JP5110809B2 - 電動モータ及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話器などの電子機器の駆動源などに用いるステッピングモータやブラシレスモータなどの電動モータ、及び、該電動モータを備えた電子機器に関する。

ステッピングモータやブラシレスモータなどの電動モータは、従来から、様々な電子機器で駆動源などとして搭載されている。例えば、ステッピングモータは、デジタル制御系との整合性に優れており、最近ではデジタルカメラやカメラ付き携帯電話器等の電子機器において、フォーカスやズーム等のレンズ駆動などを行う駆動源として頻繁に利用されている。近年、電子機器に搭載される電動モータは、電子機器の小型化、精密化に伴って、小型化及び信頼性のさらなる向上が図られてきている。

例えば、ステッピングモータを例にとれば、回転軸を有するロータと、ロータを収装するステータと、ステータに設けられた軸受フレーム部に固定され、ロータの回転軸を回転自在に軸支する軸受とを備え、軸受とロータとの間にスライダが設けられているものなどが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このステッピングモータでは、スライダとして、軸受フレーム部に当接する突出部を有するワッシャを使用することで、回転に伴って発生する摩擦負荷の低減及びロータの損耗を防止するとともに、スラストガタの発生を抑制することができるとされている。

また、他の例としては、ロータが、円筒状のマグネットと、このマグネットと回転軸とを結合する熱硬化性樹脂からなる成形部材とで構成されて、端面には、マグネット及び成形部材と一体成形される耐熱性の摺動材が設けられているステッピングモータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このステッピングモータでは、摺動材がロータの成形部材に一体成形されていることで、上記スライダとして機能しつつ、成形時における樹脂バリの低減を図ることができるとされている。
特開２０００−４５７０号公報 特開２００２−１９９６７１号公報

しかしながら、特許文献１によれば、スライダとして機能するのに必要な部材寸法を確保するため、軸受とロータとの間にはそれに対応するスペースが必要であった。このため、回転軸の軸線方向に、電動モータ全体の小型化を図るのには限界があった。軸線方向の小型化を図るにはスライダや軸受けの部材寸法を小さくすることも考えられるが、強度の低下による耐久性の低下や、落下などの衝撃時における回転軸からの脱落などのおそれがあり、部材寸法の縮小には限界があった。また、部材寸法を縮小すれば、加工可能な材質が限定されてしまい、材料コスト、加工コストが増大してしまう。

また、上記のようにスライダを設けるスペースが必要であるが故に、ステータに対してロータの軸線方向の寸法は小さくなってしまう。このため、ステータが形成する磁界によってロータにトルクを効率的に作用させることができない。特に、上記のようにスライダの部材寸法の縮小化には限界があるため、電動モータ全体が小型になるほど、ステータに対するロータの軸線方向の寸法の比率が小さくなってしまい、より非効率なものとなってしまう問題があった。

また、特許文献２によれば、スライダは、ロータを構成するマグネット及び成形部材と一体となって回転しまう。このため、スライダとして、軸受とロータとの間に発生する摩擦負荷を低減させる効果が減退してしまう。さらに、摩擦負荷によるトルクの減少を防止するために、軸受は、スライダの周囲に露出する成形部材と接触しないように、スライダの径寸法よりも小さくする必要があり、スライダは軸受全体に接触してしまう。このため、上記構成においては効率的に摩擦負荷の低減を図ることができなかった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、スライダによって摩擦負荷の増大を防止しつつ、ステータよってロータにトルクを効率的に作用させるとともに、軸線方向における装置全体の小型化を図ることが可能な電動モータを提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、略円筒状のロータと、該ロータの回転中心に設けられた回転軸と、前記ロータの外周部を覆うとともに、磁界を形成して前記ロータに前記回転軸回りのトルクを作用させることが可能なヨークを有するステータと、該ステータに支持部材によって固定されるとともに、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、該軸受と前記ロータの端部との間に介装される略板状のスライダとを備え、前記ロータの前記端部には、前記回転軸の軸線方向で前記スライダの少なくとも一部を、前記回転軸回りに摺動可能に収容する第１の凹部が形成されていることを特徴としている。

この発明に係る電動モータによれば、ロータと軸受との間に摺動可能にスライダが介装されていることで、摩擦負荷を低減させてロータを回転させることができる。また、スライダが第１の収容凹部に収容されていることで、第１の収容凹部の寸法に応じて、スライダとして軸線方向に必要な部材寸法を確保するとともに、軸受とロータの端部との間のスペースを最小限の大きさとすることができる。このため、ステータのヨークが形成する磁界によってトルクをロータに効率的に作用させることができ、また、装置全体の軸線方向の寸法を最小限の大きさにすることができる。

また、上記の電動モータにおいて、前記第１の凹部の底部に形成され、該第１の凹部に収容された前記スライダと前記ロータとの間に空間を形成する第２の凹部を備えることがより好ましいとされている。

この発明に係る電動モータによれば、第２の凹部によって、第１の凹部に収容されたスライダとロータとの間に空間が形成されている。このため、スライダとロータの接触面積を減少させることができるとともに、スライダとロータとを円滑に摺動可能とするための潤滑油溜りとして機能し、摩擦負荷をより低減させることができる。また、ロータと回転軸とを接着固定した場合には、仮に接着剤がロータの端部側に漏洩したとしても第２の凹部に収容されるため、スライダとの間に介在してしまいスラストガタが発生してしまうのを防ぐことができる。さらには、ロータ全体の慣性モーメントを小さくすることができるので、ステータによって作用するトルクにより、より効率的にモータトルクを出力することができる。

また、上記の電動モータにおいて、前記ロータの端部には、前記軸線方向で前記軸受の少なくとも一部を、隙間を有して収容する第３の凹部が形成され、前記第１の凹部は、該第３の凹部の底部に形成されていることがより好ましいとされている。

この発明に係る電動モータによれば、軸受の一部が第３の凹部に収容されていることで、軸受とスライダとは第３の凹部の内部で接触している。このため、ロータの軸線方向の寸法を軸受及びスライダの部材寸法に制限を受けることが無く決定することができる。すなわち、実質的に軸受とロータの端部との間のスライダを設けるためのスペースが無くなり、さらには、軸受を支持する支持部材とロータの端部との間のクリアランスも可能な限り小さなものとすることができる。また、軸受が支持部材よりも軸線方向外側へ突出してしまうことも無い。このため、軸線方向における装置全体の小型化をより図るとともに、ロータにより効率的にトルクを作用させることができる。また、ロータの慣性モーメントをより小さくすることができ、より効率的に回転させることができる。

また、上記の電動モータにおいて、前記第１の凹部には、前記スライダが前記軸線方向に複数収容されていることがより好ましいとされている。
この発明に係る電動モータによれば、各スライダは、軸受とロータとの間でそれぞれ独立して回転軸回りに摺動することとなる。このため、摩擦負荷をより低減させることができるとともに、スライダ、軸受、ロータ間でのスティックスリップの発生を抑えられ、トルクのばらつきの低減だけでなく、停止位置の誤差の低減にも繋がる。なお、これらのスライダは、第１の凹部に収容されていることで、スライダを複数とすることによって、軸線方向に大型化してしまうことが無い。

また、上記の電動モータにおいて、前記ロータは、強磁性材料で形成され、前記外周部に円周方向に多極磁化された磁石を有し、前記ロータと前記ステータとによって前記ロータを断続的に回転させることが可能なステッピングモータであることがより好ましいとされている。
この発明に係る電動モータによれば、効率的にトルクをロータに作用させてモータトルクの増大を図ることができるので、小型で高出力のステッピングモータを実現することができる。また、ロータの磁石が円周方向に多極磁化された磁石であることで、磁束強度を増大させてモータトルクの増大をより図ることができる。

また、上記の電動モータにおいて、前記ロータの前記磁石は、前記外周部を囲むように前記円周方向にのみ磁極の異なる着磁ヨークを交互に配列して着磁することで多極磁化されていることがより好ましいとされている。

この発明に係る電動モータによれば、ロータの磁石は、外周部を囲むように磁極の異なる着磁ヨークを交互に配列して着磁されていて、ロータの内側に着磁ヨークを配置して着磁する必要が無い。このため、ロータの内部に着磁ヨークを設けるためのスペースを必要とせず、ロータの径方向の小型化を図ることができる。また、外周部のみの配置とすることで、多数の着磁ヨークが配置可能となり、多数の磁極を形成してより高分解能の出力を得ることができる。さらに、ロータの内、磁化されるのは外周部で、中心部分は磁化されない。このため、第１の凹部を形成したとしてもロータの磁力が低下してしまうことが無い。

また、上記の電動モータにおいて、前記ステータには、前記ヨークが前記軸線方向に複数配列して設けられていることがより好ましいとされている。
この発明に係る電動モータによれば、複数のヨークによってより高分解能の出力を得ることができる。

また、上記の電動モータにおいて、前記ステータの前記ヨークは、前記軸線方向に配設されて磁界を形成可能な磁極歯が前記円周方向に複数配列して構成され、前記ロータは、少なくとも前記磁極歯が前記軸線方向に配設された範囲で、該磁極歯と対向して設けられていることがより好ましいとされている。

この発明に係る電動モータによれば、ロータが、磁極歯を軸線方向に配設した範囲で設けられていることで、ヨークの磁極歯が形成する磁界によって効率的にロータにトルクを作用させることができる。また、ステータを複数のヨークで構成した場合には、ロータの端部側に配置されたヨークにおいても磁極歯を配設した範囲にロータが設けられていることで、いずれのヨークによっても均一にトルクを作用させることができる。このため、ディテントトルクを低減させることができ、モータトルクの増大、低振動、低騒音化を図ることができる。

また、上記の電動モータにおいて、前記ロータは、前記ヨークが設けられた前記軸線方向の範囲で該ヨークと対向して設けられていることがより好ましいとされている。
この発明に係る電動モータによれば、ロータが、ヨークを軸線方向に設けた範囲で設けられていることで、より効率的にロータにトルクを作用させることができる。また、ステータを複数のヨークで構成した場合は、ディテントトルクをより低減させることができ、モータトルクの増大、低振動、低騒音化をさらに図ることができる。

また、本発明の電子機器は、上記の電動モータを備えることを特徴している。
この発明に係る電子機器によれば、上記の電動モータを備えることにより、小型化を図ることができるとともに、高出力で電子機器を駆動させることができる。

また、本発明の電子機器は、上記の電動モータと、光軸に沿って移動可能に配設されたレンズ体と、前記電動モータの前記ロータの回転に伴って前記レンズ体を前記光軸に沿って移動させるレンズ駆動手段と、前記光軸上に配設された撮像素子とを有するカメラモジュールを備えることを特徴としている。

この発明に係る電子機器によれば、ロータを回転させると、レンズ駆動手段が作動してレンズ体を光軸に沿って自在に移動させる。これにより、光軸上に配された撮像素子と、レンズ体との距離を任意に調整することができる。これにより、フォーカスやズーム等を行いながら、撮像をすることができる。特に、上記の電動モータを備えることで、高出力化及び装置全体の小型化を図ることができる。さらに、ステータを複数のヨークで構成した場合は、高分解能の出力を得ることができるとともに、ディテントトルクをより低減させることができる。このため、フォーカスやズームなどをより静かで滑らかに、かつ、高出力で動作させることができる。

本発明の電気モータによれば、ロータに第１の凹部が形成されていることで、摩擦負荷の増大を防止しつつ、ステータよってロータにトルクを効率的に作用させるとともに、軸線方向における装置全体の小型化を図ることができる。
また、本発明の電子機器によれば、上記の電気モータを備えることで、機器全体の小型化を図るとともに、高出力で効率的に駆動することができる。

