JP2006340444A

JP2006340444A - 駆動装置

Info

Publication number: JP2006340444A
Application number: JP2005159857A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Aoshima; 力青島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: KR20060125524A; CN1874122B; CN101895186B; KR100820269B1; US7312543B2; US20060267421A1; EP1729403A2; EP1729403B1; EP1729403A3; CN1874122A; CN101895186A; JP4455407B2

Abstract

【課題】軸方向の寸法が非常に小さい薄型形状で、且つ摩擦によるトルクロスが小さく高出力な、且つ組み立てが容易で安価な駆動装置を提供する。
【解決手段】ステッピングモータは、着磁部１ｅを有するマグネット１、第１のコイル２、第２のコイル４、第１の磁極部７ａ〜７ｅを有する第１のヨーク７、第２の磁極部９ａ〜９ｅを有する第２のヨーク９、マグネット１の面１ｆに固定され第３の磁極部を有する回転ヨーク８を備える。第１のコイル２をマグネット外周面外側に且つマグネット１と同心に配置する。第２のコイル４をマグネット内周面内側に且つマグネット１と同心に配置する。第１の磁極部７ａ〜７ｅ、第２の磁極部９ａ〜９ｅを着磁部１ｅに所定の隙間で対向させる。第１のヨーク７の円筒部７ｆと回転ヨーク８の最外径部８ｆを半径方向に隙間Ｌ１で対向させ、第２のヨーク９の円筒部９ｆと回転ヨーク８の平面部８ｇを軸方向に隙間Ｌ２で対向させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄型の円盤形状のステッピングモータ或いはアクチュエータに適用される駆動装置に関する。

従来、小型モータに適する形態としてブラシレスタイプのモータを挙げることができる。ブラシレスタイプのモータで駆動回路の単純なものとしては、例えば図１６に示すような永久磁石を用いた小型円筒形状のステッピングモータがある。

図１６は、従来例に係るステッピングモータの内部構造を示す断面図である。

図１６において、ボビン１０１には、ステータコイル１０５が同心状に巻回され、ボビン１０１は、２個のステータヨーク１０６で軸方向から挟持固定されている。ステータヨーク１０６には、ボビン１０１の内径面の円周方向にステータ歯１０６ａと１０６ｂが交互に配置されている。ケース１０３には、ステータ歯１０６ａまたは１０６ｂと一体のステータヨーク１０６が固定されることで、ステータ１０２が構成されている。

２組のケース１０３のうち一方のケース１０３には、フランジ１１５と軸受１０８が固定され、他方のケース１０３には、他の軸受１０８が固定されている。ロータ１０９は、ロータ軸１１０に固定されたロータ磁石１１１から構成される。ロータ磁石１１１は、ステータ１０２のステータヨーク１０６ａと放射状の空隙部を形成している。そして、ロータ軸１１０は、２個の軸受１０８の間に回転可能に支持されている。

上記構造を有するステッピングモータの変形例として、光制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。光制御装置は、ステッピングモータに連結するシャッタ羽根をステップ的に開閉させて光の通過量を制御するものである。また、別の変形例として、中空形モータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。中空形モータは、ステッピングモータをリング状の構造として、その中央部の空洞を光等が通過可能としたものである。

また、銀塩フィルムを用いるカメラのシャッタ或いは絞り調節機構や、デジタルカメラのシャッタにおいて、撮影レンズを小型化及び短軸化しようとすると、シャッタ或いは絞り調節機構の前後に撮影レンズを位置せざるを得なくなる。そのため、モータの高出力化と共に、シャッタ或いは絞り調節機構の光軸方向に関する薄型化が望まれている。

しかしながら、上記図１６に示した従来の小型円筒形状のステッピングモータは、ロータ１０９の外周にケース１０３、ボビン１０１、ステータコイル１０５、ステータヨーク１０６が同心状に配置されている。そのため、ステッピングモータの外形寸法が大きくなってしまう欠点がある。また、ステータコイル１０５への通電により発生する磁束は、図１７に示すように、主としてステータ歯１０６ａの端面１０６ａ１とステータ歯１０６ｂの端面１０６ｂ１とを通過する。そのため、磁束がロータ磁石１１１に効果的に作用しないので、ステッピングモータの出力は高くならないという欠点がある。

また、上記特許文献１記載の光制御装置及び上記特許文献２記載の中空形モータにおいても、上記と同様に、ロータ磁石の外周にステータコイル及びステータヨークが配置されている。そのため、モータの外形寸法が大きくなると共に、ステータコイルへの通電により発生する磁束がロータ磁石に効果的に作用しない。

一般に、カメラでは、モータにより絞り羽根やシャッタや撮影レンズ等を駆動する機構を用いている。しかし、上記図１６に示したようなタイプのモータをカメラの鏡筒内で光軸と平行になるように配置し、絞り羽根やシャッタや撮影レンズ等の駆動に用いようとした場合、この種のモータは、中実の円筒形状であるため次のような問題がある。鏡筒の半径寸法は、撮影レンズの半径寸法や絞り開口部の半径寸法にモータの直径を加えた値になることから、鏡筒の直径を十分小さい値にすることはできない。また、この種のモータは、光軸方向の寸法が長くなってしまい、撮影レンズを絞り羽根或いはシャッタ羽根の近くまで配置することは困難である。

他方、図１８及び図１９に示すような軸方向寸法を短くした薄型のモータが提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。

図１８は、従来例に係るブラシレスモータの構成を示す斜視図であり、図１９は、ブラシレスモータの内部構造を示す断面図である。

図１８及び図１９において、ブラシレスモータは、複数のコイル３０１、３０２、３０３と、円盤形状のマグネット３０４等から構成される。コイル３０１〜３０３は、薄型コイン形状であり、その軸はマグネット３０４の軸と平行に配置されている。一方、マグネット３０４は、その円盤の軸方向に着磁されており、着磁面とコイル３０１〜３０３の軸は対向するように配置されている。

この場合、コイル３０１〜３０３から発生する磁束は、図１９中の矢印で示すように、完全には有効にマグネット３０４に作用しない。また、マグネット３０４が発生する回転力の中心は、各コイル３０１〜３０３の中心の位置であり、モータの外径からＬだけ離れた位置となる。そのため、モータの大きさの割には、発生するトルクは小さくなってしまう。また、モータの中心部付近までコイル３０１〜３０３が占有しているので、モータ内に別の部品を配置することは困難である。

更には、複数のコイル３０１〜３０３が必要であることから、コイル３０１〜３０３への通電制御が複雑になったり、コストが上昇したりする欠点がある。また、コイル３０１〜３０３とマグネット３０４が回転軸に対して平行方向に重ねて配置されている。そのため、該モータをシャッタや絞り調節機構に用いた場合に、モータは光軸方向の寸法が長くなってしまい、撮影レンズを絞り羽根或いはシャッタ羽根の近くまで配置することは困難である。

本出願人は、このような問題点を解決するために以下のようなモータを提案している（例えば、特許文献５参照）。

該モータは、マグネット、第１及び第２のコイル、第１乃至第４の磁極部から構成される。マグネットは、中空円盤形状に形成され、中心の仮想軸に対して直交する第１の平面、該仮想軸に対して直交する第２の平面、外周面、内周面からなる。また、マグネットは、その中心を回転中心として回転可能に保持されると共に、少なくとも回転中心の仮想軸に対して垂直な面が、該仮想軸を中心とする角度方向（周方向）に分割して異なる極に交互に着磁されている。第１のコイルは、マグネットの外周面の外側に配置され、第２のコイルは、マグネットの内周面の内側に配置されている。

