(57)【要約】【課題】レンズなどの被駆動体の可動範囲の全域で幅広い安定した駆動及び高精度な位置決めを行うことができる駆動装置を提供する。【解決手段】所定の軸方向に伸びた円柱状のマグネットと、前記マグネットの円柱軸と同軸状に配置されたヨーク及び励磁コイルと、前記励磁コイルへの通電により前記所定の軸方向に沿って前記ヨーク及び前記励磁コイルと一体的に移動する移動部材と、を有し、前記移動部材は、前記マグネットの径方向に均一な厚みを有し、かつ前記マグネットと前記ヨークとの間に形成される非磁性材料であるガイド部を有し、前記ガイド部は、前記移動部材が前記マグネットに対して相対移動可能に前記マグネットに嵌合していることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸方向に伸びた円柱状のマグネットと、
前記マグネットの円柱軸と同軸状に配置されたヨーク及び励磁コイルと、
前記励磁コイルへの通電により前記所定の軸方向に沿って前記ヨーク及び前記励磁コイルと一体的に移動する移動部材と、を有し、
前記移動部材は、前記マグネットの径方向に均一な厚みを有し、かつ前記マグネットと前記ヨークとの間に形成される非磁性材料であるガイド部を有し、
前記ガイド部は、前記移動部材が前記マグネットに対して相対移動可能に前記マグネットに嵌合していることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記マグネットは、固定部材であるガイドバーであり、前記ガイド部は移動部材のスリーブ部を形成していることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
所定の軸方向に伸びた円柱状のマグネットと、
前記マグネットの円柱軸と同軸状に配置されたヨーク及び励磁コイルと、
前記ヨーク及び前記励磁コイルを保持する保持部材と、を有し、
前記マグネットは、前記励磁コイルへの通電により前記所定の軸方向に沿って移動し、
前記保持部材は、前記マグネットの径方向に均一な厚みを有し、かつ前記マグネットと前記ヨークとの間に形成される非磁性材料であるガイド部を有し、
前記ガイド部は、前記マグネットが前記保持部材に対して相対移動可能に前記マグネットに嵌合していることを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被駆動体を電磁力により駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のカメラにおけるレンズの駆動装置としては、小型円筒形状のステップモータをレンズに並列して配置し、リードスクリューなどによりレンズ駆動を行うものがある（特許文献１を参照）。
【０００３】
また、レンズの駆動装置として、ボイスコイル型アクチュエータを用いたものがある（特許文献２を参照）。このボイスコイル型アクチュエータは、マグネットまたはコイルの一方を、レンズ群を保持する保持枠に、他方を鏡筒にそれぞれ固定し、ズームレンズを駆動するものである。このボイスコイル型アクチュエータにおいては、コイルが１相で制御され、位置センサでレンズの位置を検出しながら、コイルへの通電が正または逆方向へ行われる。これにより、所望の位置にレンズが位置決めされる。
【０００４】
さらに、レンズホルダに固定され、スパイラル状に着磁され、軸方向に延びた円筒状のマグネットの着磁部に対向するように配置された第１〜第４の磁極歯と、各磁極歯を励磁するための第１、第２のコイルからなる駆動装置が提案されている（特許文献３を参照）。特許文献３の駆動装置は、コイルへの通電により、ガイドバーに案内された被駆動体が光軸方向に移動する。これにより、被駆動体の駆動速度の高速化、駆動時の静粛性の向上、高精度な位置決めを行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９０８１５号公報
【特許文献２】特開平４−０９３８０７号公報
【特許文献３】特開２００６−１２１８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の駆動装置においては、リードスクリューに噛み合いメネジ機能を果たす部材とリードスクリュー面とが摺動する際に音が発生し、この駆動装置をビデオカメラなどに用いる場合は、摺動音が騒音として録音される可能性がある。また、リードスクリューが変形していると、その変形がメネジ機能を果たす部材に伝わり、レンズが光軸と直交する方向へ変位される場合があり、レンズの位置決めの精度が損なわれる。
【０００７】
また、ビデオカメラのズームレンズの駆動装置として使用した場合、ズームレンズの駆動速度が遅く、所望の焦点距離が得られる位置までズームレンズを駆動するのに時間が掛かる。その結果、速写性が損なわれる。
