JP4401696B2 - 駆動装置、光量調節装置およびレンズ駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置におけるシャッタ装置等に好適な駆動装置、光量調節装置、および、撮像装置のレンズ駆動に好適なレンズ駆動装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレンズシャッタカメラのシャッタ装置としては、図１７に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
同図において、１０１は永久磁石であるマグネット、１０２は駆動レバー、１０２ａは駆動レバー１０２に設けられた駆動ピンである。駆動レバー１０２はマグネット１０１に固着され、マグネット１０１と一体的に回転する。１０３はコイル、１０４，１０５は軟磁性材料から成り、コイル１０３により励磁されるステータである。ステータ１０４とステータ１０５は１０４ａ部と１０５ａ部において接合されており、磁気回路上一体となっている。コイル１０３への通電により、ステータ１０４およびステータ１０５が励磁され、マグネット１０１は所定の角度内を回転駆動する。１０６，１０７はシャッタ羽根であり、１０８は地板である。シャッタ羽根１０６，１０７は地板１０８のピン１０８ｂ，１０８ｃへ穴部１０６ａ，１０７ａにおいて回転可能に取り付けられ、長穴１０６ｂ，１０７ｂが駆動ピン１０２ａに摺動可能に嵌合し、マグネット１０１とともに駆動レバー１０２が回転する事で、シャッタ羽根１０６，１０７は穴部１０６ａ，１０７ａを中心として回転駆動され、地板の開口部１０８ａを開閉する。コストアップを防ぐ為にマグネットをプラスチックマグネットで形成し、駆動ピンを一体的に成形したものもある。
【０００４】
１０９はシャッタ羽根１０６，１０７を地板１０８との間で移動可能に保持する前地板であり、１１０はステータ１０４，１０５を保持し、マグネット１０１を回転可能に保持する後地板である。
【０００５】
ところで、撮像素子にＣＣＤなどを用い、被写界像を光電変換して記憶媒体に静止画像の情報として記録するデジタルカメラが普及してきている。この種のデジタルカメラの露光に関する動作の一例について、以下に簡単に説明する。
【０００６】
まず撮影に先立って主電源が投入され、撮像素子が動作状態になるとシャッタ羽根は撮像素子に露光可能な開位置に保持される。これにより撮像素子にて電荷の蓄積と放出転送が繰り返され、画像モニターによって被写界の観察が可能になる。
【０００７】
その後、レリーズボタンが押されると、その時点での撮像素子の出力に応じて絞り値と露光時間が決定され、それに基づいて、露光開口の口径を絞る必要がある場合には、まず、絞り羽根が駆動されて所定の絞り値にセットされる。次に、蓄積電荷の放出がされている撮像素子に対して電荷の蓄積開始が指示され、それと同時にその蓄積開始信号をトリガー信号として露光時間制御回路が起動され、所定の露光時間の経過により、シャッタ羽根が撮像素子への露光を遮る閉位置へと駆動される。撮像素子への露光が遮られた後、蓄積された電荷の転送が行われ、画像書き込み装置を介して記録媒体に画像情報が記録される。電荷の転送中に撮像素子への露光を防ぐのは、電荷の転送中に余分な光によって電荷が変化してしまうことを防ぐためである。
【０００８】
上記のようなシャッタ装置の他に、ＮＤフィルターを進退させる機構を持つものや、小さな絞り径をもつ絞り規制部材を進退させる機構を持つものがある。
【０００９】
上記のシャッタ装置は、その厚みを薄くすることはできるが、コイルやステータが地板上において多くの範囲を占めてしまう。この点に鑑み、図１８に示す光量調節装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
同図において、２０１は筒状のロータであって２０１ａがＮ極、２０１ｂがＳ極に着磁されている。２０１ｃはロータ２０１と一体に成形された腕であり、この腕２０１ｃから駆動ピン２０１ｄがロータ２０１の回転軸方向に延びている。２０２はコイルでありロータ２０１の軸方向に配置される。２０３は軟磁性材料から成り、コイル２０２によって励磁されるステータである。ステータ２０３はロータ２０１の外周面と対向する外側磁極部２０３ａと、ロータ２０１の内部に挿入される内筒を有している。２０４は補助ステータであり、ステータ２０３の内筒に固定され、ロータ２０１の内周面と対向する。コイル２０２への通電により、外側磁極部２０３ａ、補助ステータ２０４が励磁され、ロータ２０１は所定の位置まで回転する。２０７，２０８はシャッタ羽根であり、２０５は地板である。シャッタ羽根２０７，２０８は地板２０５のピン２０５ｂ，２０５ｃへ穴部２０７ａ，２０８ａにおいて回転可能に取り付けられ、長穴２０７ｂ，２０８ｂが駆動ピン２０１ｄに摺動可能に嵌合する。２０６はトーションバネであり、駆動ピン２０１ｄを長穴２０７ｂ，２０８ｂの端部に押し付けるように弾性力をロータ２０１に付与している。コイル２０２へ通電し、トーションバネ２０６の弾性力に逆らってロータ２０１とともに駆動ピン２０１ｄを回転させることで、シャッタ羽根２０７，２０８は穴部２０７ａ，２０８ａを中心として回転駆動され、地板の開口部２０５ａの開閉駆動を行う。
【００１１】
このような構成の光量調節装置とする事により、コンパクトな光量制御装置を構成することができる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−０１０６０４号公報
