JP4587689B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、小型の精密機器などに用いて有効な電磁アクチュエータに関する。

小型の精密機器などに用いられている電磁アクチュエータの中には、径方向に着磁されたロータと、二つの脚部を有しておりそれらの先端を磁極部として前記回転子の周面に対して異なる角度範囲位置で対向させるように配置したヨークと、前記ヨークの一方の脚部に巻装された励磁用のコイルとで構成したものが知られている。そして、４極に着磁したロータを、二つのヨークの間に配置し、ステップモータとして構成したものが、特許文献１などに開示されている。また、ヨークを一つだけにし、電流制御式のモータとして構成したものが、特許文献２などに開示されている。そのうち、電流制御式のモータは、ムービングマグネット型モータなどとも言われており、ロータは、特許文献２に記載のように２極としたものが多いが、４極としたものも特許文献３で知られている。
特開２００２−１３１８０２号公報 特開２００３−１８６０７９号公報 特開２００３−２７４６２９号公報

ところで、上記の特許文献１〜３に記載されている電磁アクチュエータの構成は、採用される機器内での収容スペースが、ロータの軸方向に小さく、ロータの径方向に長い場合に有利な構成となっているが、このような特徴を有する電磁アクチュエータに対しても、最近では小型化が強く要求されている。しかしながら、これまでにも、可能な限りの小型化を図ってきたため、そのような要求に応じることは、極めて困難な状況にある。即ち、ロータについては、性能を落とさないで小型化することには、もはや限界がある。他方、ヨークについては、その脚部を短くするのが効果的であるが、ヨークの一方の脚部にはコイルを巻装しているため、脚部を短くすると、その分だけコイルの巻き径が大きくなってしまい、ロータの径方向の大きさは小さくなっても、ロータの軸方向の大きさが大きくなってしまうという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、径方向に着磁されたロータと、二つの脚部を有していてそれらの先端を磁極部として前記ロータの周面に対して異なる角度範囲位置で対向させるように配置した少なくとも一つのヨークと、前記ヨークの一方の脚部に巻装された励磁用のコイルと、を備えた電磁アクチュエータであって、ヨークの脚部を短くすることによってコイルの巻き径が大きくなっても、ロータの軸方向の全体構成が大きくならないようにした電磁アクチュエータを提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の電磁アクチュエータは、径方向に着磁されたロータと、二つの脚部を有していてそれらの先端を磁極部として前記ロータの周面に対して異なる角度範囲位置で対向させるように配置した少なくとも一つのヨークと、前記ヨークの一方の脚部に巻装された励磁用のコイルと、を備えていて、前記ヨークは、前記ロータの軸方向の寸法を厚さとした場合、前記一方の脚部が、少なくとも前記巻装部から前記磁極部まで、他方の脚部の厚さよりも薄く形成されているようにする。

その場合、前記ヨークは、二つの部材からなっていて、両者の一部を組み合わせた部位を前記巻装部としたものであってもよい。また、前記ヨークを一つだけ備えており、前記ロータは、径方向位置に出力ピンを有していて、前記コイルへの通電方向に対応する方向へ、所定の角度範囲内でだけ回転するように構成してもよい。

本発明は、径方向に着磁されたロータと、二つの脚部を有していてそれらの先端を磁極部として前記ロータの周面に対して異なる角度範囲位置で対向させるように配置した少なくとも一つのヨークと、前記ヨークの一方の脚部に巻装された励磁用のコイルと、を備えた電磁アクチュエータにおいて、ヨークの形状を、前記一方の脚部が、少なくとも前記巻装部から前記磁極部まで、他方の脚部の厚さよりも薄く形成したので、コイルの巻き径が大きくなっても、機器内での収容スペースを大きくしなくて済むという効果がある。

本発明の実施の形態を、図示した三つの実施例によって説明する。それらの実施例は、本発明の電磁アクチュエータを、特許文献２，３に記載されているような電流制御式のモータとして構成したものであるが、ロータは、いずれも、特許文献２に記載されているような２極に着磁されたものである。しかしながら、特許文献３に記載されているような４極のものにも採用することが可能であるし、特許文献１に記載されているようなステップモータに採用することも可能なものである。尚、図１〜図３は、実施例１を説明するためのものであり、図４〜図６は、実施例２を説明するためのものであり、図７及び図８は、実施例３を説明するためのものである。

