JP6626385B2 - 電磁アクチュエータ、電磁アクチュエータの制御方法、羽根開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁アクチュエータ、その制御方法、電磁アクチュエータによって駆動される羽根開閉装置に関するものである。

カメラのシャッタ装置のように羽根を開閉する装置（羽根開閉装置）では、駆動源として、電磁アクチュエータが用いられている。羽根開閉装置で用いられている電磁アクチュエータとしては、基板に対して回動自在に支持されると共に外周面が周方向に二分されてＮ極とＳ極に着磁された円柱状のロータと、ロータの外周面に対向するように配置される２つの磁極部を有する略Ｕ字（或いはコの字）状のヨークと、ヨークの周りに巻回された励磁コイルなどを備えるものが知られている。

また、このような電磁アクチュエータにおいて、前述した略Ｕ字状のヨークを主ヨークとし、それに加えて、ロータの外周面に対向する突部を有する円筒状の補助ヨークをロータの周りに配置し、コイルへの非通電時にロータを所定の角度位置に保持する保持力を発生させるものが知られている（下記特許文献１参照）。

特開２００６−１０１６４９号公報

従来の電磁アクチュエータは、コイルへの非通電時には、ロータ外周面とヨークの磁極部との磁気吸引力でロータの停止位置を保持しており、大きな衝撃力や加速度が加わった場合には、磁気吸引力のみでは停止位置での保持が維持できなくなり、羽根開閉装置における羽根の全閉又は全開の状態を維持できなくなる問題がある。特に、車載用のカメラなど、外力が加わりやすい使用環境下にあるものでは、このような問題が顕在化している。

これに対して、前述した従来技術のように、補助ヨークなどを設けて保持力を高めることも考えられているが、これによると、保持力に反して駆動する際の駆動力（作動トルク）を大きくする必要があるので、通常使用時の消費電力が大きくなってしまう問題が生じる。

このような事情に対処することが、本発明の課題である。すなわち、比較的大きな衝撃力や加速度が加わった場合にも、ロータとヨークの磁気吸引力を特段高めることなく、ロータの停止位置を保持することができ、羽根開閉装置においては、全開又は全閉状態を維持できるようにすること、が本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
回動自在に支持されると共に外周面が周方向に着磁されたロータと、前記ロータの外周面に対向するように配置される一対の磁極部を有し、一方の前記磁極部から他方の前記磁極部に至る延設部にコイル被巻部を設けたヨークと、前記ヨークのコイル被巻部に巻回される励磁コイルとを備え、前記ロータには、前記ヨークの内側を回動範囲とする駆動レバーが設けられ、前記励磁コイル内には、前記コイル被巻部に沿って摺動自在に配置され、非通電時に前記回動範囲に進入して前記駆動レバーの回動を止める磁性ロック部材が配置されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。

本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータの非通電時の状態を示した説明図（（ａ）が第１の停止状態、（ｂ）が第２の停止状態を示している。）である。 本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータのロック解除状態を示した説明図である。 本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータの駆動方法を示した説明図である（（ａ）が非通電時に駆動レバーが第１の停止位置にある場合、（ｂ）は非通電時に駆動レバーが第２の停止位置にある場合）。 本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータを駆動源とする羽根開閉装置の説明図（分解斜視図）である。 本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータを駆動源とする羽根開閉装置の説明図（断面図）である。 本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータを駆動源とする羽根開閉装置の説明図（全開状態平面図）である。 本発明の実施形態に係る電磁アクチュエータを駆動源とする羽根開閉装置の説明図（全閉状態平面図）である。 本発明の実施形態に係る羽根開閉装置を備えたカメラユニット（車載用）を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で異なる図面における同一符号は同一部位を指しており、重複説明を適宜省略する。図１に示すように、電磁アクチュエータ１は、ロータ２と、駆動レバー３と、ヨーク４と、励磁コイル５と、磁性ロック部材６を備えている。

ロータ２は、図示省略した基板（地板）に対して回動自在に支持されると共に外周面が周方向に二分されてＮ極とＳ極に着磁された円柱状（又は円筒状）の部材である。図示の例では、ロータ２は回動軸２Ａに所定の回動範囲で回動自在に支持されている。ロータ２には駆動レバー３が設けられており、ロータ２の回動軸２Ａ回りの回動により、駆動レバー３は、所定角度の回動範囲で揺動する。図示の例では、（ａ）が駆動レバー３或いはロータ２の第１の停止位置を示しており、（ｂ）が駆動レバー３或いはロータ２の第２の停止位置を示していて、駆動レバー３は、第１の停止位置と第２の停止位置との間を揺動する。

ヨーク４は、一対の磁極部４Ａ，４Ｂを有し、一方の磁極部４Ａから他方の磁極部４Ｂに至る（Ｕ字状又はコの字状の）延設部４Ｃを有した磁性体部材である。一対の磁極部４Ａ，４Ｂは、着磁されたロータ２の外周面に対向するように近接配置されており、延設部４Ｃは、ロータ２の回動軸２Ａに交差する方向に延設されている。延設部４Ｃの一部の直線部分にコイル被巻部４Ｃ１を設けている。