【特許文献２】
特開２００２−４９０７６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図１８に示す光量調節装置は図１７に示すものよりも小型化に適した形状となっているが、コイルへの通電のオン、オフを切り換えるだけでは、シャッタ羽根２０７，２０８を開位置か閉位置のどちらにしか保持することができない。つまり、この光量調節羽根の駆動は２状態にのみ駆動するもの、つまり光量調節羽根が開口部を覆うか、退避するかのどちらかに駆動するものでしかなく、例えばその中間の開口状態も設定可能な簡易的な装置が望まれている。
【００１４】
（発明の目的）
本発明の目的は、３個所の停止位置を有する簡易な、駆動装置、光量調節装置およびレンズ駆動装置を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、軸方向に延出することで形成されるとともにマグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、外側磁極部に対向する位置であってマグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、ロータの軸方向に配置され、外側磁極部および内側磁極部を励磁するコイルとを有する駆動装置であって、前記ロータの作動範囲を、前記コイルへの通電方向を切り換えることにより、前記ロータのマグネット部に作用するコギング力が反対向きとなる範囲を含み、かつ、前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部の中心とが対向する領域を含まない範囲に設定し、前記外側磁極部１極あたりの中心角を前記ロータの作動範囲内で前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部の中心とが対向しない角度に設定するとともに、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると、−０．３Ｘ＋０．７２＜Ｙの条件を満たす駆動装置とするものである。
【００１６】
また、上記と同様の構成の駆動装置を用いて光量調節部材を３箇所の停止位置に制御し、開口部を通過する光量を変化させる光量調節装置とするものである。また、上記と同様の構成の駆動装置を用いてレンズを３箇所の停止位置に制御し、焦点距離を変化させるレンズ駆動装置とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１〜図８は本発明の実施の第１の形態に係る光量調節装置を示す図であり、図１は光量調節装置の分解斜視図、図２はその断面図である。図２の駆動装置にかかる断面図のうち、左半分はステータの外側磁極部が存在する部分での断面図、右半分は外側磁極部がない部分での断面図である。図３はロータが第３の位置にあるときの図２のＢ−Ｂ断面図、図４はロータが第１の位置にあるときの図２のＢ−Ｂ断面図、図５はロータが第２の位置にあるときの図２のＢ−Ｂ断面図である。図６はロータが第３の位置にあるときの光量調節羽根の回転位置を示す図、図７はロータが第１の位置にあるときの光量調節羽根の回転位置を示す図、図８はロータが第２の位置にあるときの光量調節羽根の回転位置を示す図である。ロータの第１の位置、第２の位置、第３の位置については後で詳しく説明する。
【００１９】
これらの図において、１は概略円筒形状のマグネット部を持つプラスチックマグネット材料からなるロータであり、マグネット部は外周面を円周方向に４分割して交互にＳ極とＮ極に着磁されている。詳しくは図３に示すように、着磁部１ａ，１ｃは外周面がＮ極に、着磁部１ｂ，１ｄは外周面がＳ極に、それぞれ着磁されている。この実施の第１の形態では着磁極数は４極であるが、２極以上であればかまわない。このロータ１のマグネットには軸方向に延出する駆動ピン１ｇが一体に形成されている。この駆動ピン１ｇは後述する地板５の案内溝５ｂによってその移動範囲が規制されている。光量調節装置の駆動装置は、駆動ピン１ｇが地板５の開口部５ａの中心に向かう方向および離れる方向、つまりは地板５の径方向に移動するように配置されている。
【００２０】
２は円筒形状のコイルであり、ボビン３に巻きつけられている。このコイル２はロータ１と同心でかつ、ロータ１と軸方向であって隣り合う位置に配置され、コイル２はその外径がロータ１のマグネット部の外径とほぼ同じ寸法である。この駆動装置は１相駆動であり、コイル２は１つだけ設ければよい。
【００２１】
４は軟磁性材料からなるステータであり、ステータ４は、先端部に歯形状の外側磁極部４ａ，４ｂが形成された外筒および円柱形状の内側磁極部である内筒４ｃからなる。外側磁極部４ａ，４ｂはロータ１の外周面に所定の隙間を持って所定の角度（図３の角度Ａを参照）で対向するように構成されている。ここでの角度とは、外側磁極部４ａ，４ｂのそれぞれとマグネットの回転中心位置とで構成される扇型の中心角を指す。この実施の第１の形態における所定の角度に関しては後述する。ステータ４の円柱形状の内筒４ｃが内側磁極部を形成している。この内筒はロータ１の内周面に所定の隙間を持って対向するように構成されている。これらロータ１、コイル２、ボビン３、そしてステータ４によって、光量調節装置を作動させるための駆動装置が構成されている。
【００２２】
５は光量調節装置の地板であり、中央に開口部５ａを備えている。この開口部５ａの前面に羽根部材を配置し、この羽根部材の回転位置を制御することで、開口部５ａを通過する光量を調節する。図２に示すように、ロータ１の軸部１ｅが地板５の凹部５ｃに回転可能に嵌合し、軸部１ｆがステータ４の内側磁極部の穴部４ｄに回転可能に嵌合するように、ステータ４が外側磁極部４ａ，４ｂにおいて地板５に固定されている。
【００２３】
６および７は光量調節羽根であり、ロータ１の駆動ピン１ｇの移動（回転）に伴って駆動し、開口部５ａを覆うことで開口面積を変化（例えば露光量を変化）させる。光量調節羽根６の丸穴６ａが地板５の突起５ｄと回転可能に嵌合し、長穴６ｂがロータ１の駆動ピン１ｇと摺動可能に嵌合している。同様にして光量調節羽根７の丸穴７ａが地板５の突起５ｅと回転可能に嵌合し、長穴７ｂがロータ１の駆動ピン１ｇと摺動可能に嵌合している。これにより、ロータ１の駆動ピン１ｇが移動するのに連動して光量調節羽根６は丸穴６ａの軸を中心に回転し、また光量調節羽根７は丸穴７ａの軸を中心に回転する。
【００２４】
図６は、コイル２に通電を行わず、ロータが第３の位置（図３の状態）にあるときの光量調節羽根６および７の様子であり、地板５の開口部５ａを通過する光量を所定量減少させている状態である。また、図７は、コイル２にある方向の通電を行ってロータ１が第１の位置（図４の状態）にあるときの光量調節羽根６および７の様子であり、光量調節羽根６，７が地板５の開口部５ａから退避した状態にある。さらに、図８は、コイルに逆方向の通電を行ってロータ１が第２の位置（図５の状態）にあるときの光量調節羽根６および７の様子であり、光量調節羽根６，７が地板５の開口部５ａを覆う状態にある。
【００２５】
つまり、光量調節羽根６および７はロータ１の停止位置によって、地板５の開口部５ａを通過する光量を変化させる役割を果たす。具体的には、開口部５ａから退避する第１の状態と、開口部５ａを覆う第２の状態と、これら第１の状態と第２の状態の中間となる第３の状態の３つの状態に変化することで、光量調節羽根６，７で形成する開口面積を変化させ、開口部５ａを通過する光量を調節する。
【００２６】
８は光量調節羽根６および７の軸方向の抜け止めをするするカバーであり、地板５に固定される。
【００２７】
図３は、コイル２に通電を行わずに、ロータ１のマグネット部と外側磁極部４ａ，４ｂによるコギング力によって保持されるロータ１の回転位置を示している。図３の状態からコイル２に通電を行い、ステータ４の外側磁極部４ａ，４ｂをＳ極に、内側磁極部をＮ極にそれぞれ励磁すると、ロータ１は時計周りに回転し、駆動ピン１ｇが案内溝５ｂの一端に突き当たった図４に示す状態になる。この状態でコイル２への通電を絶つと、ロータ１は再び図３の状態に戻る。図３の状態からコイル２に先ほどとは逆方向の通電を行い、ステータ４の外側磁極部４ａ，４ｂをＮ極に、内側磁極部４ｃをＳ極にそれぞれ励磁すると、ロータ１は図３において反時計周りに回転し、駆動ピン１ｇが案内溝５ｂの他端に突き当たった図５に示す状態になる。この状態からコイルへの通電を絶つと、再び図３の状態に戻る。このようにコイル２への通電状態を切り換えることにより、駆動ピン１ｇを図３、図４、図５に示す３つ位置の間で往復運動させることができる。なお、図４に示すロータ１の停止位置を第１の位置、図５に示すロータの停止位置を第２の位置、図３に示すロータ１の停止位置を第３の位置とする。
【００２８】
軸部１ｅ，１ｆや駆動ピン１ｇはプラスチックマグネット材料からなるロータ１と一体的に成形されるので、別部品で構成される場合に比べ、低コストで、かつ、組み立て誤差を少なくすることができる。また、外側磁極部４ａ，４ｂとロータ１の駆動ピン１ｇとはロータ１の軸方向における位置が重複しており、概略円筒形状の本駆動装置の軸方向の長さＬ（図２参照）を抑えることができる。
【００２９】
さらに、ステータ４の外側磁極部４ａ，４ｂを、外筒の先端部から切り欠きを設けることでロータ１の軸方向と平行方向に延出された歯形状として構成しているので、ステータ４の直径はロータ１のマグネット部の直径に磁気ギャップと自らの肉厚を加えた最小限の寸法に抑える事ができ、非常に小径の駆動装置とする事ができる。この結果、地板５に配置される部品の面積が非常に小さく、コンパクトな駆動装置となる。
【００３０】
また、ロータ１の外周面に対向する外側磁極部と内周面に対向する内側磁極部とでロータ１を挟んでいるで、磁気抵抗が少ない磁路を構成することができるとともに、コイル２に通電することにより一方の磁極部から出る磁力線が他方の磁極部へと流れ込むので、発生する磁力線の多くが磁極部間に挟まれたロータ１に作用する。そのために、回転出力の高い駆動装置となり、結果的に小型化が容易になる。また、コイル２は一つで足りるため、通電の制御回路も単純になり、コストも安く構成できる。
【００３１】
次に、外側磁極部４ａ，４ｂの１つあたりのロータ１に対向する角度について詳細に説明する。
【００３２】
本実施の形態では、コイル２へ通電を行わないと、ロータ１の回転位置が図３に示す第３の位置に保持される。この様子を図９および図１０を用いて説明する。
【００３３】
図９において、縦軸はロータ１に作用する外側磁極部と内側磁極部との間で発生する磁力を示し、横軸はロータ１の回転位相を示す。
【００３４】