【０００８】
特許文献２の駆動装置すなわちボイスコイル型アクチュエータを用いた駆動装置は、ズーム速度、静粛性、レンズの位置決め精度の点で、特許文献１の駆動装置より優れている。しかしながら、この駆動装置においては、使用環境の変化や経年変化などにより、駆動のガイド部分の摩擦係数が変化し、また想定されていない撮影姿勢で撮影を行うと、レンズを正確な位置に位置決めすることができないことがある。
【０００９】
さらに、特許文献３の駆動装置においては、ガイドバーと磁極歯の取り付け誤差および移動部材とマグネットの取り付け誤差により、磁極歯とマグネットのギャップの不均一が生じ、安定した駆動特性を得ることが困難であった。そのため、位置決め精度が悪くなる問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、レンズなどの被駆動体の高精度な位置決めを行うことができる駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一側面としての駆動装置は、所定の軸方向に伸びた円柱状のマグネットと、前記マグネットの円柱軸と同軸状に配置されたヨーク及び励磁コイルと、前記励磁コイルへの通電により前記所定の軸方向に沿って前記ヨーク及び前記励磁コイルと一体的に移動する移動部材と、を有し、前記移動部材は、前記マグネットの径方向に均一な厚みを有し、かつ前記マグネットと前記ヨークとの間に形成される非磁性材料であるガイド部を有し、前記ガイド部は、前記移動部材が前記マグネットに対して相対移動可能に前記マグネットに嵌合していることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の別の側面としての駆動装置は、所定の軸方向に伸びた円柱状のマグネットと、前記マグネットの円柱軸と同軸状に配置されたヨーク及び励磁コイルと、前記ヨーク及び前記励磁コイルを保持する保持部材と、を有し、前記マグネットは、前記励磁コイルへの通電により前記所定の軸方向に沿って移動し、前記保持部材は、前記マグネットの径方向に均一な厚みを有し、かつ前記マグネットと前記ヨークとの間に形成される非磁性材料であるガイド部を有し、前記ガイド部は、前記マグネットが前記保持部材に対して相対移動可能に前記マグネットに嵌合していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レンズなどの被駆動体の可動範囲の全域で幅広い安定した駆動及び高精度な位置決めを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る駆動装置の側方断面図である。
【図２】図１の駆動装置のＣ−Ｃ線に沿って得られる断面図である。
【図３】ヨークとマグネットの関係を表す展開平面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る駆動装置の側方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施例１）
図１は本発明の駆動装置の縦断面図、図２は図１のＣ−Ｃ線に沿って得られる断面図、図３はヨークとマグネットの関係を表す展開平面図である。ここでは、本実施例の駆動装置がカメラのレンズを駆動するための駆動装置として用いられている場合を説明する。
【００１６】
１は、円柱形状のマグネットである。２は第１のヨーク、３は第２のヨーク、７は第３のヨーク、８は第４のヨークである。５は第１のコイル（励磁コイル）、１０は第２のコイル（励磁コイル）である。４は第１のボビン、９は第２のボビンである。第１〜第４のヨーク、第１及び第２のコイル、第１及び第２のボビンは、それぞれマグネット１の円柱軸と同軸状に配置されている。１１は、レンズであり、１２は、レンズ１１を保持するレンズ保持枠（移動部材）である。また、１５は、レンズ保持枠１２を光軸（Ｘ軸）方向へ案内するガイドバーである。
【００１７】
図２に示すように、マグネット１の外周面には、複数の着磁部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊが形成されている。各着磁部１ａ〜１ｊは、マグネット１の外周面に沿ってスパイラル状に延び、互いに隣接するように位置決めされている。各着磁部１ａ〜１ｊのうち、着磁部１ａ、１ｃ、１ｅ、１ｇ、１ｉはＳ極に、着磁部１ｂ、１ｄ、１ｆ、１ｈ、１ｊはＮ極にそれぞれ着磁されている。本実施の形態においては、１０極の着磁部が形成されており、マグネット１の横断面においては、外周面に１０極の着磁部が現れる。ここで、着磁部の数（極数）は、上記数に限定されるものではない。マグネット１は、レンズ保持枠１２の光軸（図１中のＸ軸）方向への移動を案内するガイドバーを兼ねている。