励磁コイル５は、ヨーク４のコイル被巻部４Ｃ１に巻回されている。励磁コイル５は、このコイル端子間に通電することで、ヨーク４の一対の磁極部４Ａ，４Ｂの一方をＮ極、他方をＳ極に着磁する。電磁アクチュエータ１の基本的な駆動は、励磁コイル５への通電によってなされ、図示の例では、磁極部４ＡをＳ極（磁極部４ＢをＮ極）に着磁した際に、駆動レバー３を図示（ａ）に示す第１の停止位置に移動させ、磁極部４ＡをＮ極（磁極部４ＢをＳ極）に着磁した際に、駆動レバー３を図示（ｂ）に示す第２の停止位置に移動させる。

このような電磁アクチュエータ１において、駆動レバー３は、ヨーク４の内側を回動範囲としており、ヨーク４の内側にて、励磁コイル５内に、コイル被巻部４Ｃ１に沿って摺動自在に磁性ロック部材６が配置されている。図示の例では、磁性ロック部材６は、コイル被巻部４Ｃ１に巻かれた励磁コイル５を保持するコイルホルダ５Ａ内に設けたガイド孔５Ａ１内に配置されている。磁性ロック部材６の後方部分には、ストッパ部６Ｂが設けられ、ストッパ部６Ｂがガイド孔５Ａ１の端部に当接することで、磁性ロック部材６の先端６Ａの位置決めがなされている。

磁性ロック部材６は、先端６Ａが駆動レバー３の回動範囲に進入することで、駆動レバー３の回動を機械的に停止（ロック）する。磁性ロック部材６は、図１に示すような非通電時（励磁コイル５への通電がなされていないとき）には、磁性ロック部材６の先端６Ａは、ロータ２の着磁部分に磁気吸引されて、常に駆動レバー３の回動範囲に進入する。これにより、図１（ａ）に示すように、駆動レバー３が第１の停止位置にある場合と、図１（ｂ）に示すように、駆動レバー３が第２の停止位置にある場合の両方で、非通電時には常に、磁性ロック部材６の先端６Ａが駆動レバー３の回動範囲に進入して、駆動レバー６の回動を機械的にロックする。

このように、電磁アクチュエータ１は、非通電時には常に、磁性ロック部材６の先端６Ａが自動で駆動レバー３の回動範囲内に進入し、駆動レバー３の回動を規制するので、電磁アクチュエータ１に衝撃荷重などが加わった場合にも、駆動レバー３が停止位置から動いてしまう不具合を解消することができる。

磁性ロック部材６のロック解除は、励磁コイル５への通電により行う。励磁コイル５に通電すると、ヨーク４の一対の磁極部４Ａ，４Ｂが互いに逆極に着磁されると同時に、磁性体である磁性ロック部材６の先端６Ａが着磁される。この際、先端６Ａが近接するロータ２の外周面に対する反発磁極を、先端６Ａに生じさせることで、磁性ロック部材６は、図２に示すように、駆動レバー３の回動範囲から退避する。この際、磁性ロック部材６の後端は、ヨーク４の内面に当接して磁気吸引される。

図３は、このような電磁アクチュエータ１の駆動方法を示している。この駆動方法において、非通電時の駆動レバー３の位置が、図１（ａ）に示す第１の停止位置にあるか、図１（ｂ）に示す第２の停止位置にあるかで、異なる制御シーケンスになる。すなわち、図３（ａ）に示すように、非通電時の駆動レバー３の位置が第１の停止位置にある場合は、先ず、非通電状態からＶ（＋）の通電を印加し、磁性ロック部材６の先端６Ａをロータ２の近接磁極に対する反発磁極（Ｎ極）に着磁して、ロック位置にある磁性ロック部材６を解除位置に退避させる。その後、その通電を維持することで（ヨーク４の磁極部４ＡがＮ極、磁極部４ＢがＳ極）、ロータ２を回動させて、駆動レバー３を第１の停止位置から第２の停止位置に切り替える。切り替え後は、非通電状態にすることで、磁性ロック部材６はロック位置に戻される。

また、図３（ｂ）に示すように、非通電時の駆動レバー３の位置が第２の停止位置にある場合は、先ず、非通電状態からＶ（＋）の通電を印加し、磁性ロック部材６の先端６Ａをロータ２の近接磁極に対する反発磁極（Ｎ極）に着磁して、ロック位置にある磁性ロック部材６を解除位置に退避させる。その後、Ｖ（−）の逆向き通電を印加して（ヨーク４の磁極部４ＡがＳ極、磁極部４ＢがＮ極）、ロータ２を回動させ、駆動レバー３を第２の停止位置から第１の停止位置に切り替える。この際、一旦解除された磁性ロック部材６は、ヨーク４の磁極部４Ａと磁極部４Ｂの中間位置で後端部が磁気吸引され解除位置に保持されるので、その後のＶ（−）の通電によって磁性ロック部材６がロック位置に戻されることはない。その後、非通電状態にすることで、磁性ロック部材６はロック位置に戻される。