実施例１を、図１〜図３を用いて説明するが、これらの図面は、本発明の電磁アクチュエータを、携帯用情報端末装置にも採用することの可能な小型のデジタルカメラ用シャッタの駆動源として用いた場合を示したものである。そして、図１は、シャッタ羽根の全開状態（初期状態）を示した平面図であり、図２は、図１の要部断面図であり、図３は、シャッタ羽根の閉鎖状態を示した平面図である。そこで、先ず、図１及び図２を用いて、構成を説明する。本実施例の場合は、電磁アクチュエータのベース部材が、電磁アクチュエータの構成部材のみならず、シャッタ装置のすべての構成部材を取り付けているシャッタ地板１となっている。そして、そのシャッタ地板１は、合成樹脂で比較的厚く形成されていて、略中央部に円形をした開口部１ａを有している。

図２に示すように、シャッタ地板１には、シャッタ地板１と略同じ外形をしているカバー板２が、図示していない手段によって取り付けられ、両者の間に羽根室を構成している。そして、カバー板２にも略中央部に円形をした開口部が形成されているが、本実施例の場合には、シャッタ地板１に形成された開口部１ａの直径の方が小さくて、露光開口を規制するようになっている。また、本実施例のカメラ用シャッタは、カメラ内において、シャッタ地板１とカバー板２のどちらを被写体側にして配置しても差し支えないが、以下においては、シャッタ地板１を被写体側に配置したものとして説明する。尚、本実施例においては、カメラ本体などへの取付部は、図示を省略されている。

シャッタ地板１には、上記の開口部１ａのほかに、後述のロータ３に設けられた出力ピン３ｂを貫通させる長孔１ｂ（図２参照）が形成されているが、この長孔１ｂは、ロータ３が所定の角度範囲内で回転することを可能にするために、平面形状は円弧状に形成されている。そして、カバー板２にも、この長孔１ｂと対向するところに同じ形状をした長孔２ａが形成されている。また、シャッタ地板１の羽根室側の面には軸１ｃ，１ｄが形成されており、それらの先端は、カバー板２に設けられた二つの孔２ｂ，２ｃを貫通し、固体撮像素子側に突き出ている。更に、シャッタ地板１の羽根室外の面、即ち被写体側の面には、軸１ｅ，１ｆ，１ｇと座部１ｈが形成されており、それらのうち、軸１ｅは図１と図２の両方に示されているが、軸１ｇは図１に示されていて、軸１ｆと座部１ｈは図２に示されている。

シャッタ地板１の羽根室外の面には、本実施例のアクチュエータである電流制御式のモータの構成部材が取り付けられている。先ず、ロータ３は、円筒部３ａと、そこから径方向へ張り出した位置に設けられた出力ピン３ｂとで構成されていて、シャッタ地板１の軸１ｅに回転可能に取り付けられており、その出力ピン３ｂは、シャッタ地板１の円弧状の長孔１ｂを貫通して、先端を、カバー板２の長孔２ａから固体撮像素子側に突き出している。そして、円筒部３ａは、特許文献２に記載されたロータと同じように、径方向に２極に着磁されている。尚、この種のモータには、出力ピン３ｂを合成樹脂製としたものも知られているし、出力ピン３ｂを円筒部３ａの径方向へ張り出した位置に設けず、円筒部３ａの半径上の位置（偏心位置）に設けたものも知られているが、本発明のロータは、それらのいずれの構成をしたものであっても構わない。

