(57)【要約】【課題】本件発明は、高トルク化を実現し、狭小なスペースに複数の鉄心が設けられる場合でも、容易に巻線を巻回できる直流モータと、当該直流モータを備えた光学素子駆動装置及び撮像装置を提供する。【解決手段】上記課題を解決するため、周方向に複数の磁極１３を有するロータ１０と、ロータ１０の回転軸方向に対して垂直な面を有する円環状部２２と、円環状部２２の外周部に立設され、回転軸１１と平行な複数の突条鉄心部２３とを有するステータ２０と、各突条鉄心部２３が挿入されると共に、周囲にコイルの巻線が巻回される複数のボビン部５１と、ボビン部５１を放射状に連結するリング状の連結部５２とを有するコイル巻線部材５０を備え、コイルの巻線２４ａが巻回されたボビン部５１を連結部５２に対して略垂直に折り曲げて、各ボビン部５１に各突条鉄心部２３を挿入させて、各突条鉄心部２３の周囲にコイル巻線体２４が設けられた直流モータを提供する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に、周方向に複数の磁極を有するロータと、
当該ロータの回転軸方向に対して垂直な面を有する円環状部と、当該円環状部の外周部に立設され、且つ、ロータの回転軸と平行な複数の突条鉄心部とを有するステータとを備えた直流モータであって、
各突条鉄心部が挿入されると共に、周囲にコイルの巻線が巻回される複数のボビン部と、当該ボビン部を放射状に連結するリング状の連結部とを有するコイル巻線部材を備え、
当該コイル巻線部材において、各ボビン部に対してコイルの巻線を巻回し、コイルの巻線が巻回されたボビン部を当該連結部に対して略垂直に折り曲げて、各ボビン部に各突条鉄心部を挿入させることにより、各突条鉄心部の周囲にコイル巻線体が設けられること、
を特徴とする直流モータ。
【請求項２】
前記ボビン部と前記連結部とは絶縁性樹脂で一体成形されたものである請求項１に記載の直流モータ。
【請求項３】
前記ロータの回転軸方向において、前記ロータと、前記突条鉄心部のコイル巻線領域とは上下に配置される請求項１又は請求項２に記載の直流モータ。
【請求項４】
光学素子を光軸方向に移動させる駆動源として請求項１〜請求項３のいずれかに記載の直流モータを備えることを特徴とする光学素子駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光学素子駆動装置を用いて、撮像用のレンズを光軸方向に移動させることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、直流モータと、当該直流モータを備えた光学素子駆動装置及び撮像装置に関する。特に、従来に比して同寸法であっても高出力化を図ることができる小型の直流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種電子機器の駆動源等として各種の直流モータが使用されている。例えば、撮像装置においても、撮像用レンズ群のレンズ位置を移動させるためのレンズ移動機構の駆動源として小型の直流モータが用いられている（例えば、特許文献１）。直流モータは、始動トルクが大きく、加速性及び速度制御性に優れるため、レンズの位置を精密に制御しなければならないレンズ移動機構の駆動源として好適である。
【０００３】
このような直流モータは、より小型でより高トルクの高いものが求められている。ロータ径及びコイル巻線を大きくすれば、直流モータの高トルク化を図ることができるが、この場合、一般に、モータの外径も大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８８４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本件発明者等は、直流モータの高トルク化を図るために、ロータとステータのコイル巻線領域とを回転軸方向において上下に配置し、コイルの巻線をロータの回転軸と平行な鉄心の周囲に巻回することにより、モータの外径を大きくすることなく、ロータ径を拡大し、且つ、コイル巻線領域を大きく確保することに想到した。しかしながら、狭小なスペースに複数立設される鉄心の周囲にコイルの巻線を巻回する場合、互いに隣接する鉄心間の間隙が小さくコイルの巻線を巻回することが非常に困難になる。
【０００６】
そこで、本件発明の課題は、高トルク化を図ると共に、狭小なスペースに複数の鉄心が設けられる場合であっても、巻線を巻回するのが容易な直流モータと、当該直流モータを備えた光学素子駆動装置及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、鋭意研究を行った結果、下記の構成を採用することにより上記課題を解決するに到った。
【０００８】
本件発明に係る直流モータは、外周部に、周方向に複数の磁極を有するロータと、当該ロータの回転軸方向に対して垂直な面を有する円環状部と、当該円環状部の外周部に立設され、且つ、ロータの回転軸と平行な複数の突条鉄心部とを有するステータとを備えた直流モータであって、各突条鉄心部が挿入されると共に、周囲にコイルの巻線が巻回される複数のボビン部と、当該ボビン部を放射状に連結するリング状の連結部とを有するコイル巻線部材を備え、当該コイル巻線部材において、各ボビン部に対してコイルの巻線を巻回し、コイルの巻線が巻回されたボビン部を当該連結部に対して略垂直に折り曲げて、各ボビン部に各突条鉄心部を挿入させることにより、各突条鉄心部の周囲にコイル巻線体が設けられることを特徴とする。
【０００９】
本件発明に係る直流モータにおいて、前記ボビン部と前記連結部とは絶縁性樹脂で一体成形されたものであることが好ましい。
【００１０】
本件発明に係る直流モータにおいて、前記ロータの回転軸方向において、前記ロータと、前記突条鉄心部のコイル巻線領域とは上下に配置されることが好ましい。
【００１１】
本件発明に係る光学素子駆動装置は、光学素子を光軸方向に移動させる駆動源として上述の直流モータを備えることを特徴とする。
【００１２】
本件発明に係る撮像装置は、上述の光学素子駆動装置を用いて、撮像用のレンズを光軸方向に移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本件発明によれば、ロータと、ステータのコイル巻線領域とをロータの回転軸方向において上下に配置するため、ロータ径を大きくした場合であっても、コイル巻線領域を大きく確保することができ、モータの外径及び減速比を大きくすることなく、従来に比して直流モータの高トルク化を図ることができる。また、各鉄条鉄心部が狭小なスペースに複数設けられる場合であっても、連結部にボビン部が折り曲げ自在に連結されたコイル巻線部材を用いて、予め各ボビン部に巻線を巻回した後、ボビン部を折り曲げて、各突条鉄心部に取り付けるため、コイルの巻線が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本件発明に係る直流モータの一例を示す外観斜視図である。
【図２】本件発明に係る直流モータの一例を示す断面図である。
【図３】ロータの磁極の配置を示す平面図である。
【図４】本件発明に係る直流モータのステータ部分の一例を示す平面図（ａ）及び（ａ）のＡ−Ａ’の断面を示す図（ｂ）である。
【図５】コイルの巻線体を巻回するためのコイル巻回部材を示す平面図（ａ）及びボビン部を折り曲げた状態を示す側面図（ｂ）である。
【図６】コイル巻線体の配置を示す平面図である。
【図７】コイルの巻線方法の手順を説明するための図である。
【図８】図１の直流モータを備えた光学素子駆動装置の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本件発明に係る直流モータの実施の形態を説明する。
図１に、本件発明に係る直流モータ１００の外観斜視図を示す。また、図２は、当該直流モータ１００の断面図であり、図３はロータ１０の磁極１３の配置を示す平面図である。また、図４は、当該直流モータ１００のステータ２０（但し、コイルを除く）の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）であり、図５は、コイルの巻線体を巻回するためのコイル巻回部材を示す平面図（ａ）及びボビン部を折り曲げた状態を示す側面図（ｂ）であり、図６は、コイル巻線体２４の配置を示す平面図である。本件発明に係る直流モータ１００は、ロータ１０とコイル巻線領域２１の配置、及びコイルの巻線方法について特徴を有する。以下では、本件発明に係る直流モータ１００の構成について説明した後で、コイルの巻線方法について説明する。
