KR20060133919A

KR20060133919A - 구동장치

Info

Publication number: KR20060133919A
Application number: KR1020060055772A
Authority: KR
Inventors: 마사오 미즈마키
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2006-12-27
Also published as: JP2007006551A; TWI332308B; EP1737111A2; KR100854025B1; EP1737111A3; US20060284496A1; TW200711265A; CN1885691A; EP1737111B1; US7352089B2; CN100561836C; JP4738909B2; DE602006020371D1

Abstract

구동장치는, 리이드 스크루, 랙, 및 랙 지지 바를 갖는 스텝핑 모터와, 경통과, 경통 지지 바와, 랙과 경통을 연결하는 연결 스프링을 포함한다. 연결 스프링은 랙의 구형 출력 부재와 맞물리는 맞물림부를 포함한다. 리이드 스크루와 랙이 서로 일체화되어 있는 스텝핑 모터와 경통의 연결은 상호 위치 오차나 반동을 흡수하는 구조를 제공한다.

구동장치, 스텝핑 모터, 광학 부재

Description

구동장치{DRIVING APPARATUS}

도 1은, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구동장치에 포함된 스텝핑 모터를 도시한 분해 사시도이다.

도 2는, 도 1의 스텝핑 모터에 포함된 2개의 코일을 통과하는 평면을 따라 취한 스텝핑 모터를 도시한 종단면도이다.

도 3은, 도 1의 스텝핑 모터에 포함된 2개의 코일 사이를 지나는 평면을 따라 취한 스텝핑 모터를 도시한 종단면도이다.

도 4는, 제1 통전 상태의 도 1의 스텝핑 모터의 내부 구조를 도시한 상면도이다.

도 5는, 제2 통전 상태의 도 1의 스텝핑 모터의 내부 구조를 도시한 상면도이다.

도 6은, 제3 통전 상태의 도 1의 스텝핑 모터의 내부 구조를 도시한 상면도이다.

도 7은, 제4 통전 상태의 도 1의 스텝핑 모터의 내부 구조를 도시한 상면도이다.

도 8은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동장치를 도시한 분해 사시도이다.

도 9는, 도 8의 구동장치에 포함된 스텝핑 모터와 경통을 연결하는 연결부를 도시한 종단면도이다.

도 10은, 제1 종래 예에 따른 스텝핑 모터를 도시한 분해 사시도이다.

도 11은, 도 10의 스텝핑 모터를 도시한 종단면도이다.

본 발명은, 모터를 이용해 광학 부재 등을 구동하는 구동장치에 관한 것이다.

제1 종래 예로서, 회전축 방향의 치수를 줄이는 한편 출력을 향상시킨 모터가 예를 들면, 일본국 특개 2004－242453호에 제안되어 있다.

도 10은, 제1 종래 예의 모터를 도시한 분해 사시도이며, 도 11은, 도 10에 도시한 모터의 종단면도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 종래 예의 모터는, 원주 방향을 따라 N분할되고, N분할된 부분이 각기 다른 극으로 교대로 착자(着磁)된 원통의 마그넷(106); 마그넷(106)의 내주에 고정되며, 연자성 재료로 이루어진 로터 축(107); 로터 축(107)으로부터의 축 방향으로 마그넷(106)에 인접해 배치된 제1 코일(102); 제1 코일(102)에 의해 여자(勵磁)되어, 제1 코일(102)의 내주를 통해서 연장되는 한편, 마그넷(106)의 외측 자극부(101a)과 외주면 사이에 간격을 두고, 소정의 각도 범위 내에서 마그넷(106)의 외주면에 대향하도록 배치되는 제1 외측 자극부(101a); 로터 축(107)의 축 방향으로 마그넷(106)에 인접해 제1 코일(102)과 대략 동일 평면상에 배치되는 제2 코일(104); 및 제2 코일(104)에 의해 여자되며, 제2 코일(104)의 내주를 통해서 연장되는 한편, 마그넷(106)의 외주면과 제2 외측 자극부(101b) 사이에 간격을 두고, 소정의 각도 범위 내에서 마그넷(106)의 외주면에 대향하도록 배치되는 제2 외측 자극부(101b)를 포함한다. 마그넷(106)의 착자부에 대해서 제2 외측 자극부(101b)의 위상은 제1 외측 자극부(101a)로부터 (180/N)도 어긋나 있다. 제1 외측 자극부(101a)와, 제2 외측 자극부(101b)와, 제1 외측 자극부(101a)와 제2 외측 자극부(101b)를 그것의 일단부에서 연결하는 평판부(101c)는 스테이터(101)와 일체로 형성된다. 로터 축(107)은 스테이터(101)에 장착된 베어링(110)과, 커버(108)에 장착된 베어링(109)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

이 모터에서는, 제1 코일(102)과 제2 코일(104)의 통전 방향을 바꾸어, 제1 외측 자극부(101a)와 제2 외측 자극부(101b)의 각 극성을 변경함으로써 로터 축(107)을 회전시킨다.

이 모터에서는, 코일이 통전될 때 발생하는 자속이 외측 자극부로부터 마그넷을 통해서 로터 축(내측 자극부)으로, 또는 로터 축(내측 자극부)으로부터 마그넷을 통해서 외측 자극부로 흐르고, 외측 자극부와 내측 자극부 사이에 위치하는 마그넷에 효율적으로 작용한다. 또, 로터축이 내측 자극부로서 작용하기 때문에, 마그넷의 내주와 내측 자극부 사이에 공극을 마련할 필요가 없다. 따라서, 외측 자극부와 내측 자극부 간의 간격을 매우 작은 거리로 설정할 수 있고, 외측 자극부와 내측 자극부를 포함하는 자기회로의 저항을 줄일 수 있다. 따라서, 적은 양의 전류로 많은 양의 자속을 발생시켜, 출력을 향상시킬 수가 있다. 게다가, 제1 코일과 제2 코일은 마그넷에 인접해 대략 동일 평면상에 배치되고, 제1 외측 자극부와 제2 외측 자극부는 동일한 마그넷에 대해서 각기 다른 각도 범위 내에서 대향하도록 배치되어 있다. 따라서, 마그넷의 크기를 축 방향으로 줄일 수 있고, 축 방향의 치수가 줄어든 모터를 제공할 수가 있다. 또, 2개의 외측 자극부는 일체로 형성되기 때문에, 2개의 외측 자극부 간의 상대 위치 오차를 줄일 수 있고, 또 부품 수를 줄일 수 있다. 따라서, 구조가 간단한 저비용의 모터를 제공할 수 있다.

그렇지만, 상기 제1 종래 예에서는, 특히 광학 부재 등을 구동하는 기구에 대해서는 기술하지 않았다.

다른 한편, 제2 종래 예로서는, 모터를 이용해 피구동 부재를 구동하는 변위 장치가 예를 들면, 일본국 실개평 2－71155호에 제안되어 있다.

이 장치에 있어서, 모터에 연결된 스크루 축과 서로 맞물리는 맞물림 부재는 피구동 부재의 구동 방향으로 강성을 갖고, 또 피구동 부재의 이동 방향과 직교하는 방향으로 가요성을 갖는 연결 부재에 의해 피구동부에 장착된다. 피구동 부재는 피구동 부재의 구동 방향으로 반동 없이 맞물림 부재를 추종한다. 또한, 스크루 축과 피구동 부재를 지지하는 가이드 부재 간의 평행 오차가 생겨도, 연결 부재를 구부림으로써 이 오차를 흡수할 수 있다.

또, 제3 종래 예로서는, 모터를 이용해 렌즈를 구동하는 렌즈 구동장치가 예를 들면, 일본국 특허 제2890689호에 제안되어 있다.