第１の磁極部は、マグネットの回転中心の仮想軸に対して垂直な一方の面に所定の隙間をもって対向し、第１のコイルにより励磁される。第２の磁極部は、マグネットの回転中心の仮想軸に対して垂直な他方の面に所定の隙間をもって対向し、第１のコイルにより励磁される。第３の磁極部は、マグネットの回転中心の仮想軸に対して垂直な一方の面に所定の隙間をもって対向し、第２のコイルにより励磁される。第４の磁極部は、マグネットの回転中心の仮想軸に対して垂直な他方の面に所定の隙間をもって対向し、第２のコイルにより励磁される。このタイプのものを説明の簡易化のため第１の従来例と呼ぶことにする。

上記構成において、ステッピングモータの軸方向の長さは、マグネット厚さと厚さ方向に対向する磁極部で決められ、ステッピングモータの軸方向の寸法は、非常に小さくできる。また、第１のコイルにより発生する磁束は、第１の磁極部と第２の磁極部との間にあるマグネットを横切るので、効果的に作用する。第２のコイルにより発生する磁束は、第３の磁極部と第４の磁極部との間にあるマグネットを横切るので、効果的に作用する。これにより、高出力なモータとすることができる。

また、上記特許文献５記載のモータと同様な方式のアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献６参照）。該アクチュエータは、マグネット、コイル、第１及び第２の磁極部から構成される。マグネットは、中空円盤形状に形成され、中心の仮想軸に対して直交する第１の平面、該仮想軸に対して直交する第２の平面、外周面、内周面からなる。また、マグネットは、その中心を回転中心として回転可能に保持されると共に、少なくとも回転中心の仮想軸に対して垂直な面が、該仮想軸を中心とする角度方向（周方向）に分割して異なる極に交互に着磁されている。コイルは、マグネットの外周面の外側に配置されている。

第１の磁極部は、マグネットの回転中心の仮想軸に対して垂直な一方の面に所定の隙間をもって対向し、コイルにより励磁される。第２の磁極部は、マグネットの回転中心の仮想軸に対して垂直な他方の面に所定の隙間をもって対向し、コイルにより励磁される。このタイプのものを説明の簡易化のため第２の従来例と呼ぶことにする。

また、上記特許文献６記載のアクチュエータに類似したものとして、コイルをマグネットの内周側に配置する以下の構成も考えられる。該アクチュエータは、マグネット、コイル、第１及び第２の磁極部から構成される。マグネットは、中空円盤形状に形成され、中心の仮想軸に対して直交する第１の平面、仮想軸に対して直交する第２の平面、外周面、内周面からなる。また、マグネットは、その中心を回転中心として回転可能に保持されると共に、少なくとも回転中心の仮想軸に対して垂直な面が、該仮想軸を中心とする角度方向（周方向）に分割して異なる極に交互に着磁されている。

コイルは、マグネットの内周面の内側に配置されている。第１の磁極部は、マグネットの回転中心の仮想軸に対して垂直な一方の面に所定の隙間をもって対向し、コイルにより励磁される。第２の磁極部は、マグネットの回転中心の仮想軸に対して垂直な他方の面に所定の隙間をもって対向し、コイルにより励磁される。このタイプのものを説明の簡易化のため第３の従来例と呼ぶことにする。
特公昭５３−２７７４号公報特開昭５７−１６６８４７号公報特開平７−２１３０４１号公報特開２０００−５０６０１号公報特開２００３−２１９６２３号公報特開２００４−４５６８２号公報

しかしながら、上記第１の従来例（特許文献５）のモータは、出力手段となる回転体、即ちマグネットは、第１乃至第４の磁極部と隙間をもって対向している。従って、モータの軸方向の厚みは、少なくとも、第１の磁極部、マグネットと第１の磁極部の隙間、マグネット、マグネットと第２磁極部の隙間、第２の磁極部の合計の寸法となってしまう。もしくは、第３の磁極部、マグネットと第３の磁極部の隙間、マグネット、マグネットと第４の磁極部の隙間、第４磁極部の合計の寸法となってしまう。

また、マグネットの回転出力は、第１の磁極部と第３の磁極部の間や、第２の磁極部と第４の磁極部の間からピン等で取り出す必要がある。通常のモータのように回転軸として出力を取り出す場合には、上記ピンに係合する円盤等の部材を更に必要とし、更にモータの厚みが大きくなってしまう場合がある。

また、上記第２の従来例（特許文献６）のアクチュエータも、同様に、出力手段となる回転体、即ちマグネットは、第１及び第２の磁極部と隙間をもって対向している。従って、モータの軸方向の厚みは、少なくとも、第１の磁極部、マグネットと第１の磁極部の隙間、マグネット、マグネットと第２の磁極部の隙間、第２の磁極部の合計の寸法となってしまう。

また、上記第３の従来例のアクチュエータは、出力手段となる回転体、即ちマグネットの回転出力は、第１の磁極部や第２の磁極部の櫛歯の間やマグネットの外周側からピン等で取り出す必要がある。そのため、回転出力を取り出す位置が規制され、アクチュエータを使用する場合の自由度が限られてしまう場合がある。また、マグネットは、コイルの外側のボビン等の部材に嵌合しているため、摩擦が大きくなってしまい、安定した性能を得ることが困難な場合もある。

本発明の目的は、軸方向の寸法が非常に小さい薄型形状で、且つ摩擦によるトルクロスが小さく高出力な、且つ組み立てが容易で安価な駆動装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、円環形状を有し、回転可能に保持されると共に回転中心の仮想軸に対して略垂直な少なくとも一方の面が異なる極に交互に着磁されたマグネットと、前記マグネットの前記仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、前記マグネットと同心に配置されるコイルと、前記マグネットの前記仮想軸に対して略垂直な一方の面に所定の隙間をもって対向し、前記マグネットの径方向に延出する櫛歯形状の磁極歯を有すると共に前記コイルにより励磁される第１の磁極部と、前記マグネットの前記仮想軸に対して略垂直な他方の面に固定され、前記マグネットと一体的に回転されると共に前記コイルにより励磁される第２の磁極部と、を備えることを特徴とする。

上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、円環形状を有し、回転可能に保持されると共に回転中心の仮想軸に対して略垂直な少なくとも一方の面が異なる極に交互に着磁されたマグネットと、前記マグネットの前記仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、前記マグネットの外周面の外側に且つ前記マグネットと同心に配置される第１のコイルと、前記マグネットの前記仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、前記マグネットの内周面の内側に且つ前記マグネットと同心に配置される第２のコイルと、前記マグネットの前記仮想軸に対して略垂直な一方の面に所定の隙間をもって対向し、前記マグネットの内径方向に延出する櫛歯形状の磁極歯を有すると共に前記第１のコイルにより励磁される第１の磁極部と、前記マグネットの前記仮想軸に対して略垂直な一方の面に所定の隙間をもって対向し、前記マグネットの外径方向に延出する櫛歯形状の磁極歯を有すると共に前記第２のコイルにより励磁される第２の磁極部と、前記マグネットの前記仮想軸に対して略垂直な他方の面に固定され、前記マグネットと一体的に回転されると共に前記第２のコイルにより励磁される第３の磁極部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、軸方向の寸法が非常に小さい薄型形状で、且つ摩擦によるトルクロスが小さく高出力な、且つ組み立てが容易で安価な駆動装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成を示す分解斜視図であり、図２は、ステッピングモータの組み立て完成状態における軸方向の内部構造を示す断面図である。図３乃至図６は、マグネットの回転動作を説明するための図である。

図１乃至図６において、ステッピングモータは、マグネット１、第１のコイル２、第１のボビン３、第２のコイル４、第２のボビン５、第１のヨーク７、回転ヨーク８、第２のヨーク９、ベース１１、軸受１２を備えている。