（第１の実施形態）
図１及び図５は、この発明に係る第１の実施形態を示している。図１に示すように、本実施形態の電子機器であるカメラ付き携帯電話器１００は、駆動源として電動モータであるステッピングモータ１と、光軸Ｌ１に沿って移動可能に配設されたレンズ体１０１、ステッピングモータ１の後述するロータ３の回転に伴って、レンズ体１０１を光軸Ｌ１に沿って移動させるレンズ駆動手段１０２、及び、光軸Ｌ１上に配設された撮像素子１０３を有するカメラモジュール１０４とを備えている。また、これらの各機構及び部材は、ケーシング１１１によって内部に収容されている。ステッピングモータ１は、断続的に回転駆動可能なモータであり、ケーシング１１１に固定された第１の支持部材１１２及び第２の支持部材１１３によって固定されている。なお、ステッピングモータ１の内部構造の詳細については後述する。

ケーシング１１１の裏面には、図示しない制御部、モータドライバ及び信号処理部や撮像素子１０３が実装された回路基板１１４が取り付けられている。撮像素子１０３は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の半導体デバイスであり、第１の支持部材１１２の凹部１１２ａに収容されている。また、制御部は、ＣＰＵやメモリ等を有しており、撮像素子１０３の動作を制御するとともにカメラモジュール１０４全般を総合的に制御している。モータドライバは、ステッピングモータ１の後述する各励磁コイル２２の巻線端末にそれぞれ電流を供給している。信号処理部は、撮像素子１０３から出力された信号を処理して制御部に出力している。

また、撮像素子１０３の上方には、レンズ体１０１が配置されている。このレンズ体１０１は、円筒状のレンズホルダ部１１５と、レンズホルダ部１１５の内周面に固定された１つまたは複数のレンズＲとで構成されている。撮像素子１０３は、これらレンズＲの光軸Ｌ１上に配設されるように、設置位置が調整されている。さらに、ケーシング１１１においてレンズＲ及び撮像素子１０３と対向して、レンズＲの光軸Ｌ１上に位置する箇所に、採光孔１１１ａが形成されている。

また、レンズホルダ部１１５の外周には、光軸Ｌ１を間に挟んで、互いに対向するように一対の張出部材１１６、１１７が設けられている。これら一対の張出部材１１６、１１７には、一対のガイド軸１１８、１１９が挿通可能な貫通孔や溝等のガイド孔１１６ａ、１１７ａがそれぞれ形成されている。この一対のガイド軸１１８、１１９は、例えば、丸棒であり、レンズ体１０１を間に挟む位置で光軸Ｌ１と平行に配設されていて、両端が第１の支持部材１１２及び第２の支持部材１１３によって固定されている。すなわち、レンズ体１０１は、一対のガイド軸１１８、１１９によって支持された状態でケーシング１１１の内部空間に内蔵され、撮像素子１０３と採光孔１１１ａとの間に配置されている。そして、一対のガイド軸１１８、１１９は、一対のガイド孔１１６ａ、１１７ａで摺動自在に設定されている。これにより、複数のレンズＲは、一対のガイド軸１１８、１１９に沿って光軸Ｌ１方向に移動可能とされている。

また、一対の張出部材１１６、１１７のうち、一方の張出部材１１６は、レンズ体１０１から離間する方向に延びるように形成されており、その先端に送りねじ軸１２０のねじ部１２０ａに螺合するナット部１１６ｂを有している。この送りねじ軸１２０は、一対のガイド軸１１８、１１９のうち、一方のガイド軸１１８に隣接する位置において、同様に光軸Ｌ１に平行となるように配設されている。また、この送りねじ軸１２０の両端は、第１の支持部材１１２及び第２の支持部材１１３にそれぞれ回転可能に固定されている。これにより、送りねじ軸１２０は、光軸Ｌ１と平行な軸線Ｌ２回りに回転することが可能である。

また、送りねじ軸１２０の第１の支持部材１１２側には、送りねじ軸１２０に外嵌されて一体となって回転可能な被動歯車１２０ｂが設けられているとともに、被動歯車１２０ｂよりも第２の支持部材１１３側の部分で、外周面にネジ溝を有するねじ部１２０ａが形成されている。そして、上述したように、このねじ部１２０ａに一方の張出部材１１６のナット部１１６ｂが螺合されている。この際、レンズ体１０１は、一対のガイド軸１１８、１１９によって支持されているので、送りねじ軸１２０を軸線Ｌ２回りに回転させたときに、ナット部１１６ｂは送りねじ軸１２０につられて回転することなく軸線Ｌ２方向に移動することが可能であり、すなわち、送りねじ軸１２０の回転運動を、レンズＲの直線運動に変換することが可能である。

また、送りねじ軸１２０の被動歯車１２０ｂは、伝動機構１２１を介してステッピングモータ１の回転軸４に連結されており、回転軸４の回転に伴って軸線Ｌ２回りに回転することが可能である。具体的に説明すると、伝動機構１２１は、ステッピングモータ１の回転軸４とともに回転可能に外嵌された駆動歯車１２２と、中間歯車１２３とを備えている。中間歯車１２３は、第１の支持部材１１２及び第２の支持部材１１３に回転可能に支持された軸部材１２３ａと、軸部材１２３ａに外嵌されて同軸に回転可能な入力歯車１２３ｂ及び出力歯車１２３ｃとを備える。入力歯車１２３ｂには、駆動歯車１２２が噛合されている。また、出力歯車１２３ｂは、送りねじ軸１２０の被動歯車１２０ｂと噛合されている。出力歯車１２３ｂは、入力歯車１２３ａと比べて外径が小さく、また、歯数が少なく設定されている。これにより、ステッピングモータ１の回転軸４の回転力は、中間歯車１２３の入力歯車１２３ａ及び出力歯車１２３ｂによって減速された後、送りねじ軸１２０に伝達されるようになっている。なお、中間歯車をさらに複数設けて複数段で減速を行う構成としても良い。そして、ナット部１１６ｂ、送りねじ軸１２０及び伝動機構１２１によって、ロータ３及び回転軸４の回転に伴ってレンズ体１０１を移動させる上述したレンズ駆動手段１０２を構成している。

