JP6432045B2 - アクチュエータ及びアクチュエータを備えるレンズ鏡筒 - Google Patents

Description

本開示は、コイルと磁石で構成されるアクチュエータに関する。

特許文献１は、アクチュエータの一例である手振れ補正用のボイスコイルモータを開示する。ボイスコイルモータは、コイルと、永久磁石と、ヨークと、からなる。特許文献１の図１０に示されるように、永久磁石に接して設けられるヨークは、平板状である。

特開２０１１−２４２６８０号公報

本開示は、従来のアクチュエータに対して、磁石とヨークとで構成される磁界発生部材の質量を軽くしつつ、より推力が向上するアクチュエータを提供する。

本開示におけるアクチュエータは、多極着磁された磁石と、当該多極着磁された面の一方に磁気吸着されるヨークと、を有する磁界発生部材と、多極着磁された面の他方の面と対向する位置に設けられるコイル部材と、磁石の多極着磁の分極線と略垂直な方向に、コイル部材に対して相対的に移動可能な可動部材と、を備える。そして、ヨークは、多極着磁された面よりも両端の幅が狭く、可動部材のコイル部材と対向する面に形成された凹部は、多極着磁された面の一方で磁石のヨークと接している両端の外側で磁石を直接保持する。

本開示におけるアクチュエータは、磁石とヨークとで構成される磁界発生部材の質量を軽くしつつ、より推力が向上するアクチュエータである。

実施の形態１における像ぶれ補正装置６００の分解斜視図 実施の形態１におけるシャッターユニット６１０の背面図 実施の形態１におけるＯＩＳユニット６２０の分解斜視図 実施の形態１におけるヨー駆動磁石６３１及びヨーヨーク６４１のＯＩＳ枠６２１に対する取り付け構成を説明するための断面図 実施の形態１におけるヨー駆動磁石６３１及びヨーヨーク６４１の構成を示す図 アクチュエータの構成の比較を示す模式図（図７の項目（Ａ）） アクチュエータの構成の比較を示す模式図（図７の項目（Ｂ）） アクチュエータの構成の比較を示す模式図（図７の項目（Ｃ）） アクチュエータの構成の比較を示す模式図（図７の項目（Ｄ）） 図６Ａ〜図６Ｄに示すアクチュエータの構成と推力との関係を示す図 ヨークの形状の違いによる磁界の違いを説明するための磁界解析によるシミュレーション結果を示す模式図（図６Ｂの場合） ヨークの形状の違いによる磁界の違いを説明するための磁界解析によるシミュレーション結果を示す模式図（図６Ｄの場合） ヨーク幅、磁石幅、磁石厚を変化させた場合の推力を示す図 変形例１におけるヨーヨーク６４１の形状を説明する模式図 変形例２におけるヨーヨーク６４１の形状を説明する模式図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
図１〜１０を用いて、本開示のアクチュエータを備えるレンズ鏡筒の像ぶれ補正装置６００について説明する。

［１．像ぶれ補正装置６００の構成］
図１は、像ぶれ補正装置６００の分解斜視図である。像ぶれ補正装置６００は、デジタルスチルカメラのレンズ鏡筒内に設けられる。像ぶれ補正装置６００は、補正レンズが設けられたシャッターユニット６１０と、ＯＩＳユニット６２０とで構成される。ＯＩＳは、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒの略称である。

図２は、シャッターユニット６１０の背面図である。シャッターユニット６１０は、背面側（図示しないが、撮像素子が設けられる側）に、ヨーコイル６５１、ピッチコイル６５２、ピッチ位置検出センサ６５３、ヨー位置検出センサ６５４を保持する。また、シャッターユニット６１０は、シャッターの機構部品を保持する。そして、シャッターユニット６１０は、図示しないレンズ鏡筒のカム枠に係合され、カム枠内で、光軸方向に移動可能に保持される。

図３は、ＯＩＳユニット６２０の分解斜視図である。ＯＩＳユニット６２０は、補正レンズＬ７〜Ｌ１０、ＯＩＳ枠６２１、遮光キャップ６２２、ヨー駆動磁石６３１、ピッチ駆動磁石６３２、ピッチ位置検出磁石６３３、ヨー位置検出磁石６３４、ヨーヨーク６４１、ピッチヨーク６４２を備える。補正レンズＬ７〜Ｌ１０は、ＯＩＳ枠６２１に固定される。遮光キャップ６２２は、補正レンズ外周部の余計な光線を遮断する遮光キャップであり、ＯＩＳ枠６２１に固定される。