이 렌즈 구동장치는 렌즈를 보유하는 렌즈 프레임; 이 렌즈 프레임을 광축을 따라 이동 가능하게 렌즈 프레임을 보유하는 2개의 가이드 폴(guide pole)을 포함하는 제1 가이드 수단; 전송 나사를 가지면서 모터 축과 일체화된 구동 축; 원주를 따라 180°이하의 범위 내에 이 구동축 상의 전송 나사와 맞물리는 노치된(notched) 너트를 갖는 구동편; 및 이 구동편을 구동축과 평행하게 활주시켜 회전시키도록 구동편을 보유하는 모터 장착 부재에 배치되는 1개의 가이드 폴을 포함하는 제2 가이드 수단을 포함한다. 상기 구동편은 상기 구동 축에 꽉 끼는 수단으로서 작용하는 암을 갖는다. 상기 구동편과 상기 렌즈 프레임은 광축 방향으로는 간격 없이, 광축과 직각인 방향으로는 간격을 두고 삽입에 의해 서로 맞물린다. 상기 구동축의 회전 시에, 상기 구동편과 상기 렌즈 프레임을 광축을 따라 함께 구동시킴으로써 렌즈를 이동시킨다.

그렇지만, 상기 제2 종래 예에서는, 모터와 가이드 부재가 다른 부재에 장착되어야 하지만, 그러한 장착 구조의 설명은 없다. 또, 맞물림 부재와 피구동 부재는 연결 부재와 서로 장착되어 있고, 피구동 부재 없이 직진 구동 기구를 구성할 수 없다. 특히, 피구동 부재를 신규로 설계하는 경우, 직진 구동 기구도 새롭게 설계해야 한다. 따라서, 설계 부하가 크고, 제품 사이클이 짧은 기기에 이 구조를 적용하는 것은 어렵다.

또, 상기 제3 종래 구조에서는, 상기 제2 종래 예의 피구동 부재에 대응하는 렌즈 및 렌즈 프레임 없이, 직진 구동 기구를 구성할 수 있다. 모터와, 전송 나사를 가지면서 모터와 일체화된 구동축과, 구동편과, 제2 가이드 수단을 포함하는 유닛으로서 직진 구동 기구를 얻을 수 있다. 렌즈 및 렌즈 프레임을 새롭게 설계하는 경우, 직진 구동 기구로서 작용하는 유닛을 그대로 이용하는 것이 가능하다.

그렇지만, 상기 제3 종래 예에서는, 구동편과 렌즈 프레임은 광축 방향으로는 간격 없이, 광축과 직각인 방향으로는 간격을 두고 삽입에 의해 서로 맞물리게 된다. 광축 방향의 맞물림에 대해서는, 삽입 후 반동을 제거하기 위해서 렌즈 및 렌즈 프레임의 중량을 이겨낼 수 있는 소정의 가압력(urging force)이 제공되어야 한다. 또, 모터 유닛은 렌즈 프레임의 광축과 수직인 방향으로부터 렌즈 프레임에 장착되어야 한다. 그러나, 삽입부가 최종 장착 위치로부터 좌우 방향으로 아주 약간 어긋나 있으면, 조립 후에 광축 방향을 따라 가압력을 발생하는 부재에 비틀림의 힘이 인가되어, 렌즈 프레임의 이동 및 부하의 전달에 영향을 주게 된다.

본 발명은, 축 방향의 치수가 작은, 소형, 저비용, 고출력의 스텝핑 모터를 이용해, 피구동 부재를 스무스하고 정확하게 구동하는 구동장치를 제공하는 것을 지향한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 구동장치는, 회전축을 중심으로 회전 가능한 로터, 상기 로터와 함께 회전하는 리이드 스크루, 상기 리이드 스크루와 맞물리며 선단이 볼록하거나 적어도 부분적으로 구형인 출력 부재를 갖는 랙을 포함하는 스텝핑 모터와; 상기 리이드 스크루와 평행하게 설치되는 가이드 부재와; 상기 가이드 부재에 의해 지지되며, 직선으로 이동 가능한 피구동 부재와; 상기 피구동 부재 에 장착되며, 상기 랙과 상기 피구동 부재를 연결하는 스프링 부재를 구비하고, 상기 스프링 부재는 상기 출력 부재의 선단을 상기 피구동 부재에 가압하는 맞물림부를 포함한다.

상기 스프링 부재가 상기 출력 부재의 선단을 가압하는 방향은 상기 피구동 부재의 구동 방향과 실질적으로 같아도 된다.

또, 상기 스프링 부재의 맞물림부는 원형의 구멍 혹은 오목 형상을 포함해도 된다. 상기 스프링 부재는 상기 피구동 부재에 장착되어, 상기 피구동 부재의 구동 방향과 수직인 방향으로 상기 스프링 부재가 장착된 위치를 조정할 수 있다.

또, 상기 스텝핑 모터는, 회전축 방향을 따라 연장되며, 상기 스테이터의 양단에서 스테이터와 일체화되는 제1 외측 자극부와 제2 외측 자극부를 갖는 스테이터와; 상기 제1 외측 자극부와 상기 제2 외측 자극부 사이에 배치되며, 상기 로터와 상기 스테이터 사이에 삽입된 상기 리이드 스크루를 통해서 상기 로터의 일단부에서 상기 스테이터에 의해 회전가능하게 지지되고, 상기 로터의 주위에 마그넷이 장착된 연자성 재료로 이루어진 상기 로터와; 상기 로터의 회전축 방향을 따라 상기 마그넷과 상기 스테이터 사이의 영역에서, 상기 제1 외측 자극부 및 상기 제2 외측 자극부에 각각 감겨 있는 제1 코일 및 제2 코일을 포함해도 된다.

또, 상기 구동장치는 상기 스테이터에 고정되어 상기 마그넷의 일단부를 덮는 것과 동시에, 상기 리이드 스크루가 회전할 수 있도록 리이드 스크루의 일단부를 지지하는 지지 부재와; 상기 지지 부재에 장착되어, 상기 랙이 상기 리이드 스크루의 축과 평행한 방향으로 이동 가능하도록 상기 랙을 지지하는 랙 지지 바를 더 구비해도 된다.

상기 구성에 의하면, 구동에 이용되는 스텝핑 모터에서는, 제1 외측 자극부와 제2의 외측 자극부 사이에 있는 로터의 주위에 마그넷이 고정되어 있다. 따라서, 마그넷의 강도가 증가하고, 내측 자극부를 로터에 형성할 수가 있다. 따라서. 내측 자극부와 마그넷 간의 간격을 마련할 필요가 없어 자기저항을 줄일 수 있다. 이것에 의해 모터 출력을 증가시킬 수가 있다.

또, 상술한 스텝핑 모터에서는, 마그넷의 외주를 따라 간격만을 관리하는 것이다. 따라서, 조립을 용이하게 하여 모터의 불량률도 줄일 수가 있다.

게다가, 제1 코일과 제2 코일은 마그넷에 인접해 대략 동일 평면상에 배치되고, 제1 외측 자극부와 제2 외측 자극부는 동일한 마그넷에 대해서 각각 다른 각도 범위 내에서 대향하도록 구성되어 있다. 따라서, 마그넷의 크기를 축 방향으로 줄일 수 있고 축 방향의 치수가 줄어든 모터를 제공할 수가 있다.

또, 2개의 외측 자극부는 일체로 형성되기 때문에, 2개의 외측 자극부 간의 상대 위치의 오차를 줄일 수 있고, 또 부품 수를 줄일 수 있다. 따라서, 구조가 간단한 저비용의 모터를 제공할 수 있다.

게다가, 이 스텝핑 모터에서는, 스테이터와, 상기 스테이터에 고정된 지지 부재로 로터를 지지한다. 따라서, 그 축 간의 변위를 줄일 수가 있다. 게다가, 마그넷의 외주면과 제1 및 제2 외측 자극부의 내주면 간의 간격을 균일화할 수 있어, 회전의 안전성을 증가시킬 수 있다.

또, 이 스텝핑 모터에서는 직진 구동 기구가 유닛화되어 범용성이 높다.

스텝핑 모터와 피구동 부재는 선단이 구형인 출력 부재와, 구멍을 가진 스프링 부재와 서로 연결되어 있다. 따라서, 스텝핑 모터와 피구동 부재 간 상대 위치 오차를 흡수할 수 있어, 피구동 부재를 안정적으로 구동할 수 있다.