次に、レンズ駆動手段１０２によってレンズ体１０１を移動させるための駆動源であるステッピングモータ１の内部構造の詳細について説明する。図２及び図３に示すように、ステッピングモータ１は、円筒状で、外周部３ａの円周方向Ｒに多極磁化された永久磁石（磁石）２を有するロータ３と、ロータ３の回転中心に形成された貫通孔３ｂに挿通された回転軸４と、ロータ３の外周部３ａを覆うステータ５とを備える。

ロータ３と回転軸４とは、例えば、間に接着剤を介在させることで固定されている。ロータ３の両端部３ｃには、貫通孔３ｂと同軸で、貫通孔３ｂより大きい内径を有する第１の凹部６が形成されている。また、第１の凹部６の底部６ａには、第１の凹部６よりも小さく、また、貫通孔３ｂより大きい内径を有する第２の凹部７が形成されている。また、第１の凹部６には、略円板上のスライダ８が、回転軸４が挿通され、また、第１の凹部６の内部で軸線Ｌ回りに摺動可能な状態で収容されている。スライダ８は、樹脂等の非磁性体で、耐磨耗性に優れ、摩擦係数の低い材質が好ましく、例えば、ポリアセタール、ナイロン、フッ素樹脂などが選択される。また、スライダ８とロータ３との間には、潤滑油が充填されていて、より円滑に摺動可能とされている。また、スライダ８の軸線Ｌ方向の部材寸法は、第１の凹部６の深さよりも僅かに大きく設定されていて、一部分が第１の凹部６に収容される一方、他の部分がロータ３の端部３ｃから突出している。また、スライダ８が第１の凹部６に収容された状態において、ロータ３とスライダ８との間には、第２の凹部７によって空間が形成されていて、上記の潤滑油が充填された状態となっている。

また、ロータ３は、例えば、サマリュウムコバルト、ネオジウム、鉄、ボロンなどの強磁性体で形成されている。これら強磁性体の粉体を焼結してロータ３の形状に仕上げても良いが、これらの粉体をプラスチックに混ぜて射出成形することで、孔や凹部を有する複雑な形状でも、精度良くかつ容易に製作することができる。そして、外周部３ａを着磁することによって永久磁石２が形成されている。永久磁石２は、例えば、円周方向Ｒに磁極が８分割されていて、交互に極性が異なるように着磁されている。より詳しくは、永久磁石２は、以下に示すように着磁されている。すなわち、図４に示すように、ロータ３の外周部３ａを囲むように、また、形成しようとする磁極の数及び極性と対応して極性の異なる着磁ヨークＮ１及びＳ１を円周方向Ｒにのみ交互に配列する。このようにすることで、隣り合う磁性の異なる着磁ヨークＮ１、Ｓ１の間には、ロータ３の外周部３ａの表面から内部を経由して再び表面へと通過する弧状の磁界Ｍが形成されて、ロータ３の外周部３ａは、交互に極性の異なるように着磁されることとなる。

図２及び図３に示すように、ロータ３の外周部３ａを覆うステータ５は、より詳しくは、Ａ相ステータである環状の第１のヨークユニット９と、Ｂ相ステータである環状の第２のヨークユニット１０とが回転軸４の軸線Ｌ方向に重なるように設けられていて、クローポール式の２相ＰＭ型ステッピングモータを構成している。また、ステータ５には、第１及び第２のヨークユニット９、１０を軸線Ｌ方向に沿って両側から挟み込む略円板状の支持部材１１、１２が設けられている。第１及び第２のヨークユニット９、１０と、支持部材１１、１２とは、それぞれ溶接によって接合されている。また、支持部材１１、１２の回転軸４と対応する位置には貫通孔１１ａ、１２ａが形成されていて、環状の軸受１３、１４が嵌合されて固定されている。そして、これらの軸受１３、１４によって回転軸４が挿通されていることによって回転可能に支持されている。また、ロータ３の端部３ｃと軸受１３、１４との間にスライダ８が介装された状態となり、回転軸４及びロータ３は、軸線Ｌ方向の移動が規制されている。なお、軸受１３、１４には、焼結金属で成形された含油軸受や摺動性の良い樹脂軸受を用いる。軸受に樹脂を用いる場合には、支持部材１１、１２と軸受１３、１４を一体的に成形することもできる。また、非磁性材料である樹脂を用いた場合、ロータ３の永久磁石２及び後述するステータ５が形成する磁界に影響を受け無い構造（磁気回路）設計も可能なため、モータ効率の向上が期待できる。

また、本実施形態において、第１のヨークユニット９及び第２のヨークユニット１０は、ともに同一構成とされている。よって、ここでは、第１のヨークユニット９について詳細に説明する。第１のヨークユニット９は、Ａ相ステータとなるものであり、図３に示すボビン２０、及び、ボビン２０の外周に巻回されたコイル巻線２１で構成された環状の励磁コイル２２と、外ヨーク２３（ヨーク）と、内ヨーク２４（ヨーク）とを有している。ボビン２０は、樹脂性材料により環状に形成され、外周面にコイル巻線２１を巻回可能な溝部２０ａが形成されていると共に、内周面に内ヨーク２４及び外ヨーク２３の後述する磁極歯（クローポール：誘電子）２３ｃ、２４ｃをそれぞれ案内して、所定位置に配列させる案内溝２０ｂが形成されている。また、ボビン２０の外周には外方に突出した突起部２０ｃが設けられており、突起部２０ｃに、コイル巻線２１の端末を接続すると共に回路部品等の図示しない外部部品に電気的接続する金属製の外部接続端子２０ｄが設けられている。また、ボビン２０の溝部２０ａに巻回されたコイル巻線２１は、図２に示すように、ボビン２０の外周から外方に突出しないように、溝部２０ａの深さ以内に収まるように巻回されている。