シャッタ地板１には、板状の固定子枠４が、二つのビス５，６によって取り付けられている。そして、この固定子枠４は、孔４ａを有しており、そこに、上記の軸１ｅの先端を嵌合させ、ロータ３の抜け止めの役目をしている。本実施例のヨーク７は、略Ｕ字形をしていて、二つの脚部７ａ，７ｂの先端を磁極部７ｃ，７ｄとしており、一方の脚部７ａに形成された孔７ｅをシャッタ地板１の軸１ｇに嵌合させ、その基部と他方の脚部７ｂとを、シャッタ地板１の座部１ｈと軸１ｆの先端に載置しておいて、図２の上方から固定子枠４によって押さえ付けられている。そして、二つの脚部７ａ，７ｂは、図２から分かるように、ロータ３の軸方向の寸法を厚さとした場合、脚部７ｂの厚さが脚部７ａの厚さよりも薄く形成されていて、図１に示すように、それらの先端の磁極部７ｃ，７ｄを、ロータ３の円筒部３ａの周面に対して異なる角度範囲位置で対向させている。

ヨーク７の一方の脚部７ｂには、ボビン８が挿入されており、そこに励磁用のコイル９が巻回されている。そして、図２から分かるように、本実施例の場合には、コイル９は、脚部７ｂに巻装された状態において、固定子枠４から上方へ突き出ていない。それは、脚部７ｂが脚部７ａよりも薄く形成されているからである。もし、従来のように脚部７ｂの厚さが脚部７ａと同じであると、コイル９は、固定子枠４から上方へ突き出てしまうし、突き出さないようにしようとすると、コイル９の巻装部の長さを長くする必要があって、脚部７ｂ全体の長さを長くせざるを得なくなる。そのため、前者のようにした場合には、ロータ３の軸方向の大きさが大きくなってしまい、後者のようにした場合には、ロータ３の径方向の大きさが大きくなってしまうが、本実施例の場合には、そのようなことのない従来よりもコンパクトな構成になっている。

シャッタ地板１とカバー板２の間に構成された羽根室には、２枚のシャッタ羽根１０，１１が配置されている。そして、シャッタ地板１側に配置されているシャッタ羽根１０は、シャッタ地板１の軸１ｃに回転可能に取り付けられていて、周知のように、その長孔１０ａにロータ３の出力ピン３ｂを挿入させている。また、カバー板２側に配置されているシャッタ羽根１１は、シャッタ地板１の軸１ｄに回転可能に取り付けられていて、その長孔１１ａにロータ３の出力ピン３ｂを挿入させている。

次に、本実施例のカメラ用シャッタの作動を簡単に説明する。このカメラ用シャッタは、上記したように、デジタルカメラ用のシャッタであり、図１は、シャッタ羽根１０，１１が開口部（露光開口）１ａを全開にした初期状態を示したものである。このとき、ロータ３は、円筒部３ａから張り出してその先端に出力ピン３ｂを形成しているアーム状の部位がヨーク７に近接状態となっているため、それらの間に作用する吸引力によって、図１において時計方向の回転力が付与されているが、シャッタ羽根１１が図示していないストッパに接触しているため、この停止状態が維持されている。

撮影に際してレリーズボタンを押すと、それまで固体撮像素子に蓄積されていた電荷が放出され、その直後から撮影のための電荷の蓄積が開始される。そして、所定の時間が経過すると、モータのコイル９に対して正方向の通電が行われ、ロータ３は、図１において反時計方向へ回転させられる。それによって、出力ピン３ｂが、シャッタ羽根１０を時計方向へ、シャッタ羽根１１を反時計方向へ回転させるので、２枚のシャッタ羽根１０，１１は、開口部１ａを閉じていく。そして、シャッタ羽根１０，１１は、開口部１ａを完全に閉鎖した後、シャッタ羽根１０が図示していないストッパに当接することによって停止する。その停止状態が図３に示されている。

このようにして、シャッタ羽根の閉じ作動が終了すると、その直後に、固体撮像素子で光電変換された撮像情報が画像処理回路を介して記憶装置に転送される。そして、その後、コイル９に、先ほどとは逆方向の通電が行われると、ロータ３は時計方向へ回転させられ、出力ピン３ｂによってシャッタ羽根１０，１１に開口部１ａの開き作動を行わせる。そして、開口部１ａを全開にした後、シャッタ羽根１１が図示していないストッパに当接すると、その開き作動が終了し、その後、コイル９に対する通電が断たれると、図１の初期状態に復帰したことになる。