ヨー駆動磁石６３１及びピッチ駆動磁石６３２は、ＯＩＳユニット６２０全体をシャッターユニット６１０に対して駆動するための永久磁石であり、図３に示す一点鎖線を分極線としてそれぞれ２極着磁されている。ヨー駆動磁石６３１、ピッチ駆動磁石６３２は、永久磁石の磁束を高めるためのヨーヨーク６４１、ピッチヨーク６４２がそれぞれ磁気吸着された状態で、ＯＩＳ枠６２１に接着固定される。ヨー駆動磁石６３１は、ヨーコイル６５１と対向する位置に配置され、ピッチ駆動磁石６３２は、ピッチコイル６５２と対向する位置に配置される。

ピッチ位置検出磁石６３３及びヨー位置検出磁石６３４は、ＯＩＳユニット６２０のシャッターユニット６１０に対する位置を検出するための永久磁石であり、図３に示す一点鎖線を分極線として着磁されている。ピッチ位置検出磁石６３３及びヨー位置検出磁石６３４は位置決めされた状態でＯＩＳ枠６２１に接着固定される。ピッチ位置検出磁石６３３はピッチ位置検出センサ６５３と対向する位置に配置され、ヨー位置検出磁石６３４はヨー位置検出センサ６５４と対向する位置に配置される。

ここで、ＯＩＳユニット６２０は、シャッターユニット６１０に対し光軸方向の移動は規制され、光軸と垂直な面内で移動可能なように支持されている。よって、シャッターユニット６１０のヨーコイル６５１及びピッチコイル６５２に電流が流れると、ヨー駆動磁石６３１及びピッチ駆動磁石６３２に光軸と垂直方向の力が加わり、ＯＩＳユニット６２０全体が移動する。シャッターユニット６１０は固定部材の一例であり、ＯＩＳユニット６２０は可動部材の一例である。

ＯＩＳユニット６２０がシャッターユニット６１０に対し移動すると、ピッチ位置検出センサ６５３及びヨー位置検出センサ６５４の磁束密度が変化し、磁束密度の変化により補正レンズＬ７〜Ｌ１０の位置を検出する仕組みとなっている。

そして、像ぶれ量に応じて、像ぶれを打ち消すように補正レンズＬ７〜Ｌ１０の位置を制御することにより、像ぶれが補正される。

［２．磁界発生部材（ヨー駆動磁石６３１及びヨーヨーク６４１）の構成］
図４は、ヨー駆動磁石６３１及びヨーヨーク６４１のＯＩＳ枠６２１に対する取り付け構成を説明するための断面図である。

ヨー駆動磁石６３１は単純な直方体形状である。図４に示すように、ヨーヨーク６４１は、断面形状が下辺ａ、左側辺ｂ、左斜辺ｃ、上辺ｄ、右斜辺ｅ、右側辺ｆの６辺を有する６角形状である。下辺ａは左側辺ｂと右側辺ｆとを接続し、左斜辺ｃは左側辺ｂと上辺ｄとを接続し、右斜辺ｅは上辺ｄと右側辺ｆとを接続している。下辺ａと上辺ｄとは互いに実質的に平行であり、左側辺ｂと右側辺ｆとは互いに実質的に平行である。下辺ａの長さは上辺ｄの長さより大きく、左斜辺ｃと右斜辺ｅの長さは実質的に等しい。なお、左側辺ｂ及び右側辺ｆは、ヨーヨーク６４１の成型を容易にするために形成されるが、実質的に形成されなくても良い。ヨーヨーク６４１は、下辺ａの面６４１ａでヨー駆動磁石６３１の面６３１ａと接している。