【００１６】
１．直流モータ１００
図１に示す本実施の形態の直流モータ１００は、コイルの巻線２４ａ（図６、図７参照）を鉄心に巻回した鉄心型のブラシレス直流モータである。本件発明では、図１に示すように、ロータ１０と、ステータ２０のコイル巻線領域２１とをロータ１０の回転軸方向（ロータ１０の回転軸１１の軸方向）において上下に配置したことを特徴としている。なお、図１に示す例では、鉄心（突条鉄心部２３）のコイル巻線領域２１の上方には、突条鉄心部２３の外側を取り囲むように各種配線を備えるフレキシブルプリント基板３０を巻き付けた例を示している。
【００１７】
本件発明では、ロータ１０と、コイル巻線領域２１とを回転軸方向において上下に配置することにより、ロータ１０の外径を大きくすると共に、コイル巻線領域２１を大きく確保することができる。これにより、インナ・ロータタイプ等の従来の一般的な構成のモータと比較した場合、同寸法で、高トルクを達成することができる。以下、ロータ１０と、ステータ２０の具体的な構成を説明する。
【００１８】
ロータ１０は、周方向に複数の磁極１３（Ｓ、Ｎ）を有するマグネット（永久磁石）ロータである。図２に示すように、ロータ１０は回転軸１１（シャフト）を備え、回転軸１１は軸受け１４、１５を介してブラケット４０に回転自在に支持されている。図３に示す例では、周方向に８極に等分割された磁極１３を有し、Ｓ極とＮ極が外周面において周方向に交互に現れるように磁極１３が配置される。
【００１９】
ステータ２０は、図２及び図４に示すように、ロータ１０の回転軸方向に対して垂直な面を有する円環状部２２と、その先端部２３ａがロータ１０側に延在する当該回転軸１１と平行な複数の突条鉄心部２３と、突条鉄心部２３に後述するボビン部５１を介して取り付けられたコイル巻線体２４とを有する。また、円環状部２２の中央は開口しており、この開口部２２ａにはブラケット４０及び軸受け１５を介して、ロータ１０の回転軸１１が挿入される。
【００２０】
円環状部２２及び突条鉄心部２３は、強磁性材料を用いて一体的に成形することができる。例えば、円環状部２２の外周部に突条鉄心部２３を放射状に連設した平板状部材を用い、当該突条鉄心部２３を当該円環状部２２に対して略垂直に折り曲げることにより、図２及び図４に示す形状の鉄心構造とすることができる。突条鉄心部２３は円環状部２２の外周部に等間隔に設けられている。図示例では、突条鉄心部２３を９本備えた例を示している。
【００２１】
各突条鉄心部２３は、図１、図２及び図４に示すように、ロータ１０の回転軸１１と略平行に円環状部２２に立設されている。各突条鉄心部２３の円環状部２２側はコイル巻線領域２１となっており、各突条鉄心部２３の先端部２３ａはロータ１０側に延在し、ロータ１０の外周面に対向配置されている。コイル巻線体２４に通電したとき、コイル巻線体２４から発生する磁力線（磁界）は強磁性体である突条鉄心部２３に収束し、この突条鉄心部２３の先端部２３ａを介してロータ１０の外周面に作用する。本実施の形態では、各突条鉄心部２３の回転軸方向における長さは、ロータ１０の回転軸方向における長さと、コイル巻線領域２１の回転軸方向における長さとの和よりも長く、各突条鉄心部２３の先端はロータ１０の上端より突出している。
【００２２】
突条鉄心部２３には、図２に示すように、コイル巻線体２４がボビン部５１を介して設けられている。ボビン部５１は、リング状の形状を有する連結部５２により互いに連結されている。ボビン部５１と連結部５２とは、絶縁性樹脂などで一体に成形されたものであり、後述するようにボビン部５１は連結部５２に対して折り曲げ自在に連結されている。なお、このボビン部５１及び連結部５２を有するコイル巻線部材５０及びコイル巻線方法については後述する。
【００２３】