外ヨーク２３は、例えば、純鉄等の磁性体の金属材料により、軸線Ｌを中心として円筒状に形成され、励磁コイル２２を内部に収納可能な外筒部２３ａと、外筒部２３ａの一端側の外縁から軸線Ｌ方向に向けて所定距離だけ９０度折り曲げられた背面部２３ｂと、背面部２３ｂから軸線Ｌ方向に向けて所定距離だけ９０度折り曲げられ、ボビン２０の案内溝２０ｂに案内されながら、ボビン２０の内周面に対向配置された状態で円周方向Ｒに一定の間隔を空けて複数形成された磁極歯２３ｃとを有している。なお、本実施形態では、円周方向Ｒに一定の間隔を空けて４つ並ぶように磁極歯２３ｃが形成されている場合を例にしている。

外筒部２３ａは、励磁コイル２２の高さ及び外径より若干大きなサイズで形成されており、他端側の外縁には、軸線Ｌ方向に対して内ヨーク２４を位置決めさせる段部２３ｄが形成されている。また、外筒部２３ａの一部分には、円周方向Ｒに対して内ヨーク２４を位置決めさせると共に、ボビン２０の突起部２０ｃを嵌合させて、軸線Ｌ方向及び円周方向Ｒの２方向に対して励磁コイル２２を位置決めさせる切り欠き部２３ｅが形成されている。これら位置決めについては、後に詳細に説明する。

背面部２３ｂは、励磁コイル２２の厚さに応じて、外筒部２３ａの一端側の外縁から軸線Ｌに向かって折り曲げられている。即ち、外筒部２３ａと磁極歯２３ｃとの間に励磁コイル２２を収納できる間隔を有するように折り曲げられている。磁極歯２３ｃは、外筒部２３ａの内側に位置するように設けられており、先端が段部２３ｄの近傍に位置するように長さが調整されている。また、先端に向かって徐々に幅が狭くなるように、即ち、台形形状となるように設けられている。そして、上述したように、磁極歯２３ｃと外筒部２３ａとの間に励磁コイル２２を収納したときに、各磁極歯２３ｃがボビン２０の案内溝２０ｂに案内されながら、ボビン２０の内周面に対向配置されるようになっている。

内ヨーク２４は、外ヨーク２３と同様に、例えば、純鉄等の磁性体の金属材料により形成されており、背面部２３ｂと同じように軸線Ｌを中心として環状に形成されたリング部２４ａと、リング部２４ａの内周側から軸線Ｌ方向に向けて９０度折り曲げられ、ボビン２０の案内溝２０ｂに案内されながら、ボビン２０の内周面に対向配置されるように、円周方向Ｒに一定の間隔を空けて複数形成さると共に、外ヨーク２３の磁極歯２３ｃに対して非接触状態で円周方向Ｒに交互に等間隔で並ぶ磁極歯２４ｃとを備えている。

なお、本実施形態では、内ヨーク２４の磁極歯２４ｃも、外ヨーク２３の磁極歯２３ｃと同様に、円周方向Ｒに一定の間隔を空けて４つ並ぶように設けられている場合を例にしている。また、この内ヨーク２４は、外ヨーク２３と組み合わせた際に、リング部２４ａが外ヨーク２３の段部２３ｄに接触することで、軸線Ｌ方向への位置決めがされるようになっている。また、リング部２４ａの外周側の一部分には、外ヨーク２３の切り欠き部２３ｅに嵌合する突起部２４ｂが形成されている。これにより、円周方向Ｒに対して内ヨーク２４と外ヨーク２３とを位置決めした状態で組み合わせることができるようになっている。

また、内ヨーク２４の磁極歯２４ｃは、外ヨーク２３の磁極歯２３ｃと略等しい形状を呈している。すなわち、先端が背面部２３ｂの近傍に位置するように長さが調整されていて、先端に向かって徐々に幅が狭く、台形形状となるように設けられている。そして、各磁極歯２４ｃがボビン２０の内周面に対向配置されるようになっている。また、内ヨーク２４の磁極歯２４ｃは、突起部２４ｂを切り欠き部２３ｅに嵌合させたときに、外ヨーク２３の磁極歯２３ｃの間に入り込むように、即ち、ピッチがずれるようにボビン２０の案内溝２０ｂによって案内されるようになっている。これにより、外ヨーク２３と内ヨーク２４とを組み合わせた際に、互いの磁極歯２３ｃ、２４ｃが、非接触状態で円周方向Ｒに交互に軸線Ｌ方向に配設された状態で等間隔で並び、また、ロータ３の外周部３ａと対向した状態となる。このように構成されたＡ相ステータとなる第１のヨークユニット９と、Ｂ相ステータとなる第２のヨークユニット１０とは、互いに外ヨーク２３の背面部２３ｂ同士を面接触させた状態で重なるように配置され、互いに溶接により接合されている。

図５は、（ａ）が第１のヨークユニット９及び第２のヨークユニット１０の内周面側の展開図を示し、また、（ｂ）がこれと対応するロータ３の側面図を示している。図５の（ａ）に示すように、第１のヨークユニット９における外ヨーク２３の磁極歯２３ｃと、第２のヨークユニット１０における内ヨーク２４の磁極歯２４ｃとは、磁極歯ピッチの１／４ピッチずれるように接合されている。また、図５の（ｂ）に示すように、ロータ３は、軸受１３、１４の間において、スライダ８によって軸線Ｌ方向に位置決めされていて、軸線Ｌ方向と直交する径方向において、ロータ３とステータ５とは、同軸で略対称に配置されている。さらに、ロータ３は、第１及び第２のヨークユニット９、１０の磁極歯２３ｃ、２４ｃが軸線Ｌ方向に配設された範囲で、対向するように設けられている。