マグネット１は、扁平な円環形状に形成されており、中心の仮想軸に対して直交する第１及び第２の平面、外周面、内周面から構成されると共に、仮想軸を回転中心として回転可能に保持される。また、マグネット１は、図３乃至図６に示すように、仮想軸に対して直交する面（第１の平面または第２の平面）１ｅが該仮想軸を中心とする角度方向（周方向）にｎ分割（本実施の形態では１０分割）され、Ｓ極・Ｎ極が交互に着磁されている。尚、マグネット１の他方の面１ｆは、一方の面１ｅ（以後、着磁部１ｅと表記する）とは逆の極性に分割着磁されていてもよいし、全く着磁されていなくてもよい。

また、マグネット１は、射出成形により形成されるプラスチックマグネット材料から構成される。これにより、円盤形状のステッピングモータの厚さ方向、即ち軸方向の長さを、非常に薄く構成することができる。射出成形によるマグネットは、表面に薄い樹脂皮膜が形成されるため、コンプレッション成形によるマグネットと比較して錆の発生が大幅に少ないので、塗装などの防錆処理を廃止できる。更に、射出成形によるマグネットは、コンプレッション成形によるマグネットで問題になる磁性粉の付着もなく、防錆塗装時に発生しやすい表面のふくらみもなく、品質の向上が達成できる。

マグネット１の材料には、Nd-Fe-B系希土類磁性粉と、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂バインダ材との混合物を射出成形することにより形成されたプラスチックマグネット材料を用いている。これにより、コンプレッション成形によるマグネットの場合の曲げ強度が５００Kgf/cm²程度であるのに対して、射出成形によるマグネットにおいて例えばポリアミド樹脂をバインダ材として使用した場合、８００Kgf/cm²以上の曲げ強度が得られる。その結果、マグネット１をコンプレッション成形では出来ない薄肉の円環形状に形成することが可能となる。

マグネット１を薄肉の円環形状に形成することで、後述の第１のヨーク７の第１の磁極部と回転ヨーク８の第３の磁極部との間隔、及び第２のヨーク９の第２の磁極部と回転ヨーク８の第３の磁極部との間隔を短く設定でき、その間の磁気抵抗が小さい磁気回路とすることができる。これにより、第１のコイル２及び第２のコイル４への通電を行った場合、小さな起磁力でも多くの磁束を発生することができ、ステッピングモータの性能が高まる。

第１のコイル２は、円環形状に形成されており、絶縁材料からなる第１のボビン３に巻き付けられている。第１のコイル２は、マグネット１の外周面の外側で仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、且つマグネット１と同心になるように配置されている。第１のコイル２の軸方向の長さは、マグネット１の軸方向の長さ（円環の厚さ）とほぼ同じ寸法に設定されている。

第２のコイル４は、円環形状に形成されており、絶縁材料からなる第２のボビン５に巻き付けられている。第２のコイル４は、マグネット１の内周面の内側で仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、且つマグネット１と同心になるように配置されている。第２のコイル４の軸方向の長さは、マグネット１の軸方向の長さ（円環の厚さ）とほぼ同じ寸法に設定されている。

第１のヨーク７は、軟磁性材料から形成されており、第１のコイル２への通電により励磁される第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅを備えている。第１の磁極部７ａ〜７ｅは、図２に示すようにマグネット１の着磁部１ｅに所定の隙間をもって対向状態に配置されると共に、マグネット１の内径方向に延出する櫛歯形状の磁極歯により構成されている。第１の磁極部７ａ〜７ｅの磁極歯の数は、「マグネット１の着磁分割数ｎ／２」個（本実施の形態では５個）に設定され、それらが７２０／ｎ度（本実施の形態では７２度）ずつ等分配置されている。第１の磁極部７ａ〜７ｅは、第１のコイル２への通電により全て互いに同極になるように励磁される。

第２のヨーク９は、軟磁性材料から形成されており、第２のコイル４への通電により励磁される第２の磁極部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅを備えている。第２の磁極部９ａ〜９ｅは、図２に示すようにマグネット１の着磁部１ｅに所定の隙間をもって対向状態に配置されると共に、マグネット１の外径方向に延出する櫛歯形状の磁極歯により構成されている。第２の磁極部９ａ〜９ｅの磁極歯の数は、「マグネット１の着磁分割数ｎ／２」個（本実施の形態では５個）に設定され、それらが７２０／ｎ度（本実施の形態では７２度）ずつ等分配置されている。第２の磁極部９ａ〜９ｅは、第２のコイル４への通電により全て互いに同極になるように励磁される。

回転ヨーク８は、軟磁性材料から形成されており、円盤平面部８ａ、軸８ｂを備えている。回転ヨーク８は、円盤平面部８ａにマグネット１の面１ｆが固着されると共に、マグネット１と一体的に回転できるよう軸受１２に回転可能に支持されている。回転ヨーク８は、第１のコイル２への通電により、第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅと対向する部分が該第１の磁極部７ａ〜７ｅとは逆の極性に励磁される。以後、この部分を第３−１の磁極部と呼ぶ。また、回転ヨーク８は、第２のコイル４への通電により、第２のヨークの第２の磁極部９ａ〜９ｅと対向する部分が該第２の磁極部９ａ〜９ｅとは逆の極性に励磁される。以後、この部分を第３−２の磁極部と呼ぶ。

本ステッピングモータにおいては、上述した第１のコイル２、第１のヨーク７、回転ヨーク８により第１の磁気回路を構成しており、また、上述した第２のコイル４、第２のヨーク９、回転ヨーク８により第２の磁気回路を構成している。

図２に示すように、第１のヨーク７と回転ヨーク８とは、各々の磁極部とは逆側の位置、即ち第１のコイル２の外径部を覆う第１のヨーク７の円筒部７ｆ部と回転ヨーク８の最外径部８ｆ部で、半径方向に僅かの隙間Ｌ１を設けて磁気的に連結されている。また、第２のヨーク９と回転ヨーク８とは、各々の磁極部とは逆側の位置、即ち第２のコイル４の内径部を覆う第２のヨーク９の円筒部９ｆ部と回転ヨーク８の平面部８ｇ部で、軸方向に僅かの隙間Ｌ２を設けて磁気的に連結されている。

第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅと第２のヨーク９の第２の磁極部９ａ〜９ｅとを、マグネット１の着磁部１ｅに沿って半径方向に延出する櫛歯形状に形成したことにより、ステッピングモータの厚さを最小限にしつつ磁極部の形成が可能となる。即ち、磁極部を軸方向と平行に延びる凹凸で形成すると、その分、ステッピングモータが厚くなってしまう。これに対し、本実施の形態では、上記櫛歯形状により磁極部を形成しているので、ステッピングモータの軸方向の寸法、即ち厚さを最小限に抑えることができる。

第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅがマグネット１に対向している位置は、第２のヨーク９の第２の磁極部９ａ〜９ｅがマグネット１に対向している位置に対してマグネットの外周面側である。第１の磁極部７ａ〜７ｅが励磁されることで発生する電磁力が作用するマグネット上の位置の回転中心からの距離をＲ１、第２の磁極部９ａ〜９ｅが励磁されることで発生する電磁力が作用するマグネット上の位置の回転中心からの距離をＲ２とすると、Ｒ１＞Ｒ２の関係にある。

第１の磁極部７ａ〜７ｅがマグネット１と対向する面積をＳ１、第２の磁極部９ａ〜９ｅがマグネット１と対向する面積をＳ２とすると、Ｓ１＜Ｓ２となるように設定してある。これによれば、第２の磁極部９ａ〜９ｅが励磁されることで発生する電磁力は、第１の磁極部７ａ〜７ｅが励磁されることで発生する電磁力に比べて大きくなる。（電磁力）×（電磁力が作用する半径）の値、即ち回転トルクは、第１の磁極部７ａ〜７ｅが励磁されることで発生する場合と、第２の磁極部９ａ〜９ｅが励磁されることで発生する場合とで同じになる。これにより、位置出し性能がよいステッピングモータとなる。