また、ヨー駆動磁石６３１及びヨーヨーク６４１は、図４に示すように、ＯＩＳ枠６２１の凹部６２３に配置される。凹部６２３の形状は、２段の溝形状になっている。１段目の溝にヨー駆動磁石６３１が配置され、２段目の溝にヨーヨーク６４１が配置される。ＯＩＳ枠６２１の凹部６２３には、設置部６２１ａが設けられる。設置部６２１ａには、ヨー駆動磁石６３１が直接設置される。すなわち、ヨー駆動磁石６３１とヨーヨーク６４１をＯＩＳ枠６２１に固定する際は、ヨー駆動磁石６３１のヨーヨーク６４１と接している面６３１ａの外側の部分６３１ｎを基準として固定される。ヨー駆動磁石６３１を基準とすることは、ヨーヨーク６４１を基準としてヨー駆動磁石６３１をＯＩＳ枠６２１に固定する場合に比べ、ヨーヨーク６４１の寸法ばらつきの影響を受けないため、ヨー駆動磁石６３１の光軸方向の位置精度が高くなる。ヨー駆動磁石６３１の位置精度が高いことは、ヨーコイル６５１とヨー駆動磁石６３１の隙間を狭く設計できるため、推力を高めることが可能となる。

図５は、ヨー駆動磁石６３１及びヨーヨーク６４１の構成を示す図である。ヨー駆動磁石６３１とヨーヨーク６４１とは、それぞれの面６３１ａと面６４１ａとで接している。また、ヨーヨーク６４１は、ＯＩＳ枠６２１の凹部６２３に対する配置のため、突起部ｇ、ｈを備えている。

図５の下面図に示すように、ヨーヨーク６４１のヨー駆動磁石６３１と接している面６４１ａの幅Ｗｙ２とヨー駆動磁石６３１のヨーヨーク６４１と接している面６３１ａの幅Ｗｍは、次の条件を満足する。

Ｗｍ＞Ｗｙ２
また、ヨーヨーク６４１の中央付近の厚みＨｙ２は、端の肉厚Ｈｙ１にかけて徐々に肉厚が薄くなるように成型されている。中央付近の肉厚が厚くなっている部分の位置は、ヨー駆動磁石６３１の磁極分極線の位置と一致している。

ヨーヨーク６４１の質量が一定であっても、このような形状にヨーヨーク６４１を成型することにより、同じ形状のヨー駆動磁石６３１に対して、より多くの磁束を取り出すことができる。

［３．推力の比較］
図６Ａ〜図６Ｄは、アクチュエータの構成の比較を示す模式図である。図６Ａは、ヨーヨーク６４１を用いない場合である。図６Ｂは、ヨーヨーク６４１を直方体形状で構成し、ヨーヨーク６４１の幅Ｗｙがヨー駆動磁石６３１の幅Ｗｍと実質的に同一の場合である。図６Ｃは、ヨーヨーク６４１を直方体形状で構成し、ヨーヨーク６４１の幅Ｗｙがヨー駆動磁石６３１の幅Ｗｍよりも小さい場合（Ｗｍ＞Ｗｙ）である。図６Ｄは、図４に示す断面形状のヨーヨーク６４１を用いた場合である。ここで、図６Ａのヨー駆動磁石６３１の高さは、図６Ｂのヨー駆動磁石６３１の高さとヨーヨーク６４１の高さとを併せた高さに実質的に等しい。また、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄに示すヨー駆動磁石６３１とヨーヨーク６４１の質量の和は、実質的に一定である。

図７は、図６Ａ〜図６Ｄに示すアクチュエータの構成と推力との関係を示す図である。図６Ａ〜図６Ｄに示すアクチュエータの磁界解析によるシミュレーション結果が、図７に示す項目（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ相当する。シミュレーションは、コイル、通電条件、コイル〜磁石間ギャップ、磁石幅、磁石長さ、磁石＋ヨーク質量を一定とした条件で計算されている。図７に示すように、図４に示すヨーヨーク６４１の断面形状に相当する項目（Ｄ）の場合の推力が最も高い。また、従来例である項目（Ａ）、（Ｂ）に対して、項目（Ｃ）、（Ｄ）の場合の推力が高くなっている。即ち、図６Ｃに示すように、ヨーヨーク６４１の幅Ｗｙをヨー駆動磁石６３１の幅Ｗｍよりも狭くすることにより、図６Ａ、図６Ｂに示す従来例と比べて、アクチュエータの推力が向上する。