Ｅ１点，Ｅ２点、Ｅ３点で示されるところは、ロータ１が正回転しようとすると、ロータ１を逆回転させようとする力が作用し、ロータ１が逆回転しようとすると、ロータ１を正回転させようとする力が作用して、ロータ１は元の位置に戻される。Ｅ１点、Ｅ２点或いはＥ３点では、マグネットと外側磁極部の間の磁力によってロータ１が安定的に位置決めされる。Ｆ１点，Ｆ２点はマグネットの位相が少しでもずれると前後のＥ１点、Ｅ２点或いはＥ３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への通電がなされない状態では、振動や姿勢の変化によってＦ１点，Ｆ２点に停止していることはなく、Ｅ１点、Ｅ２点或いはＥ３点の位置で停止する。
【００３５】
Ｅ１点，Ｅ２点、Ｅ３点のようなコギング安定点はマグネットの着磁極数をＮＡとすると、（３６０／ＮＡ）度の周期で存在し、その中間位置がＦ１点，Ｆ２点のような不安定点になる。
【００３６】
有限要素法による数値シミュレーションの結果、マグネットの着磁される１極あたりの角度（マグネットの着磁部の中心角）と外側磁極部のマグネットに対向する対向角度（図３においてＡで示すものであり、外側磁極部３ａとマグネットの回転中心位置とで構成される扇型の中心角）との関係に応じて、コイルへの通電がなされていない状態での外側磁極部とマグネットとの吸引状態の様子が変化することが明らかになった。
【００３７】
それによると、外側磁極部のマグネットに対向する角度によりマグネットのコギング位置が変化する。すなわち、外側磁極部のマグネットに対向する角度が所定値以下の場合には、マグネットの極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持される。つまり、図９で述べたＥ１点、Ｅ２点およびＥ３点がこの状態である。逆に、外側磁極部のマグネットに対向する角度が所定値を超える場合には、マグネットの極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持され、この位置が図９で述べたＥ１点、Ｅ２点およびＥ３点となる。その様子を図１０を用いて説明する。
【００３８】
図１０は、外側磁極部の幅寸法とコギング力、マグネット寸法の関係を示す図である。
【００３９】
図１０において、横軸は「マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」、縦軸は「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」（言い換えれば、「外側磁極部１極あたりの中心角／マグネットの１極あたりの中心角」）である。
【００４０】
例えば、マグネットの外径寸法が１０ｍｍ、内径寸法が９ｍｍで極数が１６極の場合、マグネットの厚みは「（１０−９）／２」、着磁された１極あたりの外周長さは「１０×π／１６」であるから、横軸の「マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」の値は０．２５５となる。また、外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度を１３度とすると、ロータ１極あたりの角度は２２．５度であるから、縦軸の「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」は０．５７８となる。
【００４１】
図１０中の各ポイントはコギング力がほぼ０、或いは最小となるときの、モータの「外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」および「マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」をプロットしたものであり、図１１に示す９種類のモータについてグラフ化したものである。
【００４２】
図１０の縦軸を「Ｙ＝外側磁極部１つあたりのマグネットに対する対向角度／ロータ１極あたりの角度」、横軸を「Ｘ＝マグネットの厚み／ロータ１極あたりの外周長さ」とすると、これらのポイントは「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．６３」の式で近似した直線１と、「Ｙ＝−０．３Ｘ＋０．７２」の式で近似した直線２とに囲まれた領域に存在する。
【００４３】
直線１より図中下の範囲、即ち、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」の範囲はマグネットの極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持され、「−０．３Ｘ＋０．７２＜Ｙ」ならば、マグネットの極と極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置で安定的に保持される。
【００４４】
直線１と直線２とに囲まれた領域、即ち、「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」の条件を満たしている場合は、コギング力が極めて小さく構成される。
【００４５】
ここで、外側磁極部４ａ，４ｂのマグネットに対する各対向角度Ａは、マグネットの軸方向の位置によって徐々に変化するような場合であれば、平均的な対向角度が上記の条件式を満たしていれば良い。即ち、マグネットの端面部付近の対向角度Ａが例えば１５度であって、外側磁極部の先端部付近の対向角度Ａが１３度程度なら、それらの平均値である１４度を上記条件式に当てはめればよい。
【００４６】
図１２，図１３，図１４に、実験結果を示す。
【００４７】
図１２，図１３，図１４ともに、図９と同様、縦軸はロータ１に作用する外側磁極部と内側磁極部とで発生する磁力によるトルクを示し、横軸はロータ１の回転位相を示す。コイルに無通電時のトルク、即ちコキングトルクとコイル端子間に３Ｖの電圧を印加した時の発生トルクを示している。
【００４８】
このモデルとなるモータは
・マグネットは、外径φ１０．６ｍｍ、内径φ９．８ｍｍ、着磁極数１６極
・コイルは、巻き数が１１２ターン、抵抗１０Ω
・ステータの外側磁極部は、外径φ１１．６ｍｍ、内径φ１１．１ｍｍ
・ステータの内側磁極部は、外径φ９．３ｍｍ、内径φ８．８ｍｍ
で構成されたものである。モータの形状は図１から図４に示したものと同様である。
【００４９】
図１２は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１０．３５度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．４６となる。
【００５０】
図１３は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１３．４５度のものである。この場合が無通電時の発生するトルク即ちコキングトルクが一番小さくなっているのである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６０となる。
【００５１】
図１４は、外側磁極部のマグネットに対する各対向角度Ａは１５．５２度のものである。Ｘ，Ｙの値は、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６９となる。
【００５２】
上記図１２，図１３，図１４の構成のものを、図１０で求めた直線を示した図１５上において、それぞれａ点，ｂ点，ｃ点で示す。
【００５３】
図１２に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１０．３５度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．４６で、「Ｙ＜−０．３Ｘ＋０．６３」の条件に当てはまり、マグネットの安定位置は着磁部の極の中心が外側磁極部の中心に対向する位置であった。
【００５４】
図１３に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１３．４５度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６０で、「−０．３Ｘ＋０．６３≦Ｙ≦−０．３Ｘ＋０．７２」の条件に当てはまり、コキングトルクが極めて小さくなっている。
【００５５】
図１４に特性を示した構成のもの、つまり外側磁極部のマグネットに対する対向角度Ａが１５．５２度のものは、Ｘ＝０．１９２、Ｙ＝０．６９で、「−０．３Ｘ＋０．７２＜Ｙ」の条件に当てはまり、マグネットの安定位置は着磁部の極の境界が外側磁極部の中心に対向する位置であった。
【００５６】
本実施の形態では、「−０．３Ｘ＋０．７２＜Ｙ」となるように寸法が設定されており、コイル２への通電がなされていない図３の状態では、図９に示したＥ１点、Ｅ２点およびＥ３点が、ロータ１のマグネット部の極と極の境界Ｑ１が外側磁極部４ａ，４ｂの中心Ｒ１と対向する位置で安定して停止するようになっている。
【００５７】
ここで、外側磁極部４ａ，４ｂのマグネット部の外周面に対する対向角度Ａは部品寸法公差や嵌合ガタなどを考慮して設定するのが望ましい。すなわち上記の場合、例えば外側磁極４ａ，４ｂのＹの値は大きく設定しても理論上はマグネットの極と極の境界が外側磁極部４ａ，４ｂの中心に対向する位置で安定的に保持されるが、部品交差などを考慮すると、マグネットの極と極の境界が外側磁極部４ａ，４ｂの中心に対向する位置で常に安定的に保持できる保証は少ない。そこで、もう少し余裕を持って外側磁極部を設定する必要があるが、外側磁極部の対向角Ａを必要以上に大きくするとコギング力が大きくなりすぎて回転トルクが下がる傾向にあるため、コギング力と必要トルクのバランス点を見て設定する必要がある。
【００５８】
図３に示す状態からコイル２へ通電を行うと、マグネットの極の中心と外側磁極部４ａ，４ｂの中心位置とが対向しようとしてロータ１が回転する。もし、このとき、マグネットの極の中心と外側磁極部４ａ，４ｂの中心位置とが対向するまでロータ１を回転させてしまうと、ロータ１が図９のＦ１点、Ｆ２点に位置することになる。したがって、コイル２への通電をやめたときに、マグネットには両方の回転方向に均等な力が加わってしまい、必ずしもロータ１が図３に示す状態に戻るとは限らない。
【００５９】
そこで、本実施の形態では、地板５の案内溝５ｂとロータ１の駆動ピン１ｇの関係を以下のように設定し、ロータ１の極の中心と外側磁極部４ａ，４ｂの中心とが対向する位置までロータ１が回転しないようにしている。
【００６０】
図３に示すロータ１の回転位置を、図９におけるＥ２点の位置とする。図４に示すように駆動ピン１ｇが案内溝５ｂの一方の端面に接するとき、ロータ１のマグネット部の極と極の境界部であるＱ１と外側磁極部４ａ（４ｂについても同様）の中心Ｒ１とのなす角度がβ度（≠０度）になるように設定してある。このときのロータ１の回転位置を図９に当てはめると、Ｈ点の位置となり、Ｅ２点とこれに隣接するＦ２点との間の位置となる。この位置でのコギング力（ロータ１のマグネット部に作用するステータ４との間で発生する吸引力）はＴ２であり、ロータ１がＥ２点に戻ろうとする回転方向に力が働く。