第１の磁極部７ａ〜７ｅがマグネット１の着磁部１ｅに対向する位相と、第２の磁極部９ａ〜９ｅがマグネット１の着磁部１ｅに対向する位相は、（１８０／Ｎ）度（本実施の形態では１８度）ずれた状態に設定されている。

軸受１２は、第２のヨーク９の内径部９ｇに嵌合され固定されるものであり、回転ヨーク８の軸８ｂを回転可能に保持する。

ベース１１は、非磁性材料から形成されており、第１のヨーク７と第２のヨーク９を磁気的に分断しつつ両者を固定している。

上記の回転ヨーク８は、外径部分では半径方向の振れに比較し軸方向に対する傾きによる振れ量が大きくなるが、それらの振れによる磁気回路への影響に関して説明する。

本実施の形態では、上記のごとく、第１のヨーク７と回転ヨーク８とは、各々の磁極部とは逆側の位置、即ち第１のコイル２の外径部を覆う第１のヨーク７の円筒部７ｆ部と回転ヨーク８の最外径部８ｆ部で、半径方向に僅かの隙間Ｌ１を設け磁気的に連結された構造である。従って、第１の磁気回路に関して言えば、軸方向に対する傾きによる振れによる影響を受けず安定した磁気回路となる。

また、上記のごとく、第２のヨーク９と回転ヨーク８とは、各々の磁極部とは逆側の位置、即ち第２のコイルの内径を覆う第２のヨーク９の円筒部９ｆ部と回転ヨーク８の平面部８ｇ部で、軸方向に僅かの隙間Ｌ２を設け磁気的に連結された構造である。第２のヨーク９の円筒部９ｆ部は小径であるため、軸方向に対する傾きによる振れにより上記隙間Ｌ２の変化量は少ない。従って、第２の磁気回路に関して言えば、軸方向に対する傾きの影響を受けず安定した磁気回路となる。

次に、上記構成を有する本実施の形態のステッピングモータの動作を図３乃至図６を参照しながら詳細に説明する。

図３は、第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅ、第２のヨーク９の第２の磁極部９ａ〜９ｅ、回転ヨーク８の第３−１及び第３−２の磁極部を、以下のような極とするように、第１のコイル２及び第２のコイル４に通電して励磁した状態を示している。即ち、第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅをＮ極とし、該第１の磁極部７ａ〜７ｅに対向する回転ヨーク８の部分、即ち第３−１の磁極部をＳ極とする。第２のヨーク９の第２の磁極部９ａ〜９ｅをＳ極とし、該第２の磁極部９ａ〜９ｅに対向する回転ヨーク８の部分、即ち第３−２の磁極部をＮ極とする。

図３の状態から、第１のコイル２の通電はそのままで、第２のコイル４への通電方向を切り替えて、第２のヨーク９の第２の磁極部９ａ〜９ｅをＮ極とし、回転ヨーク８の第３−２の磁極部をＳ極とするように励磁する。これにより、マグネット１は反時計方向に１８度回転し、図４に示す状態になる。

次に、第１のコイル２への通電を反転させて、第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅをＳ極とし、回転ヨーク８の第３−１の磁極部をＮ極とするように励磁する。これにより、マグネット１は反時計方向に更に１８度回転し、図５に示す状態になる。

次に、第２のコイル４への通電を反転させて、第２のヨーク９の第２の磁極部９ａ〜９ｅをＳ極とし、回転ヨーク８の第３−２の磁極部をＮ極とするように励磁する。これにより、マグネット１は反時計方向に更に１８度回転し、図６に示す状態になる。

以後、このように第１のコイル２及び第２のコイル４への通電方向を順次切り換えていくことにより、ロータであるマグネット１は通電位相に応じた位置へと回転していくことになる。

次に、上記構成を有する本実施の形態のステッピングモータが高出力且つ超小型化を実現する上で最適な構成である点について説明する。

本実施の形態のステッピングモータの基本構成は次のようになる。
（１）マグネット１を円環形状に形成していること。
（２）マグネット１の回転中心の仮想軸に対して垂直な面を、該仮想軸を中心とする角度方向（周方向）に分割して異なる極に交互に着磁していること。
（３）第１のコイル２を、マグネット１の外周面の外側で且つ仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、マグネット１と同心に配置し、第２のコイル４を、マグネット１の内周面の内側で且つ仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、マグネット１と同心に配置していること。
（４）第１及び第２のコイル２、４により励磁される第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅ、第２のヨーク９の第２の磁極部９ａ〜９ｅ、回転ヨーク８の第３−１及び第３−２の磁極部を、それぞれマグネット１の軸方向に垂直な面、即ち円環形状の平面に対向させていること。
（５）第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅを半径方向に延出する櫛歯形状に形成していること。
（６）第３−１及び第３−２の磁極部を有する回転ヨーク８をそのまま回転出力を取り出す出力部材として用いていること。

本実施の形態のステッピングモータにおいては、上記の構成により以下の効果がある。

第１のコイル２への通電により発生する磁束は、第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅと回転ヨーク８の第３−１の磁極部との間にあるマグネット１を横切るので、効果的に作用する。

第２のコイル４への通電により発生する磁束は、第２のヨーク９の第２の磁極部９ａ〜９ｅと回転ヨーク８の第３−２の磁極部との間にあるマグネット１を横切るので、効果的に作用する。

第１のコイル２を、マグネット１の外周面外側で且つ仮想軸と平行な方向で重なる位置にマグネット１と同心に配置し、第２のコイル４を、マグネット１の内周面内側で且つ仮想軸と平行な方向で重なる位置にマグネット１と同心に配置している。また、第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅ、第２のヨーク９の第２の磁極部９ａ〜９ｅを、半径方向に延出する櫛歯形状に形成している。これにより、磁極部を軸方向と平行に延びる凹凸で形成したものと比較し、軸方向の寸法を小さく構成でき、非常に薄型の円盤形状のステッピングモータとすることができる。

本ステッピングモータの軸方向の長さは、第１のヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅ、マグネット１と第１の磁極部７ａ〜７ｅの隙間、マグネット１、回転ヨーク８の第３の磁極部の合計の寸法で決定される。或いは、第２のヨーク９の第２の磁極部９ａ〜９ｅ、マグネット１と第２の磁極部９ａ〜９ｅの隙間、マグネット１、回転ヨーク８の第３の磁極部の合計の寸法で決定される。これにより、上記第１の従来例（特許文献５：特開２００３−２１９６２３号公報）と比較し、マグネット１と第３の磁極部の隙間の寸法だけ薄いものとなる。

マグネット１の回転中心の仮想軸に対して垂直な面１ｆに、軟磁性材料からなる回転ヨーク８の第３の磁極部を固定しているため、マグネット１の機械的強度が増加する。これにより、マグネット１を薄い円環形状にした場合でも割れることを防止することができる。

回転ヨーク８の第３の磁極部はバックメタルとして働き、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになる。これにより、本ステッピングモータを高温下の環境で使用した場合でも減磁による磁気的劣化を少なくすることができる。

回転ヨーク８は、小径の軸８ｂが軸受１２により回転可能に保持されているため、上記第１の従来例と比較し、小径部での軸支持構造となり、摩擦によるトルクロスを小さくすることができる。

第１のヨーク７と回転ヨーク８とを、第１のヨーク７の円筒部７ｆ部と回転ヨーク８の最外径部８ｆ部で、半径方向に僅かの隙間Ｌ１を設けて磁気的に連結している。これにより、回転ヨーク８は第１のヨーク７と接触せず良好な回転状態を保つことができると共に、安定した磁気回路を形成することができる。

また、第２のヨーク９と回転ヨーク８とを、第２のヨーク９の円筒部９ｆ部と回転ヨーク８の平面部８ｇ部で、軸方向に僅かの隙間Ｌ２を設けて磁気的に連結している。これにより、回転ヨーク８は第２のヨーク９と接触せず良好な回転状態を保つことができると共に、安定した磁気回路を形成することができる。

また、回転ヨーク８をそのまま回転出力を取り出す出力部材として用いているため、回転出力を取り出す部品を付加することが不要となり、部品点数及びコストを削減することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、軸方向の寸法が非常に小さい薄型形状で、且つ摩擦によるトルクロスが小さく高出力な、且つ組み立てが容易で安価なステッピングモータを提供することができる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、駆動装置としてアクチュエータを例に挙げると共に該アクチュエータが図７及び図８に示す構成を有する点において相違する。本実施の形態において上述した第１の実施の形態（図１及び図２）と同じ符号を付した要素は、図１及び図２の対応するものと同一なので、説明を簡略化または省略する。

図７は、本実施の形態に係る駆動装置としてのアクチュエータの構成を示す分解斜視図であり、図８は、アクチュエータの組み立て完成状態における軸方向の内部構造を示す断面図である。図９及び図１０は、マグネットの回転動作を説明するための図である。図１１は、マグネットに発生する力と回転位相の関係を示す図である。

図７乃至図１１において、アクチュエータは、コイルをマグネットの外径側に配置して往復動を行うものであり、マグネット１、コイル２、ボビン３、ヨーク７、回転ヨーク１８、ベース１３、軸受１２を備えている。以下では第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

マグネット１は、ダボ１ｃを備えており、上記第１の実施の形態と同様に、着磁部１ｅが回転中心の仮想軸を中心とする角度方向（周方向）にｎ分割（本実施の形態では１０分割）され、Ｓ極・Ｎ極が交互に着磁されている。マグネット１を薄肉の円環形状に形成することで、後述のヨーク７の第１の磁極部と回転ヨーク１８の第２の磁極部との間隔を短く設定でき、その間の磁気抵抗が小さい磁気回路とすることができる。これにより、コイル２への通電を行った場合、小さな起磁力でも多くの磁束を発生することができ、アクチュエータの性能が高まる。

コイル２は、ボビン３に巻き付けられている。コイル２は、マグネット１の外周面の外側で仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、且つマグネット１と同心になるように配置されている。尚、コイル２を、マグネット１の内周面の内側でマグネット１の軸方向と平行な位置に、且つマグネット１と同心になるように配置してもよい。本実施の形態では前者の場合について説明する。

ヨーク７は、第１の磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅを備えている。第１の磁極部７ａ〜７ｅは、コイル２への通電により全て互いに同極になるように励磁される。

回転ヨーク１８は、軟磁性材料から形成されており、円盤平面部１８ａ、軸１８ｂを備えている。回転ヨーク１８は、円盤平面部１８ａにマグネット１の面１ｆが固着されると共に、マグネット１と一体的に回転できるよう軸受１２に回転可能に支持されている。回転ヨーク１８は、コイル２への通電により、ヨークの第１の磁極部７ａ〜７ｅと対向する部分が該第１の磁極部７ａ〜７ｅとは逆の極性に励磁される。以後、この部分を第２の磁極部と呼ぶ。

本アクチュエータにおいては、上述したコイル２、ヨーク７、回転ヨーク１８により磁気回路を構成している。

図８に示すように、ヨーク７と回転ヨーク１８とは、各々の磁極部とは逆側の位置、即ちコイル２の外径部を覆うヨーク７の円筒部７ｆ部と回転ヨーク１８の最外径部１８ｆ部で、半径方向に僅かの隙間Ｌ１を設けて磁気的に連結されている。

ヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅを、マグネット１の着磁部１ｅに沿って半径方向に延出する櫛歯形状に形成したことにより、ステッピングモータの厚さを最小限にしつつ磁極部の形成が可能となる。即ち、磁極部を軸方向と平行に延びる凹凸で形成すると、その分、ステッピングモータが厚くなってしまう。これに対し、本実施の形態では、上記櫛歯形状により磁極部を形成しているので、ステッピングモータの軸方向の寸法、即ち厚さを最小限に抑えることができる。

軸受１２は、マグネット１の内径側に収納されると共に、ベース１３の内径部に嵌合され固定されるものであり、回転ヨーク１８の軸１８ｂを回転可能に保持する。

ベース１３は、非磁性材料から形成されており、ヨーク７と軸受１２を固定している。また、ベース１３は、長穴１３ｄを備えている。ベース１３の長穴１３ｄにマグネット１のダボ１ｃが当接することで、マグネット１の回転を規制する。即ち、マグネット１は、ダボ１ｃが長穴１３ｄで規制される位置の間で回転可能となる。この回転角度をθ度とする。

上記の回転ヨーク１８は、外径部分では半径方向の振れに比較し軸方向に対する傾きによる振れ量が大きくなるが、それらの振れによる磁気回路への影響に関して説明する。

本実施の形態では、上述したように、ヨーク７と回転ヨーク１８とは、各々の磁極部とは逆側の位置、即ちコイル２の外径部を覆うヨーク７の円筒部７ｆ部と回転ヨーク１８の最外径部１８ｆ部で、半径方向に僅かの隙間Ｌ１を設けて磁気的に連結されている。これにより、軸方向に対する傾きによる振れによる影響を受けない安定した磁気回路となる。

次に、上記構成を有する本実施の形態のアクチュエータが高出力且つ超小型化を実現する上で最適な構成である点について説明する。

本実施の形態のアクチュエータの基本構成は次のようになる。
（１）マグネット１を円環形状に形成していること。
（２）マグネット１の回転中心の仮想軸に対して垂直な面を、該仮想軸を中心とする角度方向（周方向）に分割して異なる極に交互に着磁していること。
（３）コイル２を、マグネット１の外周面の外側で且つ仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、マグネット１と同心に配置していること。
（４）コイル２により励磁されるヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅ、回転ヨーク１８の第２の磁極部を、それぞれマグネット１の軸方向に垂直な面、即ち円環形状の平面部に対向させていること。
（５）ヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅを半径方向に延出する櫛歯形状に形成していること。
（６）第２の磁極部を有する回転ヨーク１８をそのまま回転出力を取り出す出力部材として用いていること。

本実施の形態のアクチュエータにおいては、上記の構成により以下の効果がある。

コイル２への通電により発生する磁束は、ヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅと回転ヨーク１８の第２の磁極部との間にあるマグネット１を横切るので、効果的に作用する。

コイル２を、マグネット１の外周面外側で且つ仮想軸と平行な方向で重なる位置にマグネット１と同心に配置している。また、ヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅを、半径方向に延出する櫛歯形状に形成している。これにより、磁極部を軸方向と平行に延びる凹凸で形成したものと比較し、軸方向の寸法を小さく構成でき、非常に薄型の円盤形状のアクチュエータとすることができる。

本アクチュエータの軸方向の長さは、ヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅ、マグネット１と第１の磁極部７ａ〜７ｅの隙間、マグネット１、回転ヨーク１８の第２の磁極部の合計の寸法で決定される。これにより、上記第２の従来例（特許文献６：特開２００４−４５６８２号公報）及び第３の従来例と比較し、マグネット１と第２磁極部の隙間の寸法だけ薄いものとなる。

マグネット１の回転中心の仮想軸に対して垂直な面１ｆに、軟磁性材料からなる回転ヨーク１８の第２の磁極部を固定しているため、マグネット１の機械的強度が増加する。これにより、マグネット１を薄い円環形状にした場合でも割れることを防止することができる。

回転ヨーク１８の第２の磁極部は、バックメタルとして働き、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになる。これにより、本アクチュエータが高温下の環境で使用した場合でも減磁による磁気的劣化を少なくすることができる。

回転ヨーク１８は、小径の軸１８ｂにおいて軸受１２により回転可能に保持されているため、上記第３の従来例と比較し、小径部での軸支持構造となり、摩擦によるトルクロスを小さくすることができる。

ヨーク７と回転ヨーク１８とを、ヨーク７の円筒部７ｆ部と回転ヨーク１８の最外径部１８ｆ部で、半径方向に僅かの隙間Ｌ１を設けて磁気的に連結している。これにより、回転ヨーク１８はヨーク７と接触せず良好な回転状態を保つことができると共に、安定した磁気回路を形成することができる。

また、回転ヨーク１８をそのまま回転出力を取り出す出力部材として用いているため、回転出力を取り出す部品を付加することが不要となり、部品点数及びコストを削減することができる。

図９は、マグネット１のダボ１ｃがベース１３の長穴１３ｄの一方の端面に当接して反時計方向の回転を規制されている状態である。また、図１０は、マグネット１のダボ１ｃがベース１３の長穴１３ｄの他方の端面に当接して時計方向の回転を規制されている状態である。図９に示すマグネット１の回転位置と図１０に示すマグネット１の回転位置とは、θ度だけ異なる。

マグネット１は、コイル２への無通電時に、図９及び図１０に示すそれぞれの状態で回転位置が保持される。この様子を図９乃至図１１を参照しながら説明する。

図１１は、コギングトルクの様子を示している。即ち、コイル２への通電がない状態における、マグネット１の回転位置と、マグネット１がヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅにより吸引される様子を示している。図１１の縦軸は、マグネット１に作用するヨーク７との間で発生する磁力を表し、図１１の横軸は、マグネット１の回転位相を表す。

Ｅ１点、Ｅ２点では、マグネット１が、正回転しようとするとマイナスの力が働いて元の位置に戻ろうとし、逆回転しようとするとプラスの力が働いて元の位置に戻ろうとする。即ち、Ｅ１点、Ｅ２点は、マグネット１とヨーク７の磁極部７ａ〜７ｅの間の磁力の力により、マグネット１が該Ｅ１点或いは該Ｅ２点に安定的に位置決めされようとするコギングの位置である。

Ｆ１点、Ｆ２点、Ｆ３点は、マグネット１の位相が少しでもずれると、マグネット１に対して、前後のＥ１点或いはＥ２点の位置に回転する力が働く不安定な均衡状態にある停止位置である。コイル２への通電がない状態では、マグネット１は、振動や姿勢の変化によってＦ１点、Ｆ２点、Ｆ３点に停止していることはなく、Ｅ１点或いはＥ２点の位置で停止する。

Ｅ１点、Ｅ２点のようなコギング安定点は、マグネット１の着磁極数をｎとすると、３６０／ｎ度の周期で存在し、その中間位置がＦ１点、Ｆ２点、Ｆ３点のような不安定点になる。

本実施の形態では、コイル２への通電がない状態では、マグネット１の極の中心がヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅの中心に対向する位置で安定的に停止するように、第１の磁極部７ａ〜７ｅの大きさを設定してある。しかし、この状態からコイル２へ通電を行い第１の磁極部７ａ〜７ｅを励磁しても、マグネット１に回転力が生じない。

そこで、本実施の形態では、マグネット１が図９に示す状態になるように、マグネット１のダボ１ｃとベース１３の長穴１３ｄとの関係が設定されている。即ち、マグネット１のダボ１ｃがベース１３の長穴１３ｄの端面に当接することで、反時計方向のマグネット１の回転位置が、マグネット１の極の中心とヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅの中心とのなす角度がα度になるように設定してある。

これにより、図９に示す状態からコイル２へ通電してヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅを励磁すると、マグネット１に回転力が生じる結果、ステッピングモータは安定して起動が行われる。

また、図９に示す状態を図１１に当てはめると、Ｇ点の位置となる。この位置でのコギングトルク（マグネット１に作用するヨーク７との間で発生する吸引力）はＴ２である。これは、マグネット１がＥ１点に戻ろうとする回転方向にマイナスの力（図９において反時計方向の力）が働くことになる。即ち、マグネット１のダボ１ｃがベース１３の長穴１３ｄに当接する位置の保持力がＴ２となる。よって、コイル２への無通電時には、マグネット１は安定的にこの位置（図９に示す位置）に停止する。

同様に、本実施の形態では、マグネット１の時計方向の回転に関しては、マグネット１が図１０に示す位置になるように、ベース１３の長穴１３ｄの端面がマグネット１のダボ１ｃと当接するように設定してある。この場合のマグネット１の位置は、マグネット１の極の中心とヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅの中心とのなす角度がβ度になるように設定してある。

これにより、図１０に示す状態からコイル２へ通電してヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅを励磁すると、マグネット１に回転力が生じる結果、ステッピングモータは安定して起動が行われる。

また、図１０に示す状態を図１１に当てはめると、Ｈ点の位置となる。この位置でのコギングトルクはＴ１である。これは、マグネット１がＥ２点に進もうとする回転方向にプラスの力（図１０において時計方向の力）が働くことになる。即ち、マグネット１のダボ１ｃがベース１３の長穴１３ｄの端面に当接する位置の保持力がＴ１となる。よって、コイル２への無通電時には、マグネット１は安定的にこの位置（図１０に示す位置）に停止する。

図９に示す状態と図１０に示す状態とでは、マグネット１はθ度回転したことになるよう設定してある。

次に、マグネット１の回転動作の様子を図９、図１０により説明する。

上記のごとく、最初のコイル２への無通電時には、マグネット１は図９に示す位置で安定的に停止しているとする。図９に示す状態からコイル２に通電して、ヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅをＳ極に励磁すると、ロータであるマグネット１は、回転方向の電磁力を受け、時計方向に円滑に回転し始める。そして、マグネット１の回転角度がθ度となる図１０に示す状態になるタイミングで、コイル２への通電を遮断する。

図１０に示す状態は図１１におけるＨ点であるから、上記のごとく保持力（コキングトルク）Ｔ１により、マグネット１は安定的にこの位置を保持する。図１０に示す状態からコイル２への通電を反転させ、ヨーク７の第１の磁極部７ａ〜７ｅをＮ極に励磁し、マグネット１を反時計方向に回転させると、マグネット１は図９に示す状態に戻る。

以上のようにコイル２への通電方向を切り換えることにより、ロータであるマグネット１は、図９に示す状態と図１０に示す状態とに切り換わる。従って、本アクチュエータは、２つの位置（図９に示す状態と図１０に示す状態）の間で駆動可能であり、各位置を無通電で安定して保持できるアクチュエータとして作用する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、軸方向の寸法が非常に小さい薄型形状で、且つ摩擦によるトルクロスが小さく高出力な、且つ組み立てが容易で安価なアクチュエータを提供することができる。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、駆動装置としてアクチュエータを例に挙げると共に該アクチュエータが図１２及び図１３に示す構成を有する点において相違する。本実施の形態において上述した第１の実施の形態（図１及び図２）と同じ符号を付した要素は、図１及び図２の対応するものと同一なので、説明を簡略化または省略する。

図１２は、本実施の形態に係る駆動装置としてのアクチュエータの構成を示す分解斜視図であり、図１３は、アクチュエータの組み立て完成状態における軸方向の内部構造を示す断面図である。図１４及び図１５は、マグネットの回転動作を説明するための図である。

図１２乃至図１５において、アクチュエータは、コイルをマグネットの内径側に配置して往復動を行うものであり、マグネット１、コイル２２、ボビン２３、ヨーク１７、回転ヨーク１８、軸受１２を備えている。以下では第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

マグネット１は、ダボ１ｃを備えており、上記第１の実施の形態と同様に、着磁部１ｅが回転中心の仮想軸を中心とする角度方向（周方向）にｎ分割（本実施の形態では１０分割）され、Ｓ極・Ｎ極が交互に着磁されている。マグネット１を薄肉の円環形状に形成することで、後述のヨーク１７の第１の磁極部と回転ヨーク１８の第２の磁極部との間隔を短く設定でき、その間の磁気抵抗が小さい磁気回路とすることができる。これにより、コイル２２への通電を行った場合、小さな起磁力でも多くの磁束を発生することができ、アクチュエータの性能が高まる。

コイル２２は、絶縁材料からなるボビン２３に巻き付けられている。コイル２２は、マグネット１の内周面の内側で仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、且つマグネット１と同心になるように配置されている。コイル２２の軸方向の長さは、マグネット１の軸方向の長さ（円環の厚さ）とほぼ同じ寸法に設定されている。

ヨーク１７は、軟磁性材料から形成されており、コイル２２への通電により励磁される第１の磁極部１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅを備えている。第１の磁極部１７ａ〜１７ｅは、マグネット１の軸方向に垂直な着磁部１ｅに所定の隙間をもって対向し、マグネット１の外径方向に延出する櫛歯形状の磁極歯により構成されている。第１の磁極部１７ａ〜１７ｅの磁極歯の数は、「マグネット１の着磁分割数ｎ／２」個（本実施の形態では５個）に設定され、それらが７２０／ｎ度（本実施の形態では７２度）ずつ等分配置されている。第１の磁極部１７ａ〜１７ｅは、コイル２２への通電により全て互いに同極になるように励磁される。

回転ヨーク１８は、軟磁性材料から形成されており、円盤平面部１８ａ、軸１８ｂを備えている。回転ヨーク１８は、円盤平面部１８ａにマグネット１の面１ｆが固着されると共に、マグネット１と一体的に回転できるよう軸受１２に回転可能に支持されている。回転ヨーク１８は、コイル２２への通電により、ヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅと対向する部分が該第１の磁極部１７ａ〜１７ｅとは逆の極性に励磁される。以後、この部分を第２の磁極部と呼ぶ。

本アクチュエータにおいては、上述したコイル２２、ヨーク１７、回転ヨーク１８により磁気回路を構成している。

ヨーク１７と回転ヨーク１８とは、各々の磁極部とは逆側の位置、即ちコイル２２の内径部を覆うヨーク１７の円筒部１７ｆ部と回転ヨーク８の平面部１８ｇ部で、軸方向に僅かの隙間Ｌ２を設けて磁気的に連結されている。ヨーク１７の円筒部１７ｆ部は小径であるため、軸方向に対する傾きによる振れにより上記隙間Ｌ２の変化量は少ない。従って、磁気回路に関して言えば、軸方向に対する傾きの影響を受けず安定した磁気回路となる。

ヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅを、マグネット１の着磁部１ｅに沿って半径方向に延出する櫛歯形状に形成したことにより、ステッピングモータの厚さを最小限にしつつ磁極部の形成が可能となる。即ち、磁極部を軸方向と平行に延びる凹凸で形成すると、その分、ステッピングモータの厚くなってしまう。これに対し、本実施の形態では、上記櫛歯形状により磁極部を形成しているので、ステッピングモータの軸方向の寸法、即ち厚さを最小限に抑えることができる。

軸受１２は、ヨーク１７の内径部に嵌合され固定されており、回転ヨーク１８の軸１８ｂを回転可能に保持する。

上記ヨーク１７の第１の磁極部１７ｄと１７ｅの端面にマグネット１のダボ１ｃが当接することで、マグネット１の回転を規制している。即ち、マグネット１は、ダボ１ｃがヨーク１７の第１の磁極部１７ｄと１７ｅの端面で規制される位置の間で回転可能となる。この回転角度をθ度とする。

本実施の形態のアクチュエータの基本構成は次のようになる。
（１）マグネット１を円環形状に形成していること。
（２）マグネット１の回転中心の仮想軸に対して垂直な面が、該仮想軸を中心とする角度方向（周方向）に分割して異なる極に交互に着磁していること。
（３）コイル２２を、マグネット１の外周面の外側で且つ仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、マグネット１と同心に配置していること。
（４）コイル２２により励磁されるヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅ、回転ヨーク１８の第２の磁極部を、それぞれマグネット１の軸方向に垂直な面、即ち円環形状の平面に対向させていること。
（５）ヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅを半径方向に延出する櫛歯形状に形成していること。
（６）第２の磁極部を有する回転ヨーク１８をそのまま回転出力を取り出す出力部材として用いていること。

コイル２への通電により発生する磁束は、ヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅと回転ヨーク１８の第２の磁極部との間にあるマグネット１を横切るので、効果的に作用する。

コイル２２を、マグネット１の外周面の外側で且つ仮想軸と平行な方向で重なる位置にマグネット１と同心に配置している。また、ヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅを、半径方向に延出する櫛歯形状に形成している。これにより、磁極部を軸方向と平行に延びる凹凸で形成したものと比較し、軸方向の寸法を小さく構成でき、非常に薄型の円盤形状のアクチュエータとすることができる。

本アクチュエータの軸方向の長さは、ヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅ、マグネット１と第１の磁極部１７ａ〜１７ｅの隙間、マグネット１、回転ヨーク１８の第２の磁極部の合計の寸法で決定される。これにより、上記第２の従来例及び第３の従来例と比較し、マグネット１と第２磁極部の隙間の寸法だけ薄いものとなる。

ヨーク１７と回転ヨーク１８とを、ヨーク１７の円筒部１７ｆ部と回転ヨーク８の平面部１８ｇ部で、軸方向に僅かの隙間Ｌ２を設けて磁気的に連結している。これにより、回転ヨーク１８はヨーク１７と接触せず良好な回転状態を保つことができると共に、安定した磁気回路を形成することができる。

更に、マグネット１の回転規制をヨーク１７の第１の磁極部１７ｄと１７ｅの端面で行っているため、上記第２の実施の形態で示したようなベースで回転規制するものと比較し、更に軸方向寸法が薄い円盤形状のアクチュエータとすることができる。

図１４は、マグネット１のダボ１ｃがヨーク１７の第１の磁極部１７ｅの端面に当接して反時計方向の回転を規制されている状態である。図１５は、マグネット１のダボ１ｃがヨーク１７の第１の磁極部１７ｄの端面に当接して時計方向の回転を規制されている状態である。図１４に示すマグネット１の回転位置と図１５に示すマグネット１の回転位置とは、θ度だけ異なる。

マグネット１は、コイル２への無通電時に、図１４及び図１５に示すそれぞれの状態で回転位置が保持される。図１４に示す状態は、上記第２の実施の形態における図９に示す状態と同じ状態であり、図１５に示す状態は、上記第２の実施の形態における図１０に示す状態と同じ状態である。

本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様に、マグネット１は、コイル２２の通電を切り替えることで図１４に示す状態と図１５に示す状態の間で移動可能であり、且つコイル２２への通電を遮断した状態でそれぞれの状態を維持するよう構成されている。

また、本実施の形態では、コイル２２への通電がない状態では、マグネット１の極の中心がヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅの中心に対向する位置で安定的に停止するように、第１の磁極部１７ａ〜１７ｅの大きさを設定してある。しかし、この状態からコイル２２へ通電を行い第１の磁極部１７ａ〜１７ｅを励磁しても、マグネット１に回転力が生じない。

そこで、本実施の形態では、図１４に示す状態になるようにヨーク１７の第１の磁極部１７ｅの端面とマグネット１のダボ１ｃの関係が構成されている。即ち、マグネット１のダボ１ｃがヨーク１７の第１の磁極部１７ｅの端面に当接して反時計方向の回転を規制されている状態で、マグネット１の極の中心とヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅの中心とのなす角度がα度になるように設定してある。これにより、図１４に示す状態からコイル２へ通電してヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅを励磁すると、マグネット１に回転力が生じる結果、ステッピングモータは安定して起動が行われる。

また、図１４に示す状態を図１１に当てはめると、Ｇ点の位置となる。この位置でのコギングトルクはＴ２である。これは、マグネット１がＥ１点に戻ろうとする回転方向にマイナスの力（図９において半時計方向の力）が働くことになる。即ち、マグネット１のダボ１ｃがヨーク１７の第１の磁極部１７ｅに当接する位置の保持力がＴ２となる。よって、コイル２２への無通電時には、マグネット１は安定的にこの位置（図１４に示す位置）に停止する。

同様に、本実施の形態では、マグネット１の時計方向の回転に関しては、図１５に示す位置になるようにヨーク１７の第１の磁極部１７ｄの端面がマグネット１のダボ１ｃと当接するように設定してある。この場合のマグネット１の位置は、マグネット１の極の中心と第１のヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅの中心とのなす角度がβ度になるように設定してある。これにより、図１５に示す状態からコイル２へ通電を行いヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅを励磁すると、マグネット１に回転力が生じる結果、ステッピングモータは安定して起動が行われる。

また、図１５に示す状態を図１１に当てはめると、Ｈ点の位置となる。この位置でのコギングトルクはＴ１である。これは、マグネット１がＥ２点に進もうとする回転方向にプラスの力（図１５において時計方向の力）が働くことになる。即ち、ヨーク１７の第１の磁極部１７ｄの端面がマグネット１のダボ１ｃに当接する位置の保持力がＴ１となる。よって、コイル２２への無通電時には、マグネット１は安定的にこの位置（図１５の位置）に停止する。

図１４に示す状態と図１５に示す状態とでは、マグネット１はθ度回転したことになるよう設定してある。

次に、マグネット１の回転動作の様子を図１４及び図１５を参照しながら説明する。

上記のごとく、最初のコイル２への無通電時には、マグネット１は図１４に示す位置で安定的に停止しているとする。図１４に示す状態からコイル２２に通電を行い、ヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅをＳ極に励磁すると、ロータであるマグネット１は、回転方向の電磁力を受け、時計方向に円滑に回転し始める。

そして、マグネット１の回転角度がθ度となる図１５に示す状態になるタイミングでコイル２２への通電を遮断する。図１５に示す状態は図１１におけるＨ点であるから、上記のごとくコキングトルクＴ１によりマグネット１は安定的にこの位置を保持する。図１５に示す状態からコイル２への通電を反転させ、ヨーク１７の第１の磁極部１７ａ〜１７ｅをＮ極に励磁し、マグネット１を反時計方向に回転させると、図１４に示す状態に戻る。

以上のようにコイル２への通電方向を切り換えることにより、ロータであるマグネット１は、図１４に示す状態と図１５に示す状態とに切り換わる。従って、本アクチュエータは、２つの位置（図１４の状態と図１５に示す状態）の間で駆動可能であり、各位置において無通電で安定して保持できるアクチュエータとして作用する。

［他の実施の形態］
上記第１の実施の形態ではステッピングモータ単体、上記第２及び第３の実施の形態ではアクチュエータ単体について説明したが、本発明は、ステッピングモータ単体、アクチュエータ単体のみへの適用に限定されるものではない。ステッピングモータやアクチュエータにより、撮像装置の絞り羽根、シャッタ、撮影レンズ等を駆動する場合にも適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成を示す分解斜視図である。図１に示すステッピングモータの組み立て完成状態における軸方向の内部構造を示す断面図である。マグネットの回転動作を説明するための図である。マグネットの回転動作を説明するための図である。マグネットの回転動作を説明するための図である。マグネットの回転動作を説明するための図である。本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置としてのアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。図７に示すアクチュエータの組み立て完成状態における軸方向の内部構造を示す断面図である。マグネットの回転動作を説明するための図である。マグネットの回転動作を説明するための図である。マグネットに発生する力と回転位相の関係を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る駆動装置としてのアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。図１２に示すアクチュエータの組み立て完成状態における軸方向の内部構造を示す断面図である。マグネットの回転動作を説明するための図である。マグネットの回転動作を説明するための図である。従来例に係るステッピングモータの内部構造を示す断面図である。図１６に示すステッピングモータのステータコイルへの通電により発生する磁束を示す図である。従来例に係るブラシレスモータの構成を示す斜視図である。図１８に示すブラシレスモータの内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１マグネット
１ｅ着磁部
２第１のコイル、コイル
４第２のコイル
７第１のヨーク、ヨーク
７ａ〜７ｅ第１の磁極部
８回転ヨーク
９第２のヨーク
９ａ〜９ｅ第２の磁極部
１７ヨーク
１８回転ヨーク
２２コイル

Claims

円環形状を有し、回転可能に保持されると共に回転中心の仮想軸に対して略垂直な少なくとも一方の面が異なる極に交互に着磁されたマグネットと、
前記マグネットの前記仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、前記マグネットと同心に配置されるコイルと、
前記マグネットの前記仮想軸に対して略垂直な一方の面に所定の隙間をもって対向し、前記マグネットの径方向に延出する櫛歯形状の磁極歯を有すると共に前記コイルにより励磁される第１の磁極部と、
前記マグネットの前記仮想軸に対して略垂直な他方の面に固定され、前記マグネットと一体的に回転されると共に前記コイルにより励磁される第２の磁極部と、
を備えることを特徴とする駆動装置。
前記コイルを、前記マグネットの外周面の外側に配置し、
前記コイルの外周部を覆う円筒部と前記第１の磁極部とを有するヨークと、
前記第２の磁極部を有する回転ヨークと、
を備えることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
前記ヨークの前記円筒部と前記回転ヨークとを、半径方向に隙間をもって対向させたことを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
前記コイルを、前記マグネットの内周面の内側に配置し、
前記コイルの内周部を覆う円筒部と前記第１の磁極部とを有するヨークと、
前記第２の磁極部を有する回転ヨークと、
を備えることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
前記ヨークの前記円筒部と前記回転ヨークとを、軸方向に隙間をもって対向させたことを特徴とする請求項４記載の駆動装置。
前記回転ヨークは、回転出力を取り出す出力部材を兼用することを特徴とする請求項２又は４記載の駆動装置。
円環形状を有し、回転可能に保持されると共に回転中心の仮想軸に対して略垂直な少なくとも一方の面が異なる極に交互に着磁されたマグネットと、
前記マグネットの前記仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、前記マグネットの外周面の外側に且つ前記マグネットと同心に配置される第１のコイルと、
前記マグネットの前記仮想軸と平行な方向に関して重なる位置に、前記マグネットの内周面の内側に且つ前記マグネットと同心に配置される第２のコイルと、
前記マグネットの前記仮想軸に対して略垂直な一方の面に所定の隙間をもって対向し、前記マグネットの内径方向に延出する櫛歯形状の磁極歯を有すると共に前記第１のコイルにより励磁される第１の磁極部と、
前記マグネットの前記仮想軸に対して略垂直な一方の面に所定の隙間をもって対向し、前記マグネットの外径方向に延出する櫛歯形状の磁極歯を有すると共に前記第２のコイルにより励磁される第２の磁極部と、
前記マグネットの前記仮想軸に対して略垂直な他方の面に固定され、前記マグネットと一体的に回転されると共に前記第２のコイルにより励磁される第３の磁極部と、
を備えることを特徴とする駆動装置。
前記コイルの外周部を覆う円筒部と前記第１の磁極部とを有する第１のヨークと、
前記コイルの内周部を覆う円筒部と前記第２の磁極部とを有する第２のヨークと、
前記第３の磁極部を有する回転ヨークと、
を備えることを特徴とする請求項７記載の駆動装置。
前記第１のヨークの前記円筒部と前記回転ヨークとを、半径方向に隙間をもって対向させ、前記第２のヨークの前記円筒部と前記回転ヨークとを、軸方向に隙間をもって対向させたことを特徴とする請求項８記載の駆動装置。
前記回転ヨークは、回転出力を取り出す出力部材を兼用することを特徴とする請求項８記載の駆動装置。