그 결과, 축 방향의 치수가 작은, 소형, 저비용, 고출력의 스텝핑 모터를 이용해 피구동 부재를 스무스하고 정확하게 구동하는 구동장치를 제공할 수가 있다.

또, 피구동 부재를 그것의 지지 부재에 장착하는 방향과 동일 방향으로부터 상기 스프링 부재를 상기 피구동 부재에 장착하는 것이 가능하다. 따라서, 조립이 용이해질 수 있다.

또, 스프링 부재에 의해 출력 부재의 선단을 반동 없이 피구동 부재에 가압하는 것이 가능하고, 또 스프링 부재의 위치 결정이 용이하다.

또, 모터와 피구동 부재 간의 상대 위치가 구동 방향에 수직인 방향으로 오차를 포함해도, 스프링 부재를 피구동 부재에 장착하는 위치를 조정함으로써 오류를 흡수할 수 있다. 따라서, 스프링 부재와 피구동 부재 사이에 랙의 출력 부재의 선단이 배치되도록 스프링 부재를 피구동 부재에 장착할 때, 피구동 부재와 랙에 구동 부하로서 작용하는 비틀림 힘이 발생하는 것을 방지한다.

본 발명의 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 예시한 실시 예의 설명으로부터 분명해질 것이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1 실시 예)

도 1은, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구동장치에 포함된 스텝핑 모터의 구성을 나타내는 분해 사시도이다. 도 2는, 2개의 코일을 통과하는 평면을 따라 취한 조립 상태의 스텝핑 모터의 내부 구조를 나타내는 종단면도이다. 도 3은, 2개의 코일 사이를 지나는 평면을 따라 취한 조립 상태의 스텝핑 모터의 내부 구조를 나타내는 종단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 스텝핑 모터는, 스테이터(1), 제1 베어링(2), 제2 베어링(12), 제1 코일(3), 제2 코일(4), 보빈(5), 마그넷(8), 코어(9), 리이드 스크루 축(10), 앵글 부재(11), 랙(rack;15)을 포함한다.

스테이터(1)는, 연자성 재료로 형성되어 있고, 제1 외측 자극부(1a), 제2 외측 자극부(1b), 평판부(1c), 구멍(1d), 및 돌기(1e, 1f)를 포함한다. 평판부(1c)는, 개구각 θ(도 4 참조)로 구부러진 형상을 갖는 판 모양의 부재이다. 평판부(1c)의 중앙에는, 제1 베어링(2)을 수용하는 구멍(1d)이 형성되어 있다. 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)는, 각각 빗살 형상을 갖고, 평판부(1c)의 양단부에서 단순하게 구부러짐으로써 평판부(1c)와 일체적으로 형성되어, 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)가 제1 리이드 스크루 축(10)과 평행하게 된다. 돌기(1e, 1f)는, 그 선단에서 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)와 각각 일체적으로 형성되어 있다.

스테이터(1)에서, 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)는 평판부(1c)와 일체적으로 형성되어 있다. 이 때문에, 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극 부(1b) 간의 상대 오차가 작게 되어, 조립에 의한 스텝핑 모터 간의 성능의 격차를 줄일 수 있다.

제1 베어링(2)은, 원통 형상을 가지며, 연자성 재료로 형성되어 있다. 제1 베어링(2)은 중앙에 소정의 깊이의 축 구멍(2a)과, 축 방향으로 제1 베어링(2)의 한쪽의 단부에 고정부(2b)를 갖는다. 제1 베어링(2)의 축 구멍(2a)에 리이드 스크루 축(10)이 끼워 맞춰지고, 고정부(2b)가 스테이터(1) 내에 형성된 구멍(1d)에 장착된다. 따라서, 리이드 스크루 축(10)을 회전가능하게 지지한다.

보빈(5)은, 제1 보빈부(5a), 제2 보빈부(5b), 커버부(5c), 및 도웰(dowel; 5d, 5e)을 포함한다. 커버부(5c)는, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)가 내부에 끼워 맞춰질 수 있는 형상을 갖는다. 커버부(5c)는, 스테이터(1)의 평판부(1c) 상에 위치되고, 마그넷(8)의 외주면을 덮으며, 스텝핑 모터의 외관의 일부를 구성한다.

제1 보빈부(5a)는, 커버부(5c)와 일체적으로 형성되어 있고, 제1 코일(3)은 제1 보빈부(5a)에 감겨 있다. 또, 제1 보빈부(5a)는, 제1 외측 자극부(1a)가 축 방향으로 평판부(1c) 부근의 위치에서 끼워 맞춰지는 개구부를 갖는다. 제2 보빈부(5b)는, 커버부(5c)와 일체적으로 형성되어 있고, 제2 코일(4)은 제2 보빈(5b)에 감겨 있다. 또, 제2 보빈부(5b)는, 제2 외측 자극부(1b)가 축 방향으로 평판부(1c) 부근의 위치에서 끼워 맞춰지는 개구부를 갖는다.

보빈(5)의 커버부(5c)의 긴 방향 양측에는, 제1 코일(3)의 코일 단자가 접속되는 2개의 단자 핀(6)(1개만 도시)과, 제2 코일(4)의 코일 단자가 접속되는 2개의 단자 핀(7)이 설치되어 있다. 또한, 보빈(5)의 커버부(5c)의 상면에는, 앵글 부재(11)가 장착되는 위치를 정의하는 2개의 도웰(5d, 5e)이 설치되어 있다.

제1 코일(3)은, 축 방향으로 마그넷(8)과 스테이터(1)의 평판부(1c) 사이의 위치에서, 제1 외측 자극부(1a)의 외주를 따라 제1 보빈부(5a)에 감겨 있다. 제1 코일(3)은, 양단에 설치된 코일 단자를, 보빈(5) 상에 설치된 상술한 2개의 단자 핀(6)에 각각 접속함으로써 통전된다. 이것에 의해, 제1 코일(3)을 통전시킴으로써, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)가 여자된다.

제2 코일(4)은, 축 방향으로 마그넷(8)과 스테이터(1)의 평판부(1c) 사이의 위치에서, 제2 외측 자극부(1b)의 외주를 따라 제2 보빈부(5b)에 감겨 있다. 제2 코일(4)은, 양단에 설치된 코일 단자를, 보빈(5)에 설치된 상술한 2개의 단자 핀(7)에 접속함으로써 통전된다. 이것에 의해, 제2 코일(4)을 통전시킴으로써, 스테이터(1)의 제2 외측 자극부(1b)가 여자된다.

제1 코일(3) 및 제2 코일(4)은, 스테이터(1)의 평판부(1c)의 상면에 서로 인접해 배치된다. 제1 코일(3) 및 제2 코일(4) 사이의 위치에는, 리이드 스크루 축(10) 및 제1 베어링(2)이 서로 인접해 배치된다. 이것에 의해, 2개의 코일 및 마그넷을 모터의 축 방향을 따라 그들 사이에 간격을 두고 배치한 구조와 비교해, 스텝핑 모터의 축 방향 치수를 줄일 수가 있다.

마그넷(8)은, 원통 형상을 갖고, 코어(9)가 끼워 맞춰질 수 있는 내주부(8a)를 갖는다. 마그넷(8)은, 원주 방향을 따라 N분할(극의 수：N)되고, N분할된 부분은 S극과 N극으로 교대로 착자되어 있다. 본 실시 예에서는, 마그넷(8)이 6개의 극 으로 분할되어(극의 수는 6개) S극과 N극으로 교대로 착자되어 있다(도 4 참조). 마그넷(8)의 내주면은, a) 외주면보다 약한 착자 분포를 갖도록 착자되어 있거나, b) 완전히 착자되지 않거나, c) 외주면과 대향하는 극(예를 들면, 외주면이 S극으로 착자되면 N극)으로 착자되어 있다.

코어(9)는, 원통 형상을 가지며, 연자성 재료로 형성되어 있다. 또 코어(9)는 리이드 스크루 축(10)이 끼워 맞춰질 수 있는 구멍(9a)을 갖고, 마그넷(8)의 내주부(8a)에 접착 등에 의해 고정된다. 마그넷(8)과 코어(9)는, 축 방향으로 치수가 동일하며, 그것의 단면이 축 방향의 양단에서 서로 같은 높이가 되도록 고정된다.

리이드 스크루 축(10)은, 연자성 재료로 형성되어 있고, 제1 축부(10a), 제2 축부(10b), 및 외부 나사부(10c)를 포함한다. 제1 축부(10a)는, 튀어나온 선단부가 코어(9)의 구멍(9a)에 끼워 맞춰져 고정되며, 이 선단부는 볼록하거나 구형의 형상을 갖고, 제1 베어링(2)에 의해 회전가능하게 지지된다. 제2 축부(10b)는, 볼록하거나 구형의 선단부를 갖는데, 이 선단부는 제2 베어링(12)에 의해 회전가능하게 지지된다. 외부 나사부(10c)는, 후술하는 랙(15) 상의 돌기(15b)와 맞물림으로써, 리이드 스크루 축(10)이 회전할 때, 랙(15)을 축 방향으로 직진 이동시킨다.

앵글 부재(11)는, 서로 일체로 형성되어 있는, 평판의 상판부(11a), 암부(11b), 보유부(11c)를 포함한다. 또, 상판부(11a)는, 구멍(11d, 11e), 위치 결정부(11f, 11g), 및 구멍(11h, 11i)을 갖는다. 보유부(11c)는, 구멍(11j, 11k)을 갖는다.

상판부(11a) 내에 형성된 구멍(11d, 11e)에는, 스테이터(1)의 제1 외측 자극 부(1a)의 선단에 설치된 돌기(1e)와, 제2 외측 자극부(1b)의 선단에 설치된 돌기(1f)가 각각 삽입되어, 예를 들면 레이저 용접, 코킹 등에 의해 적소에 고정된다. 암부(11b)는, 상판부(11a)의 단부를 따라 직각으로(조립 상태에서는 리이드 스크루 축(10)과 평행한 방향으로) 구부러짐으로써 상판부(11a)와 일체로 형성되어 있다. 보유부(11c)는, 암부(11b)의 단부를 따라 직각으로(상판부(11a)와 평행 방향으로) 구부러짐으로써 암부(11b)와 일체로 형성되어 있다.

상판부(11a)는, 상판부(11a)와 스테이터(1) 사이에 보빈(5)을 보유하는 상태로 스테이터(1)에 고정된다. 상판부(11a)의 위치 결정부(11f, 11g)에는, 보빈(5) 위의 도웰(5d, 5e)이 각각 끼워 맞춰져, 상판부(11a)에 대한 보빈(5)의 위치를 결정한다. 또, 구멍(11h)은 상판부(11a)의 대략 중앙에 형성되어 있고, 리이드 스크루 축(10)의 외부 나사부(10c)의 외경보다 큰 직경을 갖는다.

본 실시 예에서는, 리이드 스크루 축(10)과 코어(9)를 개개의 부품으로서 형성하여 서로 고정한다. 그러나, 리이드 스크루 축(10)과 코어(9)를 하나의 부품으로서 서로 일체로 형성해도 좋다. 리이드 스크루 축(10)과 코어(9)를 개개의 부품으로서 형성하는 경우, 리이드 스크루 축(10)은 강도가 강하면서 내마모성이 뛰어난 JIS(Japanese Industrial Standard)에 따른 SUS 등의 재료로 이루어질 수 있고, 코어(9)는 자기 효율이 좋은 JIS에 따른 SUY 등의 연자성 재료로 이루어질 수 있다. 리이드 스크루 축(10)과 코어(9)를 하나의 부품으로서 서로 일체로 형성한 경우에는, 부품 수를 줄일 수 있기 때문에 비용을 줄일 수가 있다. 또, 코어(9)와 리이드 스크루 축(10) 간의 동축 위치 정밀도를 증가시킬 수 있다.

제2 베어링(12)은, 앵글 부재(11)의 보유부(11c) 내에 형성된 구멍(11k)에 장착된다. 제2 베어링(12)은, 리이드 스크루 축(10)의 제2 축부(10b)를 회전가능하게 지지한다.

축 압착 스프링(13)은, 앵글 부재(11)의 보유부(11c)에 장착된다. 리이드 스크루 축(10)의 제2 축부(10b)의 볼록하거나 구형의 선단부에, 리이드 스크루 축(10)이 축 방향으로 경사진 상태가 되도록 축 압착 스프링(13)을 가압한다. 이 축 압착 스프링(13)은 또한 랙 지지 바(14)가 해제되는 것을 방지하는 역할을 한다.

랙 지지 바(14)는, 앵글 부재(11)의 상판부(11a) 내에 형성된 구멍(11i)과, 보유부(11c) 내에 형성된 구멍(11j)에 장착되어, 랙(15)을 회전 가능하게 지지한다.

랙(15)은, 축 구멍(15a), 돌기(15b), 암부(15c), 출력 부재(15d), 및 스프링 장착부(15e)를 갖는다. 축 구멍(15a)에는, 랙 지지 바(14)가 삽입되고 끼워 맞춰진다. 돌기(15b)는, 리이드 스크루 축(10)의 외부 나사부(10c)와 맞물린다. 암부(15c)는, 스프링 특성을 가지며, 리이드 스크루 축(10)의 외부 나사부(10c)를 암부(15c)와 돌기(15b) 사이에 보유한다. 또, 암부(15c)에는, 랙 압착 스프링(16)의 제1 단부(16a)가 장착된다. 출력 부재(15d)는, 그 선단에 볼록하거나 구형의 형상을 갖고, 리이드 스크루 축(10)의 회전을 구동력으로서 외부 부품으로 전달한다. 스프링 장착부(15e)에는, 랙 압착 스프링(16)의 제2 단부(16b)가 장착된다.

랙 압착 스프링(16)의 제1 단부(16a)를 랙(15)의 암부(15c)에 장착하고, 랙 압착 스프링(16)의 제2 단부(16b)를 랙(15)의 스프링 장착부(15e)에 장착한다. 따라서, 랙 압착 스프링(16)은 랙(15)의 돌기(15b)를 리이드 스크루 축(10)의 외부 나사부(10c)에 누른다.

리이드 스크루 축(10)은, 제1 축부(10a)의 구형의 선단부를 제1 베어링(2) 내에 형성된 구멍(2a)의 저면에 접촉시킴으로써, 축 방향으로 위치 결정된다. 이것에 의해, 리이드 스크루 축(10)이 회전하는 동안 리이드 스크루 축(10)이 축 방향으로 시프트되는 것을 방지하고, 리이드 스크루 축(10)의 외부 나사부(10c)와 맞물리는 랙(15)의 축 방향으로의 전송 정밀도가 증가한다. 또, 축 압착 스프링(13)은, 앵글 부재(11) 내에 형성된 구멍(11k)으로부터 제2 베어링(12)이 해제되는 것도 방지한다.

스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)는, 마그넷(8)의 외주면에 소정의 간격을 두고 대향하고 있다. 제1 외측 자극부(1a)에 대향하는 코어(9)의 부분과, 리이드 스크루 축(10)과, 제1 베어링(2)은, 제1 내측 자극부를 형성한다. 마찬가지로, 제2 외측 자극부(1b)에 대향하는 코어(9)의 부분과, 리이드 스크루 축(10)과, 제1 베어링(2)은 제2 내측 자극부를 형성한다.

이것에 의해, 제1 코일(3)이 통전되면, 제1 외측 자극부(1a)와 제1 내측 자극부를 각각 반대의 극으로 여자해서, 그 자극과 마그넷(8) 간에 마그넷(8)을 통과하는 자속을 발생시킨다. 마찬가지로, 제2 코일(4)이 통전되면, 제2 외측 자극부(1b)와 제2 내측 자극부를 각각 반대의 극으로 여자해서, 그 자극과 마그넷(8) 간에 마그넷(8)을 통과하는 자속을 발생시킨다.