【００６１】
図５に示すように駆動ピン１ｇが案内溝５ｂの他方の端面に接するとき、ロータ１のマグネット部の極と極の境界部であるＱ１と外側磁極部４ａ（４ｂについても同様）の中心Ｒ１とのなす角度がα度（≠０度）となるように設定してある。このときのロータ１の回転位置を図９に当てはめると、Ｇ点の位置となり、Ｅ２点とこれに隣接するＦ１点との間の位置となる。この位置でもコギング力はＴ１であり、ロータ１がＥ２点に戻ろうとする回転方向に力が働く。
【００６２】
これは言い換えれば、ロータ１の回転角度を、ロータ１のマグネット部に作用するコギング力が反対向きとなる範囲を含み、かつ、ロータ１のマグネット部の極の中心と外側磁極部の中心位置とが対向する範囲を含まないように設定したといえる。
【００６３】
このように構成することで、コイル２への通電方向を切り換えることにより、ロータ１は図４に示す第１の位置と図５に示す第２の位置の間で回転し、どちらの位置からもコイル２への通電を絶つとロータ１は図３に示す第３の位置に戻る。
【００６４】
光量調節羽根６，７はロータ１に連動して回転する。上述したようにロータ１のマグネット部が図４に示す第１の位置にあるとき、光量調節羽根６，７は図７に示すようにそれぞれ地板５の開口部５ａから退避する位置となる。このとき光量調節羽根６，７で形成される開口量は最大となる。ロータ１のマグネット部が図５に示す第２の位置にあるとき、光量調節羽根６，７は図８に示すように開口部５ａを閉鎖する位置となる。このとき光量調節羽根６，７で形成される開口量は最小となる。ロータ１のマグネット部が図３に示す第３の位置にあるとき、光量調節羽根６，７は図６に示すように開口部５ａの一部を塞ぐ位置となる。このとき光量調節羽根６，７で形成される開光量は図７のときの半分程度となる。よって、コイル２への通電の有無および通電方向を切り換えることにより、光量調節羽根６、７の状態を開口部５ａに対して開放状態と中間絞り状態と閉鎖状態（図６から図８の何れかの状態）に制御可能となり、地板５の開口部５ａを通過する光量を調節できる。さらに、コイル２への無通電時にはロータとマグネット部と外側磁極部４ａ，４ｂとの吸引力により、中間絞りの位置が保持される。なお、実施の第１の形態では外側磁極部を２つ設けたが、１つであっても構わない。
【００６５】
なお、実施の第１の形態では、光量調節部材として光量調節羽根（絞り口径羽根）を例示し、その開口面積を変化させる例を述べているが、これに限定されるわけではない。光量調節羽根をシャッタ羽根としたり、異なる濃度のＮＤフィルターを開口部に対して進退させて通過光量を調整する光量調節用フィルタ板としても良い。また、実施の第１の形態における駆動装置は，光軸と駆動装置の回転軸が平行になるように設置されていたが、平行に設置されなくても構わない。また、被駆動体は絞り羽根やシャッタ羽根等の羽根部材でなく、他の部材であっても構わない。
【００６６】
図１６に本発明の実施の第２の形態に係るレンズ駆動装置の斜視図を示す。これはレンズを光軸方向に駆動するための装置である。ロータ１、コイル２、ボビン３、ステータ４からなる駆動装置は、ロータに径方向に延出した腕１ｈを設けてその先端に１ｇを設けた点以外は、実施の第１の形態とほぼ同じ構成のものを用いている。
【００６７】
図１６において、１０はレンズホルダー、１１はレンズホルダー１０に固定されたレンズである。１２および１３はレンズホルダー１０が移動するときの案内を果たすために、レンズ１１の光軸と平行に設けられたシャフトである。シャフト１２および１３は、駆動装置のロータの回転軸に対して直交する向きに配置されている。
【００６８】
レンズホルダー１０の嵌合部１０ａおよび嵌合部１０ｂがシャフト１２およびシャフト１３と摺動可能に嵌合し，シャフトに沿って往復移動できるようになっている。また、レンズホルダー１０は腕部１０ｃを持ち、その先端には摺動部１０ｄが設けられ、この摺動部１０ｄにロータ１の駆動ピン１ｇが摺動可能に嵌合し、駆動ピン１ｇの移動に応じてレンズホルダー１０は光軸方向に移動する。
【００６９】
駆動装置は実施の第１の形態で説明した駆動装置と同一のものであるから、コイル２への通電の有無および通電方向を切り換えることにより、ロータ１の駆動ピン１ｇは３つの位置に停止させることができ、これに連動させてレンズを３つの位置に保持することが可能となる。光軸に対して平行方向にレンズが移動することにより、３つの焦点距離を任意に選択可能なレンズ駆動装置とすることができる。また、そのうちの１つの焦点距離を選択した場合は、コイルに通電することなくコギング力によってレンズの位置が保たれるから、省電力にもつながる。
【００７０】
なお、ロータの駆動ピン１ｇおよび駆動ピン１ｇが設けられた腕１ｈは、ロータのマグネット部と一体に成形せずにマグネット部に連動して動く別部品として設けても構わない。
【００７１】
