(57)【要約】      （修正有）【課題】監視カメラ等に用いられるフィルター切替え装置やアイリス絞り装置に適した安価なアクチュエータの実現。【解決手段】コイル１内に、コイル１軸心方向と垂直方向に回転軸を有した２極磁化永久磁石式回転子４を配置し、前記コイル１の外周で前記回転軸と略垂直且つ回転子外周部と対向して、それぞれ異極性に２個の永久磁石７，８を略１８０°位置に配置し、回転子４は一対のアームを直径方向に突出して有し、前記コイルが無励磁時は回転子永久磁石の磁極はコイル外周に配置した２個の永久磁石７，８の異極性磁極と対向し、コイル１通電時はコイル軸心方向に回転力を受けて、固定子に設けたストッパー１７で前記回転子のアームが機械的に停止位置決めされ、正負の電流切り替えにより、ストッパー１７間で決められた有限角で反復回転することを手段とする反復回転アクチュエータ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空心コイル内に、コイル軸心方向と垂直方向に回転軸を有し２極磁化した永久磁石式回転子を配置し、前記空心コイルの外周で前記回転軸と略垂直且つ回転子外周部と対向して、それぞれ異極性に２個の永久磁石を略１８０°位置に配置し、回転子はアームを直径方向に一対、突出して有し、前記空心コイルが無励磁時は回転子永久磁石の磁極はコイル外周に配置した２個の永久磁石の異極性磁極と略対向し、コイル通電時はコイル軸心方向に回転力を受けて、固定子に設けたストッパーで前記回転子のアームが機械的に停止位置決めされ、正負の電流切り替えにより、ストッパー間で決められた有限角で反復回転することを特徴とする反復回転アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、コイルに印加する電圧あるいは電流の大きさを変えて、前記ストッパー間の所望の角度位置に、永久磁石軸とコイルによる電磁石軸のバランス点で回転子を位置決めさせることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１において、前記回転子はその内径部あるいはその内径部に設けた非磁性体中子の中心に凹部を有して、回転軸方向に略２分割した非磁性ボビンの合体により、それらの内側のそれぞれから突き出た軸状突起部と前記回転子内径部あるいは中子の中心凹部が回転自在に嵌合し、合体したボビンの外周には単相のコイルが巻かれたことを特徴とする反復回転アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１において、ストッパーは前記非磁性体ボビンの四隅あるいは一部に設けた凸部であることを特徴とする反復回転アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１において、前記の一対のアームは永久磁石回転子の片面側に設けられて、前記中子と一体的にあるいは別物体で、直径方向に突出させたことを特徴とする反復回転アクチュエータ。
【請求項６】
撮像装置の光路に対応する開口部を備えたホルダーと、前記ホルダーにスライド可能に配置されて、お互いに前記光路を挟んでスライドしてスライド方向と垂直方向に異なる位置に配置された２個の絞り用スライダーは各々、請求項２に記載のアクチュエータの一対のアームでお互いに反対方向に直線駆動されることを特徴とする撮像用光量調節の絞り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小形の反復回転動作をするアクチュエータに関するもので、例えば監視カメラの撮影条件に応じて赤外線量を調節するためフィルターを切替えるフィルター切替え装置や光量を最適化する絞り装置等の駆動に適したものである。  
【背景技術】
【０００２】
監視用カメラは、屋外での使用が多く、また昼間と夜間を同一のカメラで監視する場合が多い。上述した監視カメラの撮影条件に応じて使用するフィルター切替え装置に関しては次の様なことが行われている。一般に撮像素子の感度曲線は人間の目の感度曲線よりも赤外領域に伸びているため、昼夜連続使用カメラにおいては、昼間には赤外線カットフィルターを使用しカラーモードで撮像を行い、夜間には赤外線カットフィルターを光路から外して白黒モードで感度を上げて撮像を行うという方法が用いられている。そのためにはダミーフィルターに切り替えを行う。また昼間では晴天時と曇りや雨、また夜間時等では当然光量が異なるために、光量を最適化する絞り制御を行う。
【０００３】
赤外線カットフィルターとダミーフィルターの切り替えや光量を最適化する絞り装置には電動アクチュエータを用いる。
この用途