尚、上記の作動説明は、本実施例のカメラ用シャッタが、デジタルカメラに採用された場合で説明したが、銀塩フィルムカメラに採用された場合には、図３に示された状態が初期状態となり、シャッタ羽根１０，１１は、撮影時には、図１に示された状態に作動してから図３の状態に復帰することになるが、コイル９への通電を断っても図３の停止状態を安定的に保てるようにするためには、本実施例の場合とは異なる周知の手段を講じることになる。また、本実施例においては、電磁アクチュエータのベース部材を、大きな平面形状をしたシャッタ地板１に兼用させているが、電磁アクチュエータをユニットとして構成する場合には、固定子枠４と略同じ大きさのベース部材に、全ての構成部材を取り付けるようにすることは勿論のことである。従って、そのようにユニットとして構成された電磁アクチュエータは、種々の機器に駆動源として採用することができるものであり、そのようなユニットを、本実施例のシャッタ地板１に取り付けるようにしてもよいことは言うまでもない。

次に、実施例２を、図４〜図６を用いて説明するが、図４は、コイルを巻装した本実施例のヨークとロータとの配置関係だけを、図１と同じようにして見た平面図であり、図５はその断面図であり、図６は、図５におけるコイルを除いたＡ―Ａ線断面図である。そのため、電磁アクチュエータを構成しているその他の部材は、図示していなくても、実施例１の場合と全く同じである。先ず、図示されている本実施例のロータ３は、実施例１の場合と全く同じ構成をしている。そのため、ロータ３の各部位には、実施例１の場合と同じ符号を付けてある。

また、本実施例のヨーク７の各部位には、実施例１の場合と同じ符号を付けているが、実施例１の場合とは脚部７ｂの形状が異なっていて、コイル９の巻装部の厚さは、実施例１の場合と同じであるが、先端の磁極部７ｄの厚さは、もう一方の脚部７ａの厚さと同じになっている。更に、実施例１の場合は、脚部７ｂの厚さが、先端の磁極部７ｄまで同じであったため、中空部を有する糸巻き状のボビン８に予めコイル９を巻回しておき、そのボビン８の中空部に脚部７ｄを挿入することが可能であった。ところが、本実施例の場合には、脚部７ｂが、そのような工程を採用するのに不向きな形状をしているため、ボビン８１が、合成樹脂で図６に示すような断面形状に形成されていて、厚さの薄い脚部７ｂの巻装部に対して横から嵌め込んだ後、コイル９を巻回するようにしている。

本実施例は、このように、磁極部７ｄの厚さを磁極部７ｃの厚さと同じにしたことによって、実施例１の場合よりは好適な磁路が形成され、良好な駆動力を得ることが可能になる。尚、本実施例の場合は、実施例１の場合と同様に、脚部７ｂに対するコイル９の巻装を、ボビン８１を介して行っているが、コイル９を、脚部７ｂの巻装部に、直接巻回したり、絶縁紙を巻き付けておいてから巻回するようにしても差し支えない。従って、このことは、実施例１の場合も同じである。

次に、実施例３を、図７及び図８を用いて説明するが、図７は、コイルを巻装した本実施例のヨークと、ロータとの配置関係だけを、図４と同じようにして示したものであり、図８はそれを断面で示したものである。そのため、本実施例の場合にも、電磁アクチュエータを構成しているその他の部材は、実施例１の場合と全く同じである。また、本実施例は、ヨークの構成が実施例１の場合と異なっているが、ロータとボビンの構成は実施例１の場合と全く同じである。そのため、それらの部材と各部位には、実施例１の場合と同じ符号を付けてある。