図８Ａ及び図８Ｂは、ヨークの形状の違いによる磁界の違いを説明するための磁界解析によるシミュレーション結果を示す模式図である。図８Ａは、ヨーク厚が一定の場合の磁束の流れを示し、図６Ｂに示す例に相当する。図８Ｂは、本実施の形態１の図４に示すヨーヨーク６４１の場合の磁束の流れを示し、図６Ｄの例に相当する。図８Ａにおいて磁石から出た磁束はヨークを通過しようとするが、磁極分極線付近に磁束が集中し、この部分が磁気飽和し易いことがわかる。図８ＡのＡ部付近で磁気飽和し、磁束が背面側に漏れている。一方、図８Ｂにおいて磁石から出た磁束はヨークを通過するが、磁極分極線付近の肉厚が厚いために図８Ａの場合に比較して磁束が分散し、この部分が磁気飽和しにくいことがわかる。図８ＢのＢ部付近では、磁束はほとんど漏れていない。

像ぶれをより精度高く補正するためには、ＯＩＳユニット６２０を移動させる力が強いほど、また、力が同じ場合はＯＩＳユニット６２０の質量が軽い程有利である。言い換えれば、アクチュエータは同じ重さに対し推力が強い程有利である。そのため、アクチュエータの推力に余裕がある場合は、その分アクチュエータを小型化することにより、像ぶれ補正装置の外径を小型化し、レンズ鏡筒の径を小さくすることができる。

従って、本実施の形態１のように、ヨーヨークを構成することで、レンズ鏡筒及び、レンズ鏡筒を含むカメラの小型化が可能となる。

なお、本実施の形態１は、デジタルカメラの像ぶれ補正装置の例であるが、本開示のボイスコイルモータを用いれば、可動部の質量は同じでもより推力の大きなアクチュエータが設計できるため、様々な機器へ搭載することが可能である。例えば、デジタルスチルカメラのフォーカス移動用のアクチュエータ、磁気ディスク装置、光ディスク装置のヘッド移動用のアクチュエータ、等が挙げられる。これらの機器に搭載することにより、より推力が高く応答性能が良いアクチュエータを設計できる。

図９は、図６Ｃのアクチュエータの構成において、ヨーク幅、磁石幅、磁石厚を変化させた場合の推力を示す図である。図９に示すように、ヨーヨーク６４１の幅Ｗｙがヨー駆動磁石６３１の幅Ｗｍよりも小さい場合、即ち、ヨーク幅（Ｗｙ）／磁石幅（Ｗｍ）が１未満の場合に、ヨーク幅（Ｗｙ）／磁石幅（Ｗｍ）が１の場合に比べて、推力が高くなる部分がある。磁石厚が１．６ｍｍ〜２．０ｍｍの場合、ヨーク幅（Ｗｙ）／磁石幅（Ｗｍ）が０．７〜０．９の付近で、推力が高くなる。磁石厚が１．８ｍｍ〜２．０ｍｍの場合では、ヨーク幅（Ｗｙ）／磁石幅（Ｗｍ）が０．５〜０．９の付近で、推力が高くなる。磁石厚が２．０ｍｍの場合、ヨーク幅（Ｗｙ）／磁石幅（Ｗｍ）が０．４〜０．９の付近で、推力が高くなる。これは、ヨークの幅を磁石の幅より小さくしても、ヨークが磁気飽和し易い分極線付近のヨークの厚みを厚くすることにより、磁石の性能を引き出し易いということを示している。

また、図９に示すように、ヨークの幅を磁石より狭くすることにより、磁石の厚みが薄い状態で、推力を高くすることが可能である。これは、従来に比べ、磁石の使用量が少なくなることを示している。磁石はネオジウムやディスプロシウムといった希少な金属を使用しており、磁石の使用量削減は、省資源化に有効である。

［４．変形例］
次に、ヨーヨーク６４１の変形例を説明する。図１０Ａは、変形例１におけるヨーヨーク６４１の形状を説明する模式図であり、図１０Ｂは、変形例２におけるヨーヨーク６４１の形状を説明する模式図である。