【００１８】
第１のヨーク２は、軟磁性材料からなり、スパイラル形状の５つの磁極歯２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを有する。ここで、マグネット１の着磁極数を一般的な数値Ｎとすると、磁極歯は、機械的な角度で４π／Ｎ（ｒａｄ）毎の位相すなわち電気的な角度で２π（ｒａｄ）毎の位相で設けられており、その数は、Ｎ／２個である。本実施の形態においては、Ｎ＝１０であるから、２π／５（ｒａｄ）毎に磁極歯が設けられており、その磁極歯の数は５となる。各磁極歯２ａ〜２ｅは、マグネット１の対応する着磁部に沿って対向するように配置されている。
【００１９】
第２のヨーク３は、軟磁性材料からなり、スパイラル形状の５つの磁極歯３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを有する。第２のヨーク３の磁極歯の数は、第１のヨーク２と同様に、決められており、各磁極歯３ａ〜３ｅは、マグネット１の対応する着磁部に沿って対向するように配置されている。また、各磁極歯３ａ〜３ｅは、図３に示すように、第１のヨーク２の各磁極歯２ａ〜２ｅと位相が電気的な角度では２π（ｒａｄ）で機械的な角度で２π／Ｎ（ｒａｄ）ずれるように配置されている。すなわち位相が着磁位相に対し機械的な角度でπ／５（ｒａｄ）ずれるように配置されている。
【００２０】
第１のヨーク２と第２のヨーク３との間には、第１のボビン４が配置されている。第１のボビン４は、非導電性材料例えばプラスチックからなり、第１のボビン４には、導線からなる第１のコイル５が巻回されている。第１のコイル５に電流が流されると、第１のヨーク２の磁極歯２ａ〜２ｅと第２のヨーク３の磁極歯３ａ〜３ｅは、それぞれ、所定の極性に励磁される。
【００２１】
第１のヨーク２と第２のヨーク３とは、レンズ保持枠１２に形成された外カバー部１２ｂに固定されている。外カバー部１２ｂは、第１のボビン４、第１のコイル５を覆うとともに、第１のヨーク２および第２のヨーク３を互いに磁気的に連結し、第１のヨーク２および第２のヨーク３に対して相対的な位置決めを行う。
【００２２】
第１のヨーク２、第２のヨーク３、第１のボビン４、第１のコイル５、および外カバー部１２ｂは、互いに協働して第１のステータ部を構成する。
【００２３】
第３のヨーク７は、軟磁性材料からなり、スパイラル形状の５つの磁極歯７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅを有する。第３のヨーク７の磁極歯の数は、第１のヨーク２と同様に、決められており、各磁極歯７ａ〜７ｅは、マグネット１の対応する着磁部に沿って対向するように配置されている。
【００２４】
第４のヨーク８は、軟磁性材料からなり、スパイラル形状の５つの磁極歯８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅを有する。第４のヨーク８の磁極歯の数は、第１のヨーク２と同様に、決められており、各磁極歯８ａ〜８ｅは、マグネット１の対応する着磁部に沿って対向するように配置されている。また、各磁極歯８ａ〜８ｅは、図３に示すように、第３のヨーク７の各磁極歯７ａ〜７ｅと位相が電気的な角度では２π（ｒａｄ）で機械的な角度で２π／Ｎ（ｒａｄ）ずれるように配置されている。すなわち位相が着磁位相に対し機械的な角度でπ／５（ｒａｄ）ずれるように配置されている。
【００２５】
第３のヨーク７と第４のヨーク８との間には、第２のボビン９が配置されている。第２のボビン９は、非導電性材料例えばプラスチックからなり、第２のボビン９には、導線からなる第２のコイル１０が巻回されている。第２のコイル１０に電流が流されると、第３のヨーク７の磁極歯７ａ〜７ｅと第４のヨーク８の磁極歯８ａ〜８ｅは、それぞれ、所定の極性に励磁される。
【００２６】
第３のヨーク７と第４のヨーク８とは、レンズ保持枠１２の外カバー部１２ｂに固定されている。外カバー部１２ｂは、軟磁性材料からなり、第２のボビン９、第２のコイル１０を覆うとともに、第３のヨーク７および第４のヨーク８を互いに磁気的に連結し、第３のヨーク７および第４のヨーク８に対して相対的な位置決めを行う。
【００２７】
第３のヨーク７、第４のヨーク８、第２のボビン９、第２のコイル１０、および外カバー部１２ｂは、互いに協働して第２のステータ部を構成する。
【００２８】
ここで、第１〜第４のヨークとマグネット１の各着磁部１ａ〜１ｊの関係を展開して表すと、図３に示すようになる。第１及び第２のステータ部は、位相がマグネット１の各着磁部の着磁位相に対し、電気的な角度でπ／２（ｒａｄ）、機械的な角度で２π／Ｎ（ｒａｄ）ずれるように配置される。すなわち、本実施の形態では機械的な角度でπ／１０（ｒａｄ）ずれるように配置される。第１及び第２のステータ部とは、溶接または接着などの公知の方法によって互いに固着されている。