本実施例のヨークは、コイル９の巻装部で分割された第１ヨーク７１と第２ヨーク７２とで構成されている。そして、第１ヨーク７１は、実施例１におけるヨーク７の脚部７ａと同じ形状で同じ厚さをした脚部７１ａを有していて、その先端を磁極部７１ｃとしている。そして、その脚部７１ａには、孔７１ｅが形成されている。また、第２ヨーク７２は、それ自体が一方の脚部であって、実施例２の磁極部７ｄに相当する磁極部７２ｄを有している。従って、その磁極部７２ｄの厚さは、実施例２における磁極部７ｄの厚さ、即ち本実施例の第１ヨーク７１の磁極部７１ｃの厚さと同じである。更に、ヨーク７１，７２は、薄肉部７１ｆ，７２ｆを有しており、それらを重合させることによって、コイル９の巻装部を構成している。そのため、本実施例の場合には、それらの薄肉部７１ｆ，７２ｆを、ボビン８の中空部に両側から挿入して組み付けている。

本実施例は、このように、磁極部７２ｄの厚さを磁極部７１ｃの厚さと同じにしたことによって、実施例１の場合よりは好適な磁路が形成され、良好な駆動力を得ることが可能になる。また、実施例２におけるヨーク７を、コイル９の巻装部で第１ヨーク７１と第２ヨーク７２に分割し、それらの薄肉部７１ｆ，７２ｆを、ボビン８の中空部に両側から圧入するようにしているので、ボビン８を実施例２のボビン８１のような形状にする必要がなく、しかも、コイル９の巻線工程が有利になる。尚、本実施例のヨークの構成体である第１ヨーク７１と第２ヨーク７２とは、実施例２におけるヨーク７の巻装部を、図５の上下方向に分割したものとしているが、左右方向に分割したものとしても差し支えないし、図４の上下方向に分割したものとしても差し支えない。また、本実施例の場合は、コイル９を巻回しているボビン８の中空部に、薄肉部７１ｆ，７２ｆを挿入しているが、ボビン８を有さず、コイル９だけの円筒形のボビンレスコイルを用いる場合には、その中空部に、直接、薄肉部７１ｆ，７２ｆを挿入することになる。そして、このことは、実施例１の場合にも言えることである。

尚、上記の各実施例においては、ヨークが、何れも二つの脚部を有している。しかしながら、この種の電磁アクチュエータのヨークには、三つの脚部を有していて、それらの先端を何れも磁極部とし、それらのうちの一つの脚部に励磁用のコイルを巻装したものも知られているが、本発明は、そのような構成の電磁アクチュエータにも適用することが可能である。

カメラ用シャッタの駆動源として用いた場合の実施例１の平面図であって、 シャッタ羽根の全開状態（初期状態）を示したものである。 図１の要部断面図である。 シャッタ羽根が図１の状態から閉鎖した状態を示した平面図である。 実施例２の平面図である。 図４の要部断面図である。 図５のＡ―Ａ線断面図である。 実施例４の平面図である。 図７の要部断面図である。

符号の説明

１ シャッタ地板
１ａ 開口部
１ｂ，２ａ，１０ａ，１１ａ 長孔
１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ 軸
１ｈ 座部
２ カバー板
２ｂ，２ｃ，４ａ，７ｅ，７１ｅ 孔
３ ロータ
３ａ 円筒部
３ｂ 出力ピン
４ 固定子枠
５，６ ビス
７ ヨーク
７ａ，７ｂ，７１ａ 脚部
７ｃ，７ｄ，７１ｃ，７２ｄ 磁極部
８，８１ ボビン
９ コイル
１０，１１ シャッタ羽根
７１ 第１ヨーク
７１ｆ，７２ｆ 薄肉部
７２ 第２ヨーク

Claims (3)

1. 径方向に着磁されたロータと、二つの脚部を有していてそれらの先端を磁極部として前記ロータの周面に対して異なる角度範囲位置で対向させるように配置した少なくとも一つのヨークと、前記ヨークの一方の脚部に巻装された励磁用のコイルと、を備えていて、前記ヨークは、前記ロータの軸方向の寸法を厚さとした場合、前記一方の脚部が、少なくとも前記巻装部から前記磁極部まで、他方の脚部の厚さよりも薄く形成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記ヨークは、二つの部材からなっていて、両者の一部を組み合わせた部位を前記巻装部としていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記ヨークを一つだけ備えており、前記ロータは、径方向位置に出力ピンを有していて、前記コイルへの通電方向に対応する方向へ、所定の角度範囲内でだけ回転することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータ。