ａ２の間を通してステッピングモータの外周に導いている。Ｂ相端子２３ＢのＢ相コイル２８Ｂ側の端部には、該Ｂ相コイル２８Ｂの巻き線の端部２８Ｂａが接続されている。

このように端子２３Ａ，２３Ｂを配置することによって、前述したようにＡ相ヨーク２７ＡとＢ相ヨーク２７Ｂに開口部を形成する必要がなくなり、該Ａ相ヨーク２７ＡとＢ相ヨーク２７ＢによってＡ相およびＢ相の外周空間を閉じることができる。したがって、該開口部がヨークに設けられている場合に比べて、ステッピングモータの磁気効率を向上させることができる。この結果、ステッピングモータの磁気効率を低下させることなく、ステッピングモータのより小型化を図ることもできる。さらに、ステッピングモータにて発生する振動や騒音を低減することもできる。

さらに、本実施例では、Ａ相フランジ部２６Ａ２とＢ相フランジ部２６Ｂ２との間に、非磁性物質３０を配置している。該非磁性物質３０により、Ａ相およびＢ相端子２３Ａ，２３Ｂを保持している。

また、Ａ相ステータ２６ＡにおけるＢ相ステータ２６Ｂから遠い側のフランジ部(第３の延出部)２６Ａ２とＡ相ヨーク２７Ａの円環部２７Ａ２との間およびＢ相ステータ２６ＢにおけるＡ相ステータ２６Ａから遠い側のフランジ部(第４の延出部)２６Ｂ２とＢ相ヨーク２７Ｂの円環部２７Ｂ２との間にも、非磁性物質３０を配置している。

ここで用いられる非磁性物質３０としては、樹脂（例えば、液晶ポリマー〈Liquid Crystal Polymer，ＬＣＰ〉）、金属（例えば、ステンレス）、非金属（例えば、ゴム）などがある。

これにより、隣接する部材間での磁気漏れや磁気干渉を緩和することができ、磁気効率をより向上させることができる。そして、この結果、ステッピングモータにて発生する振動や騒音をより低減することができる。但し、このような非磁性物質３０を設けなくてもよい。

なお、本実施例では、ヨーク内でコイル巻き線の端部が接続された端子を、ステータのフランジ部に形成された開口部を通してステッピングモータの外周に延ばす構成について説明したが、コイル巻き線の端部を上記開口部を通してステッピングモータの外周に延ばし、直接基板（フレキシブル基板等）に接続する構成（いわゆる端子レス構造）を採用することも可能である。

また、本実施例では、ステータのフランジ部における極部の間に該極部の曲げ形成のために加工した開口部に端子（又はコイル巻き線の端部）を通す場合について説明したが、このような開口部とは全く別に、端子（又はコイル巻き線の端部）を通すための専用の貫通開口部を形成してもよい。

また、本実施例では、２相のステッピングモータについて説明したが、本発明は３相以上のステッピングモータにも適用できる。

図５には、本発明の実施例２であるビデオカメラ（撮像装置）におけるレンズ鏡筒部の構成を示している。このビデオカメラでは、レンズ駆動源として、実施例１に示したステッピングモータが使用される。

図５において、物体側（図の左側）から像側に順に、１１１は固定された前玉レンズ、１１２は光学素子としての変倍レンズ、１１７はＩＧメータ（絞り）、１１３はアフォーカルレンズ、１１４は光学素子としてのフォーカスレンズである。また、１１５は前玉レンズ１１１を保持する固定鏡筒である。

ステッピングモータＳＭ１，ＳＭ２は、モータ保持板１０２を介して固定鏡筒１１５の後端部に取り付けられたリレーホルダー１２０にビスにより固定されている。

１１６は変倍レンズ１１２を保持するズーム移動枠であり、１１９はフォーカスレンズ１１４を保持するフォーカス移動枠である。これら移動枠１１６，１１９はそれぞれラック１１６ａ，１１９ａを有する。ズーム移動枠１１６に設けられたラック１１６ａは、ステッピングモータＳＭ１の出力軸１０８の送りねじ部に係合している。また、フォーカス移動枠１１９に設けられたラック１１９ａは、ステッピングモータＳＭ２の出力軸１０８の送りねじ部に係合している。このため、各ステッピングモータが作動して出力軸１０８が回転すると、各移動枠１１６，１１９およびこれらに保持されたレンズ１１２，１１４が光軸方向に移動する。

図６および図７には、ステッピングモータＳＭ２とこれにより駆動されるフォーカス移動枠１１９のより詳しい構成を示している。

フォーカスレンズ１１４を保持するフォーカス移動枠１１９のＵ溝ガイド部２１２には、光軸方向に延びるガイドバー２１３が係合している。また、フォーカス移動環１１９に設けられたスリーブ部２１４には、ガイドバー２１３と平行に延びるガイドバー２１５が係合している。これにより、フォーカス移動環１１９は、回動が制限されながら光軸方向にガイドされる。

また、フォーカス移動環１１９には、一対のアーム部１１９ｆ，１１９ｇが平行に延びるように設けられている。該アーム部１１９ｆ，１１９ｇの先端にはそれぞれ、係合穴１１９ｈおよび係合溝１１９ｉが形成されている。なお、アーム部１１９ｇの内側には、傾斜面１１９ｊが形成されている。