図４〜図７は、前述した電磁アクチュエータを駆動源とする羽根開閉装置を示している。羽根開閉装置１０は、開口１１Ａを有する基板１１を備えており、基板１１にロータ２の回動軸２Ａが設けられ、励磁コイル５を保持するコイルホルダ５Ａがネジ１８によって基板１１の結合部１１Ｐに結合されている。図示の例では、開口１１Ａを開閉するために、３枚の羽根部材１２，１３，１４が設けられており、駆動レバー３の回動によって、連結レバー１５を介して、３枚の羽根部材１２，１３，１４が開閉動作する。羽根部材１２と連結レバー３との間には、開口１６Ａを有する仕切り板１６が設けられ、羽根部材１４の上にはカバー１７が設けられている。

羽根部材１２，１３，１４の全開位置は、図６に示すように、駆動レバー３の第１の停止位置に対応しており、この全開位置で非通電状態になると、磁性ロック部材６が駆動レバー３の回動範囲に進入してロック状態になる。また、羽根部材１２，１３，１４の全閉位置は、図７に示しように、駆動レバー３の第２の停止位置に対応しており、この全閉位置で非通電状態になると、磁性ロック部材６が駆動レバー３の回動範囲に進入してロック状態になる。

このような羽根開閉装置１０によると、羽根部材１２，１３，１４の全開又は全閉位置で、駆動レバー３を機械的にロック状態にすることができるので、羽根開閉装置１０に衝撃力や比較的大きな加速度が加わった場合にも、全開又は全閉位置を維持することができる。この際、磁気的な保持力に頼らず、磁性ロック部材６を機械的に進入・退避することで羽根部材１２，１３，１４の状態を保持する。これにより、磁性ロック部材６を退避させてロック状態を解除してしまえば、大きな駆動力を要すること無く羽根部材１２，１３，１４を動作させることができ、通常駆動時の消費電力は低く抑えることができる。また、磁性ロック部材６による駆動レバー３のロックは非通電状態にすることで自動ロックされ、ロック解除は、駆動レバー３を駆動する通電の制御シーケンスで、駆動レバー３の駆動と連動して解除動作を行うことができるので、操作者はロック及びロック解除の操作を意識すること無く、羽根部材の開閉操作を行うことができる。

図８は、羽根開閉装置１０を用いた電子機器の一例として、車両Ｍに搭載されたカメラユニット１００を示している。このカメラユニット１００は、特に外力が加わりやすい車載用などの使用環境下であっても、意図しない羽根部材の状態変化を抑止することができ、所望の撮影条件で高画質の画像を得ることができる。また、衝撃付加や定常的な加速度付加に対して、高い耐久性を維持することができる。

また、カメラユニット１００は、たとえば赤外線を撮影可能なものであってもよい。この場合、３枚の羽根部材１２，１３，１４は、たとえばアルミニウムなどの熱均衡性があり、軽量な金属によって形成される。このように、電磁アクチュエータ１および羽根開閉装置１０は、赤外線カメラにおいても利用することが可能である。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の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の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：電磁アクチュエータ，
２：ロータ，２Ａ：回動軸，
３：駆動レバー，
４：ヨーク，４Ａ，４Ｂ：磁極部，４Ｃ：延設部，４Ｃ１：コイル被巻部，
５：励磁コイル，５Ａ：コイルホルダ，５Ａ１：ガイド孔，
６：磁性ロック部材，６Ａ：先端，６Ｂ：ストッパ部，
１０：羽根開閉装置，１１：基板，１１Ａ：開口，１１Ｐ：結合部，
１２，１３，１４：羽根部材，１５：連結レバー，１６：仕切り板，
１７：カバー，１８：ネジ，１００：カメラユニット，Ｍ：車両

Claims (5)

1. 回動自在に支持されると共に外周面が周方向に着磁されたロータと、
   前記ロータの外周面に対向するように配置される一対の磁極部を有し、一方の前記磁極部から他方の前記磁極部に至る延設部にコイル被巻部を設けたヨークと、
   前記ヨークのコイル被巻部に巻回される励磁コイルとを備え、
   前記ロータには、前記ヨークの内側を回動範囲とする駆動レバーが設けられ、
   前記励磁コイル内には、前記コイル被巻部に沿って摺動自在に配置され、非通電時に前記回動範囲に進入して前記駆動レバーの回動を止める磁性ロック部材が配置されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記磁性ロック部材は、先端が前記ロータの外周面に磁気吸引されることで、前記回動範囲に進入し、前記励磁コイルへの通電により、前記先端が近接する前記ロータの外周面に対する反発磁極を当該先端に生じさせて、
   前記回動範囲から退避することを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
3. 請求項２に記載の電磁アクチュエータの駆動方法であって、
   非通電時から前記反発磁極を生じさせる通電を前記励磁コイルに印加し、その後、当該通電を維持するか又は当該通電の逆向き通電を印加して、前記駆動レバーを駆動することを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
4. 請求項１又は２に記載された電磁アクチュエータを駆動源とする羽根開閉装置。
5. 請求項４に記載された羽根開閉装置を備えるカメラユニット。

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