また、各突条鉄心部２３の先端部２３ａにおいて、突条鉄心部２３間の間隙には、ホール素子等の位置検出センサ８０が配置される。位置検出センサ８０を各突条鉄心部２３の先端部間の間隙に挿入することにより、ロータ１０の磁極１３の位置（回転位置）をロータ１０により近い位置で検出することができる。
【００２４】
２．コイルの巻線方法
次に、上述したコイル巻線部材５０及びコイルの巻線方法について説明する。本件発明に係る直流モータ１００は、上記説明した様に、ロータ１０とステータ２０のコイル巻線領域２１とを回転軸方向において上下に配置することにより、モータの外径を大きくすることなく、ロータ１０径を拡大し、且つ、コイル巻線領域２１を大きく確保し、これにより当該モータの高トルク化を図ったものである。しかしながら、当該直流モータ１００が、その外径が直径１０ｍｍ程度等の小口径のモータである場合、突条鉄心部２３は、狭小なスペースに複数立設されるため、互いに隣接する突条鉄心部２３間の間隙が小さくなる。この場合、各突条鉄心部２３に対してコイルの巻線２４ａを巻回することが非常に困難になる。そこで、本件発明では、図５（ａ）、（ｂ）に示すコイル巻回部材５０を用いて、コイルの巻線２４ａを巻回し、結線した後、各コイル巻線体２４を各突条鉄心部２３に取り付ける方法を採用した。
【００２５】
まず、図５（ａ）、（ｂ）を参照して、コイル巻回部材５０について説明する。図５（ａ）に示すコイル巻回部材５０は、複数のボビン部５１が連結部５２により放射状に連結された部材であり、これらは絶縁性樹脂などにより一体成形されたものである。ボビン部５１は、連結部５２に対して折り曲げ自在に連結されている。ボビン部５１を連結部５２に対して略垂直に折り曲げた場合、図５（ｂ）に示すように、各ボビン部５１が連結部５２に対して略垂直に立設された状態となる。また、各ボビン部５１は中空状に形成されており、この中空部には各突条鉄心部２３を挿入することができる。
【００２６】
次に、図５、図６、図７を参照して、コイルの巻線方法について説明する。図５（ａ）に示すように、連結部５２に対して各ボビン部５１を折り曲げる前の状態で、図６に示すように、各ボビン部５１に対してコイルの巻線２４ａを巻回してコイル巻線体２４を形成する。このとき、各ボビン部５１に所定の相構成、相配置となるようにコイルの巻線２４ａを巻回した後、結線処理を行う。そして、図７に示すように、コイルの巻線２４ａが巻回されたボビン部５１を連結部５２に対して略直角に折り曲げる。そして、ボビン部５１が折り曲げられた状態で、各ボビン部５１の中空部に突条鉄心部２３を挿入し、連結部５２をステータ２０の円環状部２３に当接する。その後、熱処理等を施し、各ボビン部５１を熱収縮させて各突条鉄心部２３に固着させる。これにより、各突条鉄心部２３にコイル巻線体２４が設けられる。
【００２７】
このように、コイル巻線部材５０を用いることにより、鉄心型モータにおいて、狭小なスペースに複数の鉄心（突条鉄心部２３）が設けられる場合であっても、各鉄心に対して巻線を容易に巻回することができる。このため、従来よりも鉄心間の間隔を狭くして、モータの更なる小型化を図ることもできる。
【００２８】
以上説明した本実施の形態の直流モータ１００は、本件発明の一態様であり、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。本件発明では、主に小型のブラシレス直流モータを例に挙げて説明したが、ブラシレス直流モータに限らず、整流子等を備えた通常の直流モータに適用してもよいのは勿論である。また、突条鉄心部２３（スロット）の数、及びロータ１０の磁極数等は適宜変更してよいのは勿論である。
【００２９】
＜光学素子駆動装置＞
次に、本件発明にかかる直流モータ１００を備えた光学素子駆動装置６０について図８を参照して詳述する。図８は本件発明にかかる光学素子駆動装置６０の模式断面図を示している。
【００３０】
本実施の形態における光学素子駆動装置６０は、上述した直流モータ１００を駆動源とし、直流モータ１００の回転軸１１からの回転力を用いて、レンズ保持枠６１を介してレンズ鏡筒６２内に収容保持された撮像用のフォーカスレンズ等のレンズ（光学素子）６３を光軸方向（図８中一点破線Ｌにて示す）に移動させるものである。
【００３１】