係合穴１１９ｈおよび係合溝１１９ｉにはそれぞれ、ラック歯１１９ｅを有するラック１１９ａに設けられた軸部１１９ｂ，１１９ｃが係合している。これにより、ラック１１９ａはアーム部１１９ｆ，１１９ｇによって光軸に対して直交する方向に回動可能に保持される。また、ラック１１９ａの軸部１１９ｂ，１１９ｃ側には蓋部１１９ｄが形成されている。

一方、ステッピングモータＳＭ２の出力軸１０８には送りねじ１０８ａが形成されており、該送りねじ１０８ａには、ラック１１９ａのラック歯１１９ｅが噛み合っている。

また、図８に示すように、ラック１１９ａには押さえ部１１９ｋが一体に設けられており、この押さえ部１１９ｋには、山形状の凸部１１９ｍが設けられている。この凸部１１９ｍは、ラック歯１１９ｅの送りねじ１０８ａからの外れを防止している。

また、ラック１１９ａとアーム部１１９ｇとの間には、弾性部材としてのコイルスプリング２２２が配置されており、その付勢力によりラック１１９ａとフォーカス移動枠１１９の光軸方向のがたが取り除かれている。このとき、コイルスプリング２２２の腕部２２２ａは、アーム部１１９ｇに形成された傾斜面１１９ｊに当接する。これにより、コイルスプリング２２２の付勢力が効率的にラック１１９ａに伝わる。そして、ラック１１９ａとコイルスプリング２２２とが一体的に回転する際には、傾斜面１１９ｊの傾斜に逆らう方向には重く、傾斜に順ずる方向には軽く回転する。

ステッピングモータＳＭ２の駆動によってその出力軸１０８が回転すると、送りねじ１０８ａと噛合しているラック１１９ａが光軸方向に移動し、それに伴ってフォーカス移動環１１がガイドバー１３，１５によって回転制限およびガイドを受けながら光軸方向に移動する。

なお、本実施例では、撮像装置のレンズ駆動源としてステッピングモータを用いた場合について説明したが、本発明のステッピングモータは、このような撮像装置に限らず、様々な装置において光学調節部材等の可動部材を駆動する駆動源として用いることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の実施例１であるステッピングモータの断面図。 実施例１のステッピングモータの平面図。 実施例１のステッピングモータにおけるＡ相の斜視断面図。 実施例１のステッピングモータにおけるＡ相ステータの正面図。 本発明の実施例２である撮像装置のレンズ鏡筒部の断面図。 実施例２のレンズ鏡筒部におけるフォーカス駆動機構の分解斜視図。 実施例２のフォーカス駆動機構の側面図。 実施例２のフォーカス駆動機構の部分拡大図。 従来のステッピングモータの断面図。 従来のステッピングモータの平面図。

符号の説明

２３Ａ，２３Ｂ Ａ相，Ｂ相端子
２５Ａ，２５Ｂ Ａ相，Ｂ相マグネットロータ
２６Ａ，２６Ｂ Ａ相，Ｂ相ステータ
２６Ａ１，２６Ｂ１ 極部
２６Ａ２，２６Ｂ２ フランジ部
２６Ａ３，２６Ｂ３ 開口部
２７Ａ，２７Ｂ Ａ相，Ｂ相ヨーク
２８Ａ，２８Ｂ Ａ相，Ｂ相コイル
３１ 出力軸

Claims (5)

1. マグネットロータと、
   それぞれ前記マグネットロータの外周に対向する複数の極部、およびモータ軸方向の両側において前記極部よりもモータ径方向の外方に延びる延出部を有し、モータ軸方向に配置された第１相ステータおよび第２相ステータと、
   それぞれ前記第１相ステータおよび前記第２相ステータの前記延出部の間に配置された第１相コイルおよび第２相コイルと、
   前記第１相ステータおよび第１相コイルを覆うように配置された第１相ヨークと、
   前記第２相ステータおよび第２相コイルを覆うように配置された第２相ヨークとを有し、
   前記モータ軸方向から見た場合、前記第１相ヨークおよび第２相ヨークはそれぞれ、前記第１の延出部および前記第２の延出部に対して全周にわたって当接しており、
   前記第１相ステータにおける前記第２相ステータに近い側の前記延出部である第１の延出部および前記第２相ステータにおける前記第１相ステータに近い側の前記延出部である第２の延出部にそれぞれ、モータ軸方向に貫通する開口部が形成されており、
   前記第１相ステータおよび第２相ステータにおいて、前記極部は前記延出部の内周部分を折り曲げて形成されており、前記開口部は、前記極部の間に形成されており、
   前記第１相コイルおよび第２相コイルの巻き線又は前記巻き線に接続された端子が前記開口部を通ってモータ外周に延びていることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記第１相ヨークと前記第２相ヨークはそれぞれ、前記ステータおよびコイルの外周空間を閉じるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 前記第１の延出部と前記第２の延出部との間に、非磁性物質を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のステッピングモータ。
4. 前記第１相ステータにおける前記第２相ステータから遠い側の前記延出部である第３の延出部と前記第１相ヨークの円環部との間、及び前記第２相ステータにおける前記第１相ステータから遠い側の前記延出部である第４の延出部と前記第２相ヨークの円環部との間に、非磁性物質を配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のステッピングモータ。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載のステッピングモータと、
   前記ステッピングモータにより駆動される光学調節部材とを有することを特徴とするレンズ鏡筒。