【００２９】
ところで、ガイドバーと兼ねているスパイラル着磁された円柱状のマグネット１は、駆動装置の固定部に固定部材として固定されている。１２ｃは、レンズ保持枠１２に設けられたスリーブ部であり、レンズ保持枠１２がマグネット１に対して相対移動可能にマグネット１の外周に嵌合している。スリーブ部１２ｃは、非磁性材料であり潤滑性が高いため、ガイド部として機能することができる。また、ガイドバー１５が、レンズ保持枠１２に設けられたＵ形状の嵌合溝部１２ａに嵌合することで、レンズ保持枠１２が光軸に対して垂直方向に回転することを防いでいる。
【００３０】
なお、スリーブ部１２ｃはマグネット１の径方向に一定の厚みで形成されている。この構成により、第１〜第４ヨーク内周面とマグネット１の外周面との距離（ギャップ）が一定に保たれる。したがって、レンズ保持枠１２の可動範囲でのギャップの不均一による駆動特性の劣化を回避でき、良好な駆動特性を可動範囲に渡って安定して得ることができる。そして安定した駆動特性が得られることによって、可動範囲に渡って良好な位置決め精度を実現できる。
【００３１】
次に、動作について説明をする。
【００３２】
図３に示す状態において、第１のヨーク２の各磁極歯２ａ〜２ｅがＳ極に、第２のヨーク３の各磁極歯３ａ〜３ｅがＮ極にそれぞれ励磁されるように第１のコイル５への通電が行われているとする。ここで、第１のコイル５への通電が遮断されると同時に第３のヨーク７の各磁極歯７ａ〜７ｅがＮ極に、第４のヨーク８の各磁極歯８ａ〜８ｅがＳ極に励磁されるように第２のコイル１０への通電が行う。そうすると、マグネット１には、図中の矢印Ａが示す方向への電磁力が発生する。矢印Ａが示す方向の電磁力は、レンズ保持枠１２をマグネット１の軸周りに回転する方向の力と光軸方向に沿った力に分けられる。
【００３３】
ここで、レンズ保持枠１２がガイドバー１５に嵌合しているため、レンズ保持枠１２がマグネット１の軸周りの回転が規制される。また、マグネット１が駆動装置の固定部に固定され、第１〜第４のヨークおよび第１及び第２のコイルがレンズ保持枠１２に固定されている。したがって、マグネット１に働く、図中の矢印Ａ方向の電磁力の矢印Ｂ方向の分力により、レンズ保持枠１２は矢印Ｂ方向と反対方向（図３では下方）へ移動される。
【００３４】
そして、第３のヨーク７の磁極歯７ａが着磁部１ｉと対向する位置でレンズ保持枠１２が停止する。
【００３５】
さらに、この状態から第２のコイル１０への通電が遮断されると同時に第１のヨーク２の各磁極歯２ａ〜２ｅがＮ極に、第２のヨーク３の各磁極歯３ａ〜３ｅがＳ極に励磁されるように第１のコイル５への通電を行う。そうすると、再度、マグネット１には、矢印Ａが示す方向への電磁力が発生する。この力によって上記と同様に、レンズ保持枠１２は矢印Ｂ方向と反対方向（図３では下方）へ移動される。そして、第１のヨーク２の磁極歯２ａが着磁部１ｉと対向する位置で停止する。
【００３６】
さらに、この状態から第１のコイル５への通電が遮断されると同時に第３のヨーク７の各磁極歯７ａ〜７ｅがＳ極に、第４のヨーク８の各磁極歯８ａ〜８ｅがＮ極に励磁されるように第２のコイル１０への通電を行う。そうすると、再度、マグネット１には、矢印Ａが示す方向へ電磁力が発生する。この力によって上記と同様に、レンズ保持枠１２は矢印Ｂ方向と反対方向（図３では下方）へ移動される。そして、第３のヨーク７の磁極歯７aが着磁部１ｊと対向する位置で停止する。
【００３７】
さらに、この状態から第２のコイル１０への通電が遮断されると同時に第２のヨーク２の各磁極歯２ａ〜２ｅがＳ極に、第２のヨーク３の各磁極歯３ａ〜３ｅがＮ極に励磁されるように第１のコイル５への通電を行う。そうすると、再度、マグネット１には、矢印Ａが示す方向の電磁力が発生する。この力によって上記と同様に、レンズ保持枠１２は矢印Ｂ方向と反対方向（図３では下方）へ移動される。そして、第１のヨーク２の磁極歯２ａが着磁部１ｊに対向する位置で停止する。
【００３８】
マグネット１を矢印Ｂが示す方向とは逆の方向へ移動させるときには、各コイル５、１０に対する通電切り替えを順次元の状態に戻すように行うようにすればよい。
【００３９】
このように、第１のコイル５と第２のコイル１０への通電を順次切り替えて第１のヨーク２の各磁極歯２ａ〜２ｅ、第２のヨーク３の各磁極歯３ａ〜３ｅ、第３のヨーク７の各磁極歯７ａ〜７ｅ、第４のヨーク８の磁極歯８ａ〜８ｅの励磁状態を切り替える。そうすることで、レンズ保持枠１２を光軸方向へ移動させることができる。
【００４０】