본 실시 예에서는, 마그넷(8)의 내측 자극부를 형성하는 코어(9)와 마그넷(8)의 내주 사이의 공극을 마련할 필요가 없다. 따라서, 제1 외측 자극부(1a)와 코어(9) 간의 거리 및 제2 외측 자극부(1b)와 코어(9) 간의 거리를 줄일 수가 있다. 그 결과, 제1 코일(3), 제1 외측 자극부(1a), 및 제1 내측 자극부를 포함하는 자기회로와, 제2 코일(4), 제2 외측 자극부(1b), 및 제2 내측 자극부를 포함하는 자기회로의 자기 저항을 줄일 수가 있다. 이것에 의해, 스텝핑 모터의 출력을 증가시킬 수가 있다.

또, 본 실시 예에서는, 제1 내측 자극부 및 제2 내측 자극부를, 코어(9), 리이드 스크루 축(10), 및 제1 베어링(2)으로 구성한다. 이와 같이, 로터도 내측 자극부로서 작용한다. 따라서, 제조 비용을 줄일 수가 있다. 또한, 스테이터(1)는, 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)를 평판부(1c)와 직교하는 방향으로 단순히 구부림으로써 형성된다. 따라서, 스테이터(1)는 제조가 용이하고, 제조 비용을 줄일 수가 있다.

또, 본 실시 예에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 마그넷(8)이, 코어(9)의 외주에 고정되어 있기 때문에, 마그넷(8)은 높은 기계적 강도를 갖는다. 또, 코어(9)는, 마그넷(8)의 내주부에서의 S극과 N극 사이의 자기 저항을 줄이는 백 메탈로서 작용한다. 그 때문에, 자기회로의 퍼미언스(permeance) 계수가 증가한다. 따라서, 본 스텝핑 모터가 고온의 환경에서 사용되었을 경우에서도, 감자에 의한 자기적 열화를 줄일 수 있다.

또, 본 실시 예에서는, 마그넷(8)의 외주를 따라 간격만을 관리한다. 따라 서, 스텝핑 모터의 부품을 용이하게 조립할 수 있다.

또, 본 실시 예에서는, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)가, 빗살 형상을 가지며 스텝핑 모터의 축 방향으로 연장된다. 따라서, 스텝핑 모터의 최대 외경(도 4의 L1)을 줄일 수가 있다.

예를 들면, 외측 자극부를 마그넷의 반경 방향으로 연장되는 스테이터 판으로 구성하면, 마그넷을 평면 형상으로 형성해야 하고, 코일을 반경 방향으로 감는다. 그 때문에, 축 방향의 스텝핑 모터의 치수가 줄어들더라도, 스텝핑 모터의 최대 외경은 증가하게 된다.

이것에 대해서, 본 실시 예에 따르면, 스텝핑 모터의 최대 외경(도 4의 L1)은, 마그넷(8)의 직경과, 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)의 두께와, 제1 코일(3) 및 제2 코일(4)의 권선 폭으로 결정된다. 이 권선 폭에 대해서는, 제1 베어링(2)에 인접한 제1 및 제2 코일(3, 4)의 부분이, 반경 방향으로 마그넷(8)과 대략 같은 위치에 있다. 따라서, 스텝핑 모터의 최대 외경을 줄일 수가 있다.

또 본 실시 예에서는, 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)를, 모터의 축 방향으로 연장되는 빗살 형상으로 형성되어 있다. 이것에 의해, 제1 코일(3), 제2 코일(4), 마그넷(8), 및 코어(9)와 리이드 스크루 축(10)을 포함하는 로터를, 모두 한 방향(도 1의 위쪽 방향으로부터)으로부터 조립할 수 있다. 따라서, 조립이 용이할 수 있다.

또, 본 실시 예에 따르면, 보빈(5)에는, 제1 코일(3)과 제2 코일(4)의 양쪽 모두가 감겨 있고, 이 보빈(5)은 마그넷(8)의 외주면을 덮는 커버로서 작용한다. 그 때문에, 제1 및 제2 코일을 다른 보빈에 감는 경우나, 커버를 개개의 부품으로서 마련하는 경우와 비교해, 부품 수 및 비용을 삭감할 수가 있다.

또, 본 실시 예에 따르면, 스텝핑 모터의 최소 외경(도 4의 L2)은, 마그넷(8)의 직경과 보빈(5)의 커버부(5c)의 두께만으로 결정된다. 그 때문에, 스텝핑 모터의 최소 외경(도 4의 L2)은 마그넷(8)의 외경은 가까운 값으로 설정될 수 있다. 따라서, 스텝핑 모터의 최소 외경을 용이하게 줄일 수 있다.

또, 본 실시 예에 따르면, 앵글 부재(11)는, 리이드 스크루 축(10)을 지지하며, 마그넷(8)의 축 방향의 일단면을 덮고, 스테이터(1)와 앵글 부재(11) 사이에 보빈(5)을 고정하는 기능도 한다.

이것에 의해, 스텝핑 모터에 나중에 앵글 부재를 추가로 장착하는 구조와 비교해, 부품 수 및 비용을 줄일 수가 있다. 또, 스텝핑 모터의 축 방향 치수를 더 줄일 수가 있다.

또, 본 실시 예에서는, 리이드 스크루 축(10)은 스테이터(1)와, 스테이터(1)에 고정되는 앵글(11)에 의해 보유된다. 따라서, 2개의 보유 부재의 동축의 어긋남을 줄일 수 있다. 더욱, 마그넷(8)의 외주면과 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)의 내주면 간의 간격을 균일화할 수가 있어 스텝핑 모터의 회전의 안전성을 증가시킬 수 있다.

또, 본 실시 예에서는, 리이드 스크루 축(10)이 스텝핑 모터의 회전축이다. 따라서, 예를 들면, 리이드 스크루 축이 회전축으로부터 개별적으로 설치되는 구조와 달리, 리이드 스크루 축과 회전축을 연결할 필요가 없다. 이것에 의해, 리이드 스크루 축과 회전축을 함께 접합시킬 때 발생하는 중심 변위를 피할 수가 있다. 따라서, 스텝핑 모터의 회전의 안정성을 증가시킬 수 있고, 또 비용을 상당히 줄일 수가 있다.

또, 본 실시 예에서는, 스텝핑 모터가, 리이드 스크루 축(10)과 맞물리는 랙(15)과 랙 지지 바(14)를 포함한다. 따라서, 마그넷(8)의 회전은, 리이드 스크루 축(10)을 통해서 출력될 때 랙(15)의 축 방향 이동으로 변환될 수 있다. 이것에 의해, 본 실시 예의 스텝핑 모터에 의해, 감속기 등의 추가 기구를 이용하지 않고, 예를 들면 렌즈 등의 직진 이동의 스텝 제어를 행하는 것이 가능하다. 즉, 직진 구동 기구가 유닛화될 수 있다. 따라서, 본 실시 예의 구조는 높은 범용성을 갖는다.

다음에, 본 실시 예에 따른 구동장치에 포함된 스텝핑 모터의 특징 및 동작에 대해 도 4 내지 도 7을 참조하면서 설명한다.

먼저, 스텝핑 모터의 특징에 대해 설명한다.