次に、この実施形態のカメラ付き携帯電話器１００及び搭載されたステッピングモータ１の作用について説明する。ここでは、その一例として、ステッピングモータ１を作動させて、カメラ付き携帯電話器１００のカメラモジュール１０４を動かし、図示しない被写体をズームした状態で撮像する場合を説明する。

まず、図１に示すように、使用者が、カメラ付き携帯電話器１００の図示しない表示パネルで被写体を確認しながらズーム操作を行うと、カメラモジュール１０４の回路基板１１４に実装された制御部がステッピングモータ１を作動させるために、各励磁コイル２２に電流を流す。図２に示すように、各励磁コイル２２に電流が流れると、第１及び第２のヨークユニット９、１０の各磁極歯２３ｃ、２４ｃが順にＮ極、Ｓ極に励磁される。そして、磁極歯２３ｃ、２４ｃによって形成される磁界によって、ロータ３の永久磁石２に回転軸４回りのトルクが発生して、ロータ３を磁極歯２３ｃ、２４ｃのピッチに応じて断続的に回転させることができる。この際、軸受１３、１４とロータ３との間には、第１の凹部６から一部が突出したスライダ８が介装されていて、ロータ３は直接軸受１３、１４と接触していない。このため、ロータ３は、軸受１３、１４との接触によって損耗してしまうことなく回転することができる。また、スライダ８は、第１の凹部６の内部において、ロータ３、軸受１３、１４、及び回転軸４のそれぞれと独立して摺動可能である。このため、摩擦負荷を低減させて、ロータ３を回転させることができる。

図１に示すように、ロータ３の回転に伴って、回転軸４も軸線Ｌ回りに回転するので、回転軸４の一端側に固定された駆動歯車１２２も同様に回転する。この駆動歯車１２２の回転によって、噛合されている各中間歯車１２３の入力歯車１２３ｂ及び出力歯車１２３ｃも軸部材１２３ａを中心に回転し、所定の回転数に減速されて、送りねじ軸１２０の被動歯車１２０ｂが回転することとなる。そして、これによりねじ部１２０ａが軸線Ｌ２回りに所定の回転数で回転することとなる。

また、ねじ部１２０ａに螺合している一方の張出部材１１６のナット部１１６ｂは、送りねじ軸１２０の回転に伴って、軸線Ｌ２方向に沿って移動する。これにより、張出部材１１６、１１７が固定されているレンズ体１０１全体が、一対のガイド軸１１８、１１９に沿って光軸Ｌ１方向に移動する。その結果、レンズホルダ部１１５で固定しているレンズＲを撮像素子１０３に接近させることができ、ズームを行うことができる。従って、使用者は、被写体をズームした状態で撮像することができる。なお、ズームを行う場合を説明したが、ロータ３の回転方向をかえることで、レンズ体１０１を撮像素子１０３から離間させたり、接近させたりすることができ、合焦を自由に行うことができる。

ここで、図５（ｃ）に示すように、従来において、第１の凹部６が形成されていない場合には、ロータ３´と軸受１３、１４との間のスペースは、スライダ８の部材寸法によって決定されてしまう。しかしながら、図５（ｂ）に示すように、本実施形態においては、スライダ８が第１の収容凹部６に収容されていることで、軸受１３、１４とロータ３の端部３ｃとの間のスペースを最小限の大きさとすることができる。このため、ロータ３の軸線Ｌ方向の寸法を最大限のものとし、ステータ５の各磁極歯２３ｃ、２４ｃが形成する磁界によってロータ３にトルクを効率的に作用させることができる。特に、本実施形態においては、ロータ３が、磁極歯２３ｃ、２４ｃを軸線Ｌ方向に配設した範囲で設けられていることで、より効率的にロータ３にトルクを作用させることができる。

また、ステータ５を第１のヨークユニット９と第２のヨークユニット１０の２相としていて、ステータ５とロータ３とが同軸で略対称であり、かつ、上記のように、ロータ３が、磁極歯２３ｃ、２４ｃを軸線Ｌ方向に配設した範囲で設けられている。このため、高分解能の出力を得ることが可能となるとともに、いずれの磁極歯２３ｃ、２４ｃが形成する磁界でも均一にロータ３にトルクを作用させることができ、ディテントルク（残留トルク）を低減させることができる。

また、スライダ８によって必要とされるスペースを最小限とすることができるので、軸線Ｌ方向において、ステッピングモータ１全体の寸法を最小限の大きさにすることができる。一方、上記のように、スライダ８は、第１の凹部６に収容されていることで、第１の収容凹部６の深さに応じて、スライダ８として強度上、加工上、軸線Ｌ方向に必要な厚さ寸法を確保することができる。このため、従来、フッ素樹脂の様に摩擦係数が小さく、スライダとして好適な材料であったとしても、強度上必要な厚さを確保することができないがために選択することができなかった材料を選択することも可能となる。あるいは、部材寸法に自由度が増すことで、薄板を打ち抜き加工して製作する方法だけでなく、射出成形などによってもスライダを製作することが可能となる。このため、薄板成形が難しかったＰＥＥＫ（登録商標）（ポリエーテルエーテルケトン）等の材料や、従来打ち抜き加工では強度上選択できなかったＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の材料でも選択することができる。

また、スライダ８は、潤滑油を軸受１３、１４、ロータ３との間に充填されることによってより摩擦負荷を低減させることができるが、第１の凹部６に収容されていることによって、潤滑油が漏洩してしまうことがなく、摩擦負荷低減の作用を好適なものとし、また、長持ちさせることができる。さらに、本実施形態において、第２の凹部７が潤滑油溜りとして機能し、より良好な持続性のもとに摩擦負荷を低減させることができる。また、上記のように、回転軸４はロータ３に接着固定されているが、接着剤が漏洩したとしても第２の凹部７に収容されるため、スライダ８との間に介在してスラストガタが発生してしまうのを防ぐことができる。さらには、これら第１の凹部６及び第２の凹部７が形成されることにより、ロータ３全体の慣性モーメントを小さくすることができるので、ステータ５によって作用するトルクにより、より効率的にモータトルクを出力することができる。また、第２の凹部７によって、スライダ８とロータ３の接触面積を減少させることができるので、摩擦負荷をより低減させることができる。