光学素子駆動装置６０は、固定筒６５と、当該固定筒６５の外周に貫挿配置されるカム筒６６と、直流モータ１００の回転力をカム筒６６に伝達する減速機構７１とを備える。減速機構７１は、上述の直流モータ１００の回転軸１１に設けられたギヤ７２と、当該ギヤ７２に噛合してカム筒６６を光軸を中心として回転させる伝達ギヤ７３、７４とを備えるものである。当該減速機構７１は、上述の直流モータ１００と共にモータユニット７０を構成する。カム筒６６には、カムピン６７、６８を介してレンズ保持枠６１に保持されたレンズ６３が係合されている。直流モータ１００の回転軸１１が回転駆動することにより、固定筒６５に対してカム筒６６が回転駆動し、カムピン６７、６８により係合されるレンズ保持枠６１が光軸方向に移動する。
【００３２】
これにより、フォーカスレンズ６３の焦点調節を行うオートフォーカス動作において、直流モータ１００の回転軸１１に伝達された駆動力が、ギヤ７２及び伝達ギヤ７３、７４に伝達されて、レンズ保持枠６１を光軸方向に移動させることができる。
【００３３】
上述したように、本件発明にかかる直流モータ１００は、上述の光学素子駆動装置６０を備えた撮像装置等、各種の部品が高密度に狭小スペースに搭載される各種小型電子機器の駆動源として好適に用いることができる。特に、本件発明にかかる直流モータ１００は、直径が１０ｍｍ以下の構造を採用した場合に有効である。すなわち、本件発明にかかる直流モータ１００は、従来のインナ・ロータタイプ或いはアウタ・ロータタイプのものと比較すると、図１に示すようなレンズ鏡筒内に配置される円環状平板２００に取り付ける場合に、同じ１０ｍｍ以下の外寸であってもロータ１０の径を従来に比して大きくすることができ、コイル巻線領域２１も大きく確保することができる。そのため、従来に較べて２倍〜５倍程度のトルクを発揮することができる。従って、直径が１０ｍｍ以下であっても、高いトルクを発揮することができる本件発明にかかる直流モータ１００は、上述したようにレンズ鏡筒６２内などの狭小なスペースに配置されて動力が要求される機器に採用することで、より大きな利益をもたらすことができる。
【００３４】
また、回転軸１１に減速機構７１を設けたギヤードモータとした場合にも、当該直流モータ１００は、従来に比して高トルクであるため、減速比を小さくすることができる。従って、上述のように撮像装置の光学素子駆動装置６０の駆動源として、本件発明にかかる直流モータ１００を用いた場合、駆動時の静音化及び、停止精度の向上を図ることができるため、フォーカシングやズーミングを行う際に騒音を発生させることなく、迅速にレンズを精度良く移動させることができる。
【００３５】
以上説明した本実施の形態の光学素子駆動装置６０及び撮像装置は、本件発明の一態様であり、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本件発明に係る直流モータは、ロータと、ステータのコイル巻線領域とをロータの回転軸方向において上下に配置するため、ロータ径を大きくした場合であっても、コイル巻線領域を大きく確保することができ、モータの外径及び減速比を大きくすることなく、従来に比してブラシレス直流モータの高出力化を図ることができる。従って、各種の部品が高密度に狭小スペースに搭載される各種小型電子機器の駆動源として好適に用いることができる。また、鉄心が狭小なスペースに複数設けられる場合であっても、連結部にボビン部が折り曲げ自在に連結されたコイル巻線部材を用いて、予め各ボビン部に巻線を巻回した後、ボビン部を折り曲げて、各突条鉄心部に取り付けるため、コイルの巻線が容易である。
【符号の説明】
【００３７】
１０・・・ロータ
１１・・・回転軸
１３・・・磁極
２０・・・ステータ
２１・・・コイル巻線領域
２２・・・円環状部
２３・・・突条鉄心部
２４・・・コイル巻線体
５０・・・コイル巻線部材
５１・・・ボビン部
５２・・・連結部
６０・・・光学素子駆動装置
１００・・・直流モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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