また、第１のコイル５および第２のコイル１０へ通電する電流の大きさを制御することによって、各コイルが発生する磁力の大きさに応じた位置にマグネット１を停止させるマイクロステップ制御を行うことも可能である。この方式によれば、マグネット１は、２相のコイルで引き合う位置に安定的に保持され、従来の１相コイルのボイスコイル型アクチュエータを用いた方式に比して、レンズ保持枠１２（レンズ１１）を安定にかつ高い精度で位置決めすることが可能となる。
【００４１】
また、本実施の形態によれば、従来のステッピングモータによりリードスクリューを回転させてレンズを光軸に沿って駆動するタイプにおける摺動音の発生またはレンズの駆動速度が遅いなどの問題点はない。また、従来の１相コイルのボイスコイル型アクチュエータを用いた方式と同様に、静粛性に優れかつ高速なレンズ駆動が可能である。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、ガイドバーを兼ねるマグネット１の嵌合部を、光軸方向に均一な厚みで形成したため、第１〜第４ヨーク内周面とマグネット１の外周面との距離（ギャップ）が一定に保たれる。そのため、レンズ保持枠１２の可動範囲でのギャップの不均一による駆動特性の劣化を回避でき、良好な駆動特性を可動範囲に渡って安定して得ることができる。そして安定した駆動特性が得られることによって、可動範囲に渡って良好な位置決め精度を実現できる。
【００４３】
なお、本実施形態の説明ではマグネット１との嵌合部をレンズ保持枠１２に設けたが、別の部材で形成して、レンズ保持枠１２に一体的に取り付ける構成にしてもよい。
（実施例２）
本実施例では、実施例１と異なり、マグネット１をレンズ保持枠１２と一体的に移動させる。そのため、後述するように、マグネット１との嵌合部をレンズ保持枠１２と別の部材で形成している。
【００４４】
図４は、本発明の実施例２に係る駆動装置の側方断面図である。図１と同じ符号を付したものは、同じ機能を有するため説明を省略する。
【００４５】
１３は、第１〜第４のヨーク、第１及び第２のコイル及び第１及び第２のボビンを保持する保持部材である。１３ａは、軟磁性材料からなり、第１及び第２のヨークを固定する外カバー部である。そして、第１のボビン４、第１のコイル５を覆うとともに、第１及び第２のヨークを互いに磁気的に連結し、第１及び第２のヨークに対して相対的な位置決めを行う。第１のヨーク２、第２のヨーク３、第１のボビン４、第１のコイル５、および外カバー部１３ａは、互いに協働して第１のステータ部を構成する。
【００４６】
また、外カバー部１３ａは、第３のヨーク７と第４のヨーク８を固定し、第２のボビン９、第２のコイル１０を覆うとともに、第３及び第４のヨークを互いに磁気的に連結し、第３及び第４のヨークに対して相対的な位置決めを行う。第３のヨーク７、第４のヨーク８、第２のボビン９、第２のコイル１０、および外カバー部１３ａは、互いに協働して第２のステータ部を構成する。
【００４７】
１３ｃは、保持部材１３に設けられたスリーブ部でマグネット１が保持部材１３に対して相対移動可能にマグネット１の外周に嵌合している。スリーブ部１３ｃは、非磁性材料であり潤滑性が高いため、ガイド部として機能することができる。
【００４８】
なお、スリーブ部１３ｃはマグネット１の径方向に一定の厚みで形成されている。この構成により、第１〜第４ヨーク内周面とマグネット１の外周面との距離（ギャップ）が一定に保たれるようになる。したがって、マグネット１の可動範囲でのギャップの不均一による駆動特性の劣化を回避でき、良好な駆動特性を可動範囲に渡って安定して得ることができる。そして安定した駆動特性が得られることによって、可動範囲に渡って良好な位置決め精度を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
モータを使用した駆動装置において、可動範囲の全域で幅広い安定した駆動が実現することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１        マグネット
２        第１のヨーク
３        第２のヨーク
５        第１のコイル
１０      第２のコイル
１２      レンズ保持枠
１２ｃ    スリーブ部
【図１】
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【図２】
2013011730.tif 000004
【図３】
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【図４】
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