また、本実施形態のステッピングモータ１は、ＰＭ型であり、ロータ３は磁石として永久磁石２を有している。このため、磁束強度を増大させてモータトルクの増大をより図ることができる。この際、ロータ３の永久磁石２は、外周部３ａを囲むように磁極の異なる着磁ヨークＮ１、Ｓ１を交互に配列して着磁されていて、ロータ３の内側に着磁ヨークを配置して着磁する必要が無い。このため、ロータ３の内部に着磁ヨークを設けるためのスペースを必要とせず、ロータ３の径方向の小型化を図ることができる。また、外周部３ａのみの配置とすることで、多数の着磁ヨークが配置可能となり、多数の磁極を形成してより高分解能の出力を得ることができる。さらに、ロータ３の内、磁化されるのは外周部３ａで、中心部分は磁化されない。このため、第１の凹部６及び第２の凹部７を形成したとしてもロータ３の磁力が低下してしまうことが無く、上記第１の凹部６及び第２の凹部７による効果をより好適なものとすることができる。

以上のように、本実施形態のステッピングモータ１では、第１の凹部６及びスライダ８によって、摩擦負荷の増大を防止しつつ、ステータによって効率的にトルクをロータに作用させてモータトルクの増大を図り、高出力、高分解能のものとすることができる。また、装置全体の小型化を図ることができる。また、カメラ付き携帯電話器１００においては、このようなステッピングモータ１を備えることで、高出力化を図ることができ、また、ステッピングモータ１を搭載するスペースを縮小して装置全体の小型化を図ることができる。さらに、上記のように高分解能の出力を得ることができるとともに、ディテントトルクをより低減させることができるので、フォーカスやズームなどをより静かで滑らかに、かつ、高出力で動作させることができる。

（第２の実施形態）
図６は、この発明に係る第２の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図６に示すように、この実施形態のステッピングモータ３０のロータ３１は、端部３１ａにおいて、貫通孔３ｂと同軸で第３の凹部３２が形成されている。また、第３の凹部３２の底部３２ａに、スライダ８を収容するための第１の凹部３３が形成されている。また、支持部材１１、１２に固定された軸受３４、３５の軸線Ｌ方向の一部は、各々ロータ３側へ突出し、第３の凹部３２に収容されていて、第３の凹部３２の内部でスライダ８と接触している。第３の凹部３２は、軸受３４、３５及び支持部材１１、１２の一部を、隙間を有して収容可能な内径に設定されている。

この実施形態のステッピングモータ３０においては、軸受３４、３５の一部が第３の凹部３２に収容されていることで、ロータ３１の軸線Ｌ方向の部材寸法を軸受３４、３５及びスライダ８の部材寸法に制限を受けることが無く決定することができる。すなわち、実質的に軸受３４、３５とロータ３１の端部３１ａとの間のスライダ８を設けるためのスペースが無くなり、さらには、軸受３４、３５を支持する支持部材１１、１２とロータ３１の端部３１ａとの間のクリアランスも可能な限り小さなものとすることができる。また、軸受３４、３５が支持部材１１、１２よりも軸線Ｌ方向外側へ突出させる必要が無い。このため、軸線Ｌ方向における装置全体の小型化をより図るとともに、ロータ３に、より効率的にトルクを作用させることができる。また、第３の凹部３２が形成されていることで、ロータ３１の慣性モーメントをより小さくすることができ、より効率的に回転させることができる。

（第３の実施形態）
図７及び図８は、この発明に係る第３の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図７に示すように、この実施形態のステッピングモータ４０において、第１及び第２のヨークユニット９、１０を挟み込んで固定する支持部材４１、４２は、ロータ４３と相対する位置に、ロータ４３の外径に対応した凹部４１ａ、４２ａが形成されている。このため、凹部４１ａ、４２ａによって形成されたスペースに応じてロータ４３の軸線Ｌ方向の部材寸法を大きくすることができる。このため、図７及び図８に示すように、ロータ４３は、その端部４３ａの位置が第１のヨークユニット９及び第２のヨークユニット１０の両端位置と略一致して、これらのヨーク２３、２４が軸線Ｌ方向で配設された範囲で設けられている。このため、より効率的にロータ４３にトルクを作用させることができる。また、ディテントトルクをより低減させることができ、モータトルクの増大、低振動、低騒音化をさらに図ることができる。

（第４の実施形態）
図９は、この発明に係る第４の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図９に示すように、この実施形態のステッピングモータ５０において、ロータ５１の両端部５１ａと、軸受１３、１４との間には、軸線Ｌ方向に複数のスライダ５２が介装されている。これらのスライダ５２を収容する第１の凹部５３は、スライダ５２の枚数に応じた深さを有していて、軸線Ｌ方向の最も外側に位置するスライダ５２ａの一部のみが外側に突出して軸受１３、１４のそれぞれと接触している。