도 4는, 제1 통전 상태의 스텝핑 모터를 도시한 상면도이다. 도 5는, 제2 통전 상태의 스텝핑 모터를 도시한 상면도이다. 도 6은, 제3 통전 상태의 스텝핑 모터를 도시한 상면도이다. 도 7은, 제4 통전 상태의 스텝핑 모터를 도시한 상면도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 마그넷(8)의 외주면 및 내주면이 원주 방향을 따라 등 각도 간격으로 복수개의 부분으로 분할(본 실시 예에서는 6개의 부분)되고, 그 분할된 부분은 S극과 N극으로 교대로 착자되어 있다. S극으로 착자되어 있는 외주면을 따른 부분에 대응하는 내주면의 부분은 N극으로 착자되어 있다. 반대 로, N극으로 착자되어 있는 외주면을 따른 부분에 대응하는, 내주면을 따른 부분은 S극으로 착자되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)는, 마그넷(8)의 회전 중심을 기준으로 θ만큼 서로 위상이 어긋나게 배치되어 있다. 여기서,θ는 (180°-180°/N)로서 결정되고, N은 분할 수이다. 본 실시 예에서는, N=6이므로,θ는 150°로서 산출된다. θ는 (180°-180°/N)로 설정되어 있기 때문에, 도 4에 나타낸 치수 L2(스텝핑 모터의 최소 외경)를 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)는, 축 방향과 직교한 방향으로 마그넷(8)의 동일 면(외주면)에 대해서, 각각 다른 각도 범위(θ만큼 서로 어긋난 위치)에서 대향한다. 이것에 의해, 마그넷(8)의 치수를 축 방향으로 줄일 수 있고, 스텝핑 모터의 치수도 축 방향으로 줄일 수가 있다.

상술한 구성의 큰 특징으로서, 마그넷(8)의 외주면을 따른 특정 부분에 주목하면, 그 부분에는 마그넷(8)이 회전함에 따라 제1 코일(3)에 의해 여자되는 제1 외측 자극부(1a)에 의해 발생한 자속과, 제2 코일(4)에 의해 여자되는 제2 외측 자극부(1b)에 의해 발생한 자속이 교대로 작용한다. 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)가 마그넷(8)의 동일 부분에 작용하도록 자속을 발생하기 때문에, 착자 불균형 등에 의한 악영향을 방지할 수 있고, 스텝핑 모터의 성능을 안정화시킬 수가 있다.

다음에, 스텝핑 모터의 동작에 대해 설명한다.

도 4에 도시한 상태에서, 제1 코일(3)이 정방향으로 통전됨으로써, 제1 외측 자극부(1a)는 N극으로 여자되고, 제1 내측 자극부(제1 외측 자극부(1a)에 대향하는 코어(9)의 부분)는 S극으로 여자되어 있다. 또, 제2 코일(4)이 정방향으로 통전됨으로써, 제2 외측 자극부(1b)는 N극으로 여자되고, 제2 내측 자극부(제2 외측 자극부(1b)에 대향하는 코어(9)의 부분)는 S극으로 여자되어 있다(제1 통전 상태).

다음에, 도 4에 도시한 상태는, 제2 코일(4)의 통전 방향만 역방향으로 해, 제2 외측 자극부(1b)를 S극으로 여자하고, 제2 내측 자극부를 N극으로 여자하도록 변경된다. 따라서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 마그넷(8)은 시계 방향으로 30° 회전한다(제2 통전 상태).

다음에, 도 5에 도시한 상태는, 제1 코일(3)의 통전 방향만 역방향으로 해, 제1 외측 자극부(1a)를 S극으로 여자하고, 제1 내측 자극부를 N극으로 여자하도록 변경된다. 따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 마그넷(8)은 시계 방향으로 더욱 30°회전한다(제3 통전 상태).

다음에, 도 6에 도시한 상태는, 제2 코일(4)의 통전 방향만 정방향으로 해, 제2 외측 자극부(1b)를 N극으로 여자하고, 제1 내측 자극부를 S극으로 여자하도록 변경된다. 따라서, 도 7에 도시한 바와 같이, 마그넷(8)은 시계 방향으로 더욱 30°회전한다(제4 통전 상태).

마찬가지로, 제1 코일(3) 및 제2 코일(4)의 통전 방향을 순차적으로 바꿈으로써, 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)는 각기 다른 타이밍에서 S극과 N극으로 여자된다. 이것에 의해, 마그넷(8)은 통전 위상에 대응하는 위치로 회전된다.

상술한 바와 같이, 본 실시 예에서는, 제1 통전 상태에서 제1 코일(3)과 제2 코일(4)을 모두 정방향으로 통전한다. 제2 통전 상태에서는, 제1 코일(3)을 정방향으로 통전하고, 제2 코일(4)을 역방향으로 통전한다. 제3 통전 상태에서는 제1 코일(3)과 제2 코일(4)을 모두 역방향으로 통전한다. 제4 통전 상태에서는, 제1 코일(3)을 역방향으로 통전하고, 제2 코일(4)을 정방향으로 통전한다. 이와 같이, 통전 상태를, 제1 통전 상태→제2 통전 상태→제3 통전 상태→제4 통전 상태의 순으로 전환해, 마그넷(8)을 회전시킨다.

상기의 통전 상태는 또한 다음과 같이 전환될 수 있다. 즉, 제5 통전 상태에서, 제1 코일(3)과 제2 코일(4)을 모두 정방향으로 통전한다. 제6 통전 상태에서는, 제1 코일(3)을 정방향으로 통전하고, 제2 코일(4)을 비통전 상태로 설정한다. 제7 통전 상태에서는, 제1 코일(3)을 정방향으로 통전하고, 제2 코일(4)을 역방향으로 통전한다. 제8 통전 상태에서는, 제1 코일(3)을 비통전 상태로 설정하고, 제2 코일(4)을 역방향으로 통전한다. 이와 같이, 제5 통전 상태→제6 통전 상태→제7 통전 상태→제8 통전 상태의 순으로 통전 상태를 전환해도 괜찮다. 이것에 의해, 마그넷(8)은 통전 위상에 대응하는 회전 위치로 회전된다.

다음에, 마그넷(8)과, 제1 외측 자극부(1a)와, 제2 외측 자극부(1b) 간의 위치 관계에 대해 설명한다.

상술한 것처럼, 제1 통전 상태, 제2 통전 상태, 제3 통전 상태, 및 제4 통전 상태로 통전 상태를 전환하면, 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b)가, 교대로 여자되는 극성이 전환된다.

도 4에 도시한 상태에서, 제1 코일(3)을 정방향으로 통전하여, 제1 외측 자극부(1a)를 N극으로 여자함으로써, 마그넷(8)에는 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(S극의 부분)이 일치하도록 도면에서 시계 방향의 회전력이 발생한다. 또, 제2 코일(4)이 정방향으로 통전되어, 제2 외측 자극부(1b)를 N극으로 여자함으로써, 마그넷(8)에는 또한 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(S극 부분)이 일치하도록 도면에서 반시계 방향의 회전력이 발생한다.

양 코일이 통전되면, 마그넷(8)에 인가된 회전력이 서로 균형을 유지하고, 마그넷(8)은 이동하지 않는다. 도 4에는 이 상태가 도시되어 있다. 양 코일이 동일한 양의 통전 전류를 수용할 때는, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(S극의 중심) 간의 위상 차와, 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(S극의 중심) 간의 위상 차는, 모두 약 15°이다.

도 4에 도시한 상태가, 제2 코일(4)의 통전 방향을 바꿈으로써 변경되면, 제2 외측 자극부(1b)는 S극으로 여자되고, 마그넷(8)에는, 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(N극 부분)이 일치하도록 도면에서 시계 방향의 회전력이 발생한다. 이때, 제1 코일(3)의 통전 방향은 정방향으로 계속해서 설정되어 있기 때문에, 마그넷(8)에는, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(S극 부분)이 일치하도록 계속해서 시계 방향의 회전력이 발생한다. 이것에 의 해, 도 4에 도시한 상태로부터, 마그넷(8)은 시계 방향으로 회전을 시작한다.

도 4에 도시한 상태로부터, 마그넷(8)이 약 15°회전하면, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(S극 부분)이 일치하게 된다. 이때, 제2 외측 자극부(1b)의 중심은, 마그넷(8)의 착자부 간의 경계(S극과 N극의 경계)와 일치한 상태이며, 마그넷(8)을 더욱 시계 방향으로 회전시키는 회전력이 발생한다. 그리고, 마그넷(8)은, 그 상태로부터 약 15°더 회전하면, 즉, 마그넷(8)이 도 4에 도시한 상태로부터 약 30°회전하면, 양 코일에 의해 인가된 회전력이 서로 균형을 유지하고, 마그넷(8)은 이동을 정지한다. 이 상태는 도 5에 도시되어 있다.