図１０Ａに示すヨーヨーク６４１は、幅がＷｙ２のヨーク６６１と幅がＷｙ１のヨーク６７１とが重ねられて、構成される。ヨー駆動磁石６３１と接するヨーク６６１の幅Ｗｙ２は、その上に重ねられるヨーク６７１の幅Ｗｙ１よりも大きく、ヨー駆動磁石６３１の幅Ｗｍよりも小さい。このようにして、ヨーヨーク６４１の中央付近の肉厚が厚く形成される。図６Ｄに示すヨーヨーク６４１の形状のように、斜辺Ｗｙ２からＷｙ１へヨーヨーク６４１の幅が徐々に小さくなり、端部から中央付近にかけてヨーヨーク６４１の肉厚が徐々に厚くなる形状の方がより推力が高くなる。しかし、図１０Ａのように、幅の異なる複数のヨークが重ねられ、外側に比べて中央付近の肉厚が階段状に厚くなるにようにヨーヨーク６４１が構成されることにより、図６Ｃに示したヨーヨーク６４１の肉厚が一定の場合と比較して推力を向上することができる。なお、図１０Ａでは、ヨーヨーク６４１は２枚のヨークで構成されるが、３枚以上のヨークで構成されても良い。

また、図１０Ｂはヨーヨーク６４１の外周側をジグザグに成型した例である。図１０Ｂに示すヨーヨーク６４１は、肉厚が一定であり、長手方向に幅Ｗｙ２の部分と幅Ｗｙ１の部分とが周期的に繰り返される形状である。このように成型することにより、ヨーヨーク６４１の肉厚は一定であっても、中央付近よりも外周側に位置するヨーヨーク６４１の質量が小さくなり、外周側の肉厚を薄くした図６Ｄや図１０Ａの場合と同様に、推力を向上することができる。

すなわち、ヨーヨーク６４１の幅Ｗｙがヨー駆動磁石６３１の幅Ｗｍよりも狭く、磁石の磁極分極線付近のヨーヨーク６４１の厚みを外周側より厚くできれば、磁石の性能を引き出し、同一質量あたりの推力が高いアクチュエータを構成できる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態１を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、コイルと磁石を備えるアクチュエータに適用可能である。特に、磁石が可動部材に設置されるような像ぶれ補正装置に適用可能である。

６００ 像ぶれ補正装置
６１０ シャッターユニット
６２０ ＯＩＳユニット
６２１ ＯＩＳ枠
６２２ 遮光キャップ
６２３ 凹部
６３１ ヨー駆動磁石
６３２ ピッチ駆動磁石
６３３ ピッチ位置検出磁石
６３４ ヨー位置検出磁石
６４１ ヨーヨーク
６４２ ピッチヨーク
６５１ ヨーコイル
６５２ ピッチコイル
６５３ ピッチ位置検出センサ
６５４ ヨー位置検出センサ
６６１，６７１ ヨーク
Ｌ７〜Ｌ１０ 補正レンズ

Claims (5)

1. 多極着磁された磁石と、当該多極着磁された面の一方に磁気吸着されるヨークと、を有する磁界発生部材と、
   前記多極着磁された面の他方の面と対向する位置に設けられるコイル部材と、
   前記磁石の多極着磁の分極線と略垂直な方向に、前記コイル部材に対して相対的に移動可能な可動部材と、
   を備え、
   前記ヨークは、前記多極着磁された面よりも両端の幅が狭く、
   前記可動部材の前記コイル部材と対向する面に形成された凹部は、前記多極着磁された面の一方で前記磁石の前記ヨークと接している前記両端の外側で前記磁石を直接保持する、
   アクチュエータ。
2. 前記ヨークは、前記磁石の多極着磁の分極線に対応する箇所の厚みが他の部分よりも厚い、
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記コイル部材は、巻線軸が前記磁石の多極着磁の分極線に略等しい、
   請求項１または２のいずれかに記載のアクチュエータ。
4. 前記コイル部材の巻線は、前記磁石の多極着磁された極と対向する、
   請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 多極着磁された磁石と、当該多極着磁された面の一方に磁気吸着されるヨークと、を有する磁界発生部材が設けられ、レンズが固定される可動部材と、
   前記多極着磁された面の他方の面と対向する位置に設けられるコイル部材が設けられる固定部材と、
   を備え、
   前記ヨークは、前記多極着磁された面よりも両端の幅が狭く、
   前記可動部材は、前記磁石の多極着磁の分極線と略垂直な方向、および前記レンズと略垂直な方向に、前記固定部材に対して相対的に移動可能であり、
   前記可動部材の前記コイル部材と対向する面に形成された凹部は、前記多極着磁された面の一方で前記磁石の前記ヨークと接している前記両端の外側で前記磁石を直接保持する、
   レンズ鏡筒。