また、駆動装置の回転軸がレンズの光軸と平行になるように配置し、光軸に対してレンズを垂直方向に移動させる駆動装置としてもよい。レンズホルダーに種類の違う３種類のレンズをずらして配置すれば、ロータの回転に応じて３種類のレンズを選択できるレンズ駆動装置を構成することもできる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ロータの作動範囲を、前記コイルへの通電方向を切り換えることにより、前記ロータのマグネット部に作用するコギング力が反対向きとなる範囲を含み、かつ、マグネット部の着磁された極の中心と外側磁極部の中心とが対向する領域を含まない範囲に設定し、外側磁極部１極あたりの中心角をロータの作動範囲内でマグネット部の着磁された極の中心と外側磁極部の中心とが対向しない角度に設定するとともに、マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、マグネット部の径方向の厚みに対するマグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとし、−０．３Ｘ＋０．７２＜Ｙを満たすように駆動装置を設定することで、マグネット部の着磁された極と極の境界部が外側磁極部の中心位置に対向するようにコギング力が働くことになる。
【００７３】
したがって、コイルへの通電を行わないときは、ロータのマグネット部と磁極部との間で作用するコギング力によって、マグネット部の極と極の境界部が外側磁極部と対向する位置に前記ロータが保持され、コイルへの通電方向に応じた方向にこのロータを回転させることができ、３つの停止位置を有する簡易な、駆動装置、光量調節装置又はレンズ駆動装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１の形態における光量調節装置の分解斜視図である。
【図２】図１の光量調節装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の第１の形態においてロータが第３の位置にあるときの図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の実施の第１の形態においてロータが第１の位置にあるときの図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の実施の第１の形態においてロータが第２の位置にあるときの図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の実施の第１の形態においてロータが第３の位置にあるときの光量調節羽根の回転位置を示す図である。
【図７】本発明の実施の第１の形態においてロータが第１の位置にあるときの光量調節羽根の回転位置を示す図である。
【図８】本発明の実施の第１の形態においてロータが第２の位置にあるときの光量調節羽根の回転位置を示す図である。
【図９】本発明の実施の第１の形態におけるコギング力の様子を表す図である。
【図１０】本発明の実施の第１の形態における外側磁極の幅寸法とコギング力、マグネット寸法の関係を表す図である。
【図１１】図１０の各関係を求める為に使用したモータの種類を示す図である。
【図１２】本発明の実施の第１の形態における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施の第１の形態における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。
【図１４】本発明の実施の第１の形態における実験結果であるトルクとロータの回転位相との関係を示す図である。
【図１５】本発明の実施の第１の形態における実験モデルの外側磁極の幅寸法とコギング力、マグネット寸法の関係を表す図である。
【図１６】本発明の実施の第２の形態におけるレンズ駆動装置の斜視図である。
【図１７】従来のシャッタ羽根駆動装置である。
【図１８】従来の他のシャッタ羽根駆動装置である。
【符号の説明】
１ ロータ
２ コイル
３ ボビン
４ ステータ
５ 地板
６，７ 光量調節羽根
８ カバー
１０ レンズホルダー
１１ レンズ
１２，１３ シャフト

Claims (9)

1. 外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、前記軸方向に延出することで形成されるとともに前記マグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、前記外側磁極部に対向する位置であって前記マグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、前記ロータの軸方向に配置され、前記外側磁極部および前記内側磁極部を励磁するコイルとを有する駆動装置であって、
   前記ロータの作動範囲を、前記コイルへの通電方向を切り換えることにより、前記ロータのマグネット部に作用するコギング力が反対向きとなる範囲を含み、かつ、前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部の中心とが対向する領域を含まない範囲に設定し、
   前記外側磁極部１極あたりの中心角を前記ロータの作動範囲内で前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部の中心とが対向しない角度に設定するとともに、
   前記マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する前記外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、前記マグネット部の径方向の厚みに対する前記マグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
   −０．３Ｘ＋０．７２＜Ｙ