도 5에 도시한 상태로부터, 제1 코일(3)의 통전 방향을 역방향으로 바꾸면, 제1 외측 자극부(1a)는 S극으로 여자되고, 마그넷(8)에는, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(N극 부분)이 일치하도록 도면에서 시계 방향의 회전력이 발생한다. 이때, 제2 코일(4)의 통전 방향은 계속해서 역방향으로 설정되기 때문에, 마그넷(8)에는, 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(N극 부분)이 일치하도록 계속해서 시계 방향의 회전력이 발생한다. 이것에 의해, 도 5에 도시한 상태로부터, 마그넷(8)은 시계 방향으로 회전을 시작한다.

도 5에 도시한 상태로부터, 마그넷(8)이 약 15°회전하면, 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(N극의 중심)이 일치하게 된다. 이때, 제1 외측 자극부(1a)의 중심은, 마그넷(8)의 착자부 간의 경계(S극과 N극의 경계)와 일치한 상태이며, 마그넷(8)을 더욱 시계 방향으로 회전시키는 회전력이 발생한다. 그리고, 마그넷(8)은, 그 상태로부터 약 15° 더 회전하면, 즉 마그넷(8)이 도 5에 도시한 상태로부터 약 30°회전하면, 양 코일에 의해 인가된 회전력이 서로 균형을 유지하고, 마그넷(8)은 이동을 정지한다. 이 상태는 도 6에 나타나 있다.

도 6에 도시한 상태로부터, 제2 코일(4)의 통전 방향을 정방향으로 바꾸면, 제2 외측 자극부(1b)는 N극으로 여자되고, 마그넷(8)에는, 제2 외측 자극부(1b)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(S극의 중심)이 일치하도록 도면에서 시계 방향의 회전력이 발생한다. 이때, 제1 코일(3)의 통전 방향은 계속해서 역방향으로 설정되기 때문에, 마그넷(8)에는, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(N극 부분)이 일치하도록 계속해서 시계 방향의 회전력이 발생한다. 이것에 의해, 도 6에 도시한 상태로부터, 마그넷(8)은 시계 방향으로 회전을 시작한다.

도 6에 도시한 상태로부터, 마그넷(8)이 시계 약 15°회전하면, 제1 외측 자극부(1a)의 중심과 마그넷(8)의 착자부의 중심(N극 부분)이 일치한 상태가 된다. 이때, 제2 외측 자극부(1b)의 중심은, 마그넷(8)의 착자부 간의 경계(S극과 N극의 경계)와 일치한 상태이며, 더욱 시계 방향으로 마그넷(8)을 회전시키는 회전력이 발생한다. 그리고, 마그넷(8)은, 그 상태로부터 약 15°더 회전하면, 즉 마그넷(8)이 도 6에 도시한 상태로부터 약 30°회전하면, 양 코일에 의해 인가된 회전력이 균형을 유지하고, 마그넷(8)은 이동을 정지한다. 이 상태가 도 7에 도시되어 있다.

다음에, 본 실시 예에 따른 구동장치에 포함된 스텝핑 모터와 경통 간의 연결에 대해 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한다.

도 8은, 본 실시 예에 따른 구동장치를 도시한 분해 사시도이며, 도 9는 도 8에 도시한 구동장치에 포함된 스텝핑 모터와 경통을 서로 연결하는 연결부를 도시 한 종단면도이다.

도 8에서, M는 상술한 본 실시 예에 따른 구동장치에 포함된 스텝핑 모터이다.

경통(18)은, 원통 형상을 갖고, 렌즈(17)는 경통(18) 내부에 설치되어 있다. 경통(18)은 축 구멍(18a), 돌기(18b), 스프링 장착부(18c), 및 랙 접촉부(18d)를 갖는다.

경통 지지 바(19)는, 경통(18) 내에 형성된 축 구멍(18a)에 삽입되고, 경통(18)을 렌즈(17)의 광축 방향으로 이동 가능하게 지지한다.

경통 억제 바(20)는, 경통(18) 위의 돌기(18b)에 끼워 맞춰지고, 경통(18)이 경통 지지 바(19)를 중심으로 해 회전하는 것을 억제한다.

따라서, 경통(18)은, 경통 지지 바(19)와 경통 억제 바(20)에 의해, 경통(18)이 광축 방향으로 이동 가능하도록 지지된다.

연결 스프링(21)은, 2개의 구멍(21a, 21b)을 갖는 판 스프링이다.

연결 스프링(21)은 스크루(23)와 스프링 압착 부재(22)에 의해 경통(18)의 스프링 장착부(18c)에 고정된다.

스텝핑 모터 M에 포함된 랙(15)의 출력 부재(15d)는 선단이 구면 형상으로 되어 있다. 연결 스프링(21)을 경통(18)의 스프링 장착부(18c)에 고정할 때, 연결 스프링(21)은 내부에 형성된 구멍(21b)이 출력 부재(15d)의 구면부와 접촉하도록 위치 결정된다. 연결 스프링(21)은 렌즈(17)가 고정된 경통(18)의 중량보다 큰 힘으로 경통(18)의 랙 접촉부(18d)에 랙(15)의 출력 부재(15d)를 가압한다. 따라서, 랙(15)이 광축 방향으로 직진 이동하면, 렌즈(17)가 고정된 경통(18)은 지연 없이 랙(15)을 추종해 광축 방향으로 직진 이동한다.

연결 스프링(21) 내에 형성된 구멍(21a)의 직경은 스크루(23)의 외경보다 크기 때문에, 연결 스프링(21)이 경통(18)에 장착되는 위치를 미세하게 조정할 수가 있다. 스텝핑 모터 M와 경통(18) 간의 상대 위치가 구동 방향(광축 방향)과 수직인 방향으로 오차를 포함하는 경우, 구멍(21b)의 사방이 출력 부재(15d)의 구면부와 접촉하도록 연결 스프링(21)이 경통(18)에 장착되는 위치를 조정한다. 따라서, 경통(18)과 랙(15)에 구동 부하로서 작용하는 비틀림 힘이 발생하는 것이 방지된다.

또, 연결 스프링(21) 내에 형성된 구멍(21b)은 원형 형상을 가지며, 이 구멍(21b)은 출력 부재(15d)의 구면부와 접하게 된다. 따라서, 연결 스프링(21)에 의해 랙(15)을 반동 없이 경통(18)에 가압할 수 있고, 연결 스프링(21)의 위치를 용이하게 결정할 수 있다. 구멍(21b)이 원형 형상을 갖는 한 구멍(21b)이 연결 스프링(21)을 통해서 연장될 필요가 없고, 구멍(21b)은 또한 오목한 형상으로서 형성되어도 좋다. 상술한 연결 구조를 사용하기 때문에, 예를 들면, 랙(15)과 랙 지지 바(14) 사이의 끼워 맞춤 반동이 큰 경우에서도, 반동을 흡수해 경통(18)을 광축 방향으로 정밀하고 안정적으로 구동할 수 있다. 따라서, 랙(15)과 랙 지지 바(14)의 끼워 맞춤 길이를 줄일 수 있고, 스텝핑 모터 M의 축 방향 치수를 줄이더라도, 경통(18)을 광축 방향으로 정확하게 안정적으로 구동할 수 있다.

연결 스프링(21)을 경통(18)에 장착할 때는, 경통(18)을 경통 지지 바(19)에 장착하는 처리와 마찬가지로, 연결 스프링(21)을 광축 방향으로부터 장착하는 것이 가능하다. 따라서, 조립이 용이하다. 스텝핑 모터 M을, 광축 방향으로부터 경통(18)에 장착한 후에, 연결 스프링(21)과 경통(18) 사이에 출력 부재(15d)를 배치하도록 연결 스프링(21)을 장착할 수 있다. 또, 연결 스프링(21)을 경통(18)에 장착한 후에, 연결 스프링(21)과 경통(18)의 랙 접촉부(18d) 사이에 출력 부재(15d)를 배치하도록 광축과 수직한 방향으로부터(연결 스프링(21)의 측면으로부터) 스텝핑 모터 M을 장착하는 것도 가능하다. 따라서, 조립 자유도가 높다.