このステッピングモータ５０では、各スライダ５２は、軸受１３、１４とロータ５１との間でそれぞれ独立して回転軸４回りに摺動することとなる。このため、摩擦負荷をより低減させることができるとともに、スライダ５２、軸受１３、１４、ロータ５１間でのスティックスリップの発生を抑えられ、トルクのばらつきの低減だけでなく、停止位置の誤差の低減にも繋がる。なお、これらのスライダ５２は、第１の凹部５３に収容されていることで、スライダ５２を複数とすることによって軸線Ｌ方向に大型化してしまうことが無い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、上記実施形態では、電気モータとして、クローポール式の２相ＰＭ型ステッピングモータ１を例に挙げたがこれに限ることは無い。ステッピングモータにおいては、例えばＶＲ型などでも良い。また、ステッピングモータに限らず、例えば、ブラシレスモータなどでも良い。少なくとも、ステータが形成する磁界によってロータにトルクを作用させて回転駆動する電気モータであれば、ロータに第１の凹部を形成して、スライダの少なくとも一部を収容する構成とすることで、同様に、効率的で、小型化したものを提供することが可能となる。また、このような電気モータを搭載する電子機器としてカメラ付き携帯電話器１００を例にして説明したが、この場合に限られるものではない。例えば、デジタルカメラなどでも良い。また、ＤＶＤプレイヤーなどにおけるピックアップレンズの調整などにも好適である。また、ロータの磁極の数を８とし、各ヨークユニットの磁極歯を４つずつ設けた構成にしたが、この場合に限られず、ロータの磁極の数を４、６又は１０等、ヨークの磁極歯の数を２、３又は５等に適時変更して構わない。また、ヨークユニットは２相としたがこれに限ることは無く、単相あるいは３相以上の構成としても良い。

この発明の第１の実施形態の電子機器の断面図である。 この発明の第１の実施形態のステッピングモータの断面図である。 この発明の第１の実施形態のステッピングモータの分解斜視図である。 この発明の第１の実施形態のロータの着磁方法の説明図である。 この発明の第１の実施形態のステッピングモータにおいて、（ａ）第１及び第２のヨークユニットの内周面の展開図、（ｂ）ロータの断面図、及び、（ｃ）従来におけるロータの断面図である。 この発明の第２の実施形態のステッピングモータの断面図である。 この発明の第３の実施形態のステッピングモータの断面図である。 この発明の第３の実施形態のステッピングモータにおいて、（ａ）第１及び第２のヨークユニットの内周面の展開図、（ｂ）ロータの断面図である。 この発明の第４の実施形態のステッピングモータの断面図である。

符号の説明

１、３０、４０、５０ ステッピングモータ（電気モータ）
２ 永久磁石（磁石）
３、３１、４３、５１ ロータ
３ａ 外周部
３ｃ、３１ａ、４３ａ、５１ａ 端部
４ 回転軸
５ ステータ
６、３３、５３ 第１の凹部
６ａ 底部
７ 第２の凹部
８、５２、５２ａ スライダ
１１、１２、４１、４２ 支持部材
１３、１４ 軸受
２３ 内ヨーク（ヨーク）
２３ｃ 磁極歯
２４ 外ヨーク（ヨーク）
２４ｃ 磁極歯
３２ 第３の凹部
３２ａ 底部
１００ カメラ付き携帯電話器（電子機器）
Ｌ 軸線方向
Ｒ 円周方向
Ｎ１、Ｓ１ 着磁ヨーク

Claims (10)

1. 略円筒状のロータと、
   該ロータの回転中心に設けられた回転軸と、
   前記ロータの外周部を覆うとともに、磁界を形成して前記ロータに前記回転軸回りのトルクを作用させることが可能なヨークを有するステータと、
   該ステータに支持部材によって固定されるとともに、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
   該軸受と前記ロータの端部との間に介装される略板状のスライダとを備え、
   前記ロータの前記端部には、前記回転軸の軸線方向で前記スライダの少なくとも一部を、前記回転軸回りに摺動可能に収容する第１の凹部が形成されているとともに、
   前記第１の凹部の底部に形成され、該第１の凹部に収容された前記スライダと前記ロータとの間に空間を形成する第２の凹部を備え、
   前記スライダは前記軸線方向に前記第１の凹部の深さより大きく、前記スライダの一部分が前記第１の凹部に収容される一方、前記スライダの他の部分が前記ロータの端部から突出していることを特徴とする電動モータ。
2. 請求項１に記載の電動モータにおいて、
   前記ロータの端部には、前記軸線方向で前記軸受の少なくとも一部を、隙間を有して収容する第３の凹部が形成され、
   前記第１の凹部は、該第３の凹部の底部に形成されていることを特徴とする電動モータ。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動モータにおいて、
   前記第１の凹部には、前記スライダが前記軸線方向に複数収容されていることを特徴とする電動モータ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の電動モータにおいて、
   前記ロータは、強磁性材料で形成され、前記外周部に円周方向に多極磁化された磁石を有し、
   前記ロータと前記ステータとによって前記ロータを断続的に回転させることが可能なステッピングモータであることを特徴とする電動モータ。
5. 請求項４に記載の電動モータにおいて、
   前記ロータの前記磁石は、前記外周部を囲むように前記円周方向にのみ磁極の異なる着磁ヨークを交互に配列して着磁することで多極磁化されていることを特徴とする電動モータ。
6. 請求項４または請求項５に記載の電動モータにおいて、
   前記ステータには、前記ヨークが前記軸線方向に複数配列して設けられていることを特徴とする電動モータ。
7. 請求項４から請求項６のいずれかに記載の電動モータにおいて、
   前記ステータの前記ヨークは、前記軸線方向に配設されて磁界を形成可能な磁極歯が前記円周方向に複数配列して構成され、
   前記ロータは、少なくとも前記磁極歯が前記軸線方向に配設された範囲で、該磁極歯と対向して設けられていることを特徴とする電動モータ。
8. 請求項７に記載の電動モータにおいて、
   前記ロータは、前記ヨークが設けられた前記軸線方向の範囲で該ヨークと対向して設けられていることを特徴とする電動モータ。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の電動モータを備えることを特徴とする電子機器。
10. 請求項４から請求項８のいずれかに記載の電動モータと、
    光軸に沿って移動可能に配設されたレンズ体と、
    前記電動モータの前記ロータの回転に伴って前記レンズ体を前記光軸に沿って移動させるレンズ駆動手段と、
    前記光軸上に配設された撮像素子とを有するカメラモジュールを備えることを特徴とする電子機器。

Images