   の条件を満たすことを特徴とする駆動装置。
2. 前記ロータは、前記コイルに通電を行わないときの停止位置を境として、前記コイルへの通電の向きを切り換えることで反対方向に回転することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記外側磁極部は、筒の先端部から切り欠きを設けることで前記ロータの軸方向に延出された歯形状に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 前記ロータの回転の中心となる軸の一端は地板の開口部より外れた前記地板上に設けられた穴部に、他端は前記内側磁極部の中心部に設けられた穴部に、それぞれ回転可能に嵌合していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の駆動装置。
5. 外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータの回転に応じて作動する出力部材と、前記軸方向に延出することで形成されるとともに前記マグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、前記外側磁極部に対向する位置であって前記マグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、前記ロータの軸方向に配置され、前記外側磁極部および前記内側磁極部を励磁するコイルと、開口部を備えた地板と、前記出力部材により駆動されて前記地板の開口部に進退することで前記開口部を通過する光量を変化させる光量調節部材とを有する光量調節装置であって、
   前記ロータの作動範囲を、前記コイルへの通電方向を切り換えることにより、前記ロータのマグネット部に作用するコギング力が反対向きとなる範囲を含み、かつ、前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部の中心とが対向する領域を含まない範囲に設定し、
   前記外側磁極部１極あたりの中心角を前記ロータの作動範囲内で前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部の中心とが対向しない角度に設定するとともに、
   前記マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する前記外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、前記マグネット部の径方向の厚みに対する前記マグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
   −０．３Ｘ＋０．７２＜Ｙ
   の条件を満たすことを特徴とする光量調節装置。
6. 前記ロータは、前記コイルに通電を行わないときの停止位置を境として、前記コイルへの通電の向きを切り換えることで反対方向に回転することを特徴とする請求項５に記載の光量調節装置。
7. 前記外側磁極部は、筒の先端部から切り欠きを設けることで前記ロータの軸方向に延出された歯形状に構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の光量調節装置。
8. 前記ロータの回転の中心となる軸の一端は前記地板の開口部より外れた前記地板上に設けられた穴部に、他端は前記内側磁極部の中心部に設けられた穴部に、それぞれ回転可能に嵌合していることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の光量調節装置。
9. 外周面が周方向に分割されて異なる極に着磁された円筒形状のマグネット部をもち、軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータの回転に応じて作動する出力部材と、前記軸方向に延出することで形成されるとともに前記マグネット部の外周面に対向する少なくとも一つの外側磁極部と、前記外側磁極部に対向する位置であって前記マグネット部の内周面に対向する内側磁極部と、前記ロータの軸方向に配置され、前記外側磁極部および前記内側磁極部を励磁するコイルと、開口部を備えた地板と、前記出力部材により駆動されて前記地板の開口部に進退することで前記開口部を通過する光束の焦点距離を変化させるレンズとを有するレンズ駆動装置であって、
   前記ロータの作動範囲を、前記コイルへの通電方向を切り換えることにより、前記ロータのマグネット部に作用するコギング力が反対向きとなる範囲を含み、かつ、前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部の中心とが対向する領域を含まない範囲に設定し、
   前記外側磁極部１極あたりの中心角を前記ロータの作動範囲内で前記マグネット部の着磁された極の中心と前記外側磁極部の中心とが対向しない角度に設定するとともに、
   前記マグネット部の着磁された１極あたりの中心角に対する前記外側磁極部１極あたりの中心角の比の値をＹ、前記マグネット部の径方向の厚みに対する前記マグネット部の着磁された１極あたりの円周上の長さの比の値をＸとすると
   −０．３Ｘ＋０．７２＜Ｙ
   の条件を満たすことを特徴とするレンズ駆動装置。

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