또, 연결 스프링(21)은 구멍이 내부에 형성된 단순한 판 형상을 갖기 때문에, 비용이 낮다.

이상 설명한 것처럼, 본 실시 예에 의하면, 구동장치에 포함된 스텝핑 모터 M은, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a)와 제2 외측 자극부(1b) 사이에 배치된 로터(리이드 스크루 축(10) 및 코어(9))의 외주에 마그넷(8)을 고정하도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 마그넷(8)은 높은 기계적 강도를 갖는다. 또, 로터가 내측 자극부로서도 작용하여, 마그넷(8)과 내측 자극부 사이에 간격을 마련하는 것이 불필요하다. 이 결과, 자기저항을 줄일 수가 있어, 스텝핑 모터 M의 출력을 향상시킬 수가 있다.

또, 스텝핑 모터 M은, 그 외경이 마그넷(8)의 직경과 보빈(5)의 커버부(5c)의 두께만으로 결정되도록 구성되어 있다. 또, 스테이터(1)의 제1 외측 자극부(1a) 및 제2 외측 자극부(1b)를, 스텝핑 모터 M의 축 방향으로 연장되도록 빗살 형상으로 형성하고, 제1 코일(3)과 제2 코일(4)을 대략 동일 평면상에 배치한다. 이것에 의해, 스텝핑 모터 M의 외경 및 축 방향 치수를 줄일 수 있다. 따라서, 스텝핑 모 터 M의 전체 크기를 줄일 수가 있다.

또, 리이드 스크루 축(10)을 지지하는 앵글 부재(11)가 마그넷(8)의 일단면을 덮기 때문에, 상판을 추가로 사용할 필요가 없다. 더욱, 스텝핑 모터에 추가로 앵글 부재를 장착하는 구조와 비교해, 스텝핑 모터 M의 축 방향 치수를 줄일 수 있다. 따라서, 스텝핑 모터 M의 크기 및 비용을 줄일 수가 있다.

또, 스테이터(1)와, 스테이터(1)에 고정된 앵글 부재(11)에 의해, 리이드 스크루 축(10)을 지지하기 때문에, 2개의 지지 부재의 동축의 어긋남을 줄일 수가 있다. 이것에 의해, 마그넷 외주면과 제1 및 제2 외측 자극부의 내주면 간의 간격을 균일화할 수가 있어, 스텝핑 모터 M의 회전의 안정성을 증가시킬 수 있다.

또, 리이드 스크루 축(10)은 스텝핑 모터 M의 회전축이다. 따라서, 예를 들면, 리이드 스크루 축이 회전축으로부터 개별적으로 설치되는 구조와 달리, 리이드 스크루 축과 회전축을 연결할 필요가 없다. 이것에 의해, 리이드 스크루 축과 회전 축을 함께 접합시킬 때 발생하는 중심 변위를 피할 수가 있다. 따라서, 스텝핑 모터 M의 회전의 안전성을 증가시킬 수 있고, 비용을 상당히 줄일 수 있다.

또, 스텝핑 모터 M는 랙(15)과 랙 지지 바(14)를 포함하기 때문에, 마그넷(8)의 회전을, 랙(15)의 축 방향 이동으로 변환하여 리이드 스크루 축(10)을 통해서 출력하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 스텝핑 모터 M에 의해, 감속기 등의 추가적인 기구를 이용하는 일없이, 예를 들면 렌즈 등의 직진 이동의 스텝 제어를 수행하는 것이 가능하다.

또, 본 실시 예에 의하면, 연결 스프링(21)이 경통(18)에 장착되는 위치를 미세하게 조절할 수 있다. 스텝핑 모터 M와 경통(18) 간의 상대 위치가 구동 방향(광축 방향)과 수직인 방향으로 오차를 포함하더라도, 연결 스프링(21)이 장착되는 위치를 조정함으로써, 경통(18)과 랙(15)에 비틀림 힘이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또, 연결 스프링(21) 내에 형성된 구멍(21a)은 원형 형상을 갖고, 이 구멍(21a)은 출력 부재(15d)의 구면부와 접하게 된다. 따라서, 반동을 흡수할 수 있어, 연결 스프링(21)에 의해 반동 없이 랙(15)을 경통(18)에 가압하는 것이 가능하다. 또, 연결 스프링(21)의 위치 결정이 용이해져, 경통(18)을 정확하게 안정적으로 광축 방향으로 구동하는 것이 가능하다.

광축 방향으로부터 혹은 광축과 수직인 방향으로부터 스텝핑 모터 M를 경통(18)에 장착하는 것이 가능하다. 따라서, 조립 자유도가 높다.

상술한 효과는, 축 방향의 치수가 작은, 소형, 저비용, 고출력의 스텝핑 모터를 이용해, 광학 부재를 스무스하고 정확하게 구동하는 구동장치를 제공하는 본 실시예의 구조에 의해 획득된다.

(다른 실시 예)

광학 부재의 구동장치는 상기 제1 실시 예에 따른 리이드 스크루를 갖는 스텝핑 모터를 포함하지만, 본 발명은, 이 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은, 개시된 실시 예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되는 것이 아니라는 것을 알아야 한다. 이하의 특허 청구의 범위는 모든 변형, 균등 구조 및 기능을 내포하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 축 방향의 치수가 작은, 소형, 저비용, 고출력의 스텝핑 모터를 이용해, 광학 부재를 스무스하고 정확하게 구동하는 구동장치를 제공할 수 있다.

Claims

회전축을 중심으로 회전 가능한 로터, 상기 로터와 함께 회전하는 리이드 스크루, 상기 리이드 스크루와 맞물리며 선단이 볼록하거나 적어도 부분적으로 구형인 출력 부재를 갖는 랙을 포함하는 스텝핑 모터와,

상기 리이드 스크루와 평행하게 설치되는 가이드 부재와,

상기 가이드 부재에 의해 지지되며, 직선으로 이동 가능한 피구동 부재와,

상기 피구동 부재에 장착되며, 상기 랙과 상기 피구동 부재를 연결하는 스프링 부재를 구비하고,

상기 스프링 부재는 상기 출력 부재의 선단을 상기 피구동 부재에 가압하는 맞물림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스프링 부재가 출력 부재의 선단을 가압하는 방향은 상기 피구동 부재의 구동 방향과 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 1 항에 있어서

상기 스프링 부재의 맞물림부는 원형의 구멍 또는 오목 형상을 포함하는 것 을 특징으로 하는 구동장치.
제 2 항에 있어서

상기 스프링 부재는 상기 피구동 부재에 장착되어, 상기 피구동 부재의 구동 방향과 수직인 방향으로 상기 스프링 부재가 장착되는 위치를 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스텝핑 모터는,

회전축 방향을 따라 연장되며, 상기 스테이터의 양단에서 스테이터와 일체화되는 제1 외측 자극부와 제2 외측 자극부를 갖는 스테이터와,

상기 제1 외측 자극부와 상기 제2 외측 자극부 사이에 배치되며, 상기 로터와 상기 스테이터 사이에 삽입된 상기 리이드 스크루를 통해서 상기 로터의 일단부에서 상기 스테이터에 의해 회전가능하게 지지되고, 상기 로터의 주위에 마그넷이 장착된 연자성 재료로 이루어진 상기 로터와,

상기 로터의 회전축 방향을 따라 상기 마그넷과 상기 스테이터 사이의 영역에서, 상기 제1 외측 자극부 및 상기 제2 외측 자극부에 각각 감겨 있는 제1 코일 및 제2 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제 5 항에 있어서

상기 스테이터에 고정되어 상기 마그넷의 일단부를 덮는 것과 동시에, 상기 리이드 스크루가 회전할 수 있도록 리이드 스크루의 일단부를 지지하는 지지 부재와,

상기 지지 부재에 장착되어, 상기 랙이 상기 리이드 스크루의 축과 평행한 방향으로 이동 가능하도록 상기 랙을 지지하는 랙 지지 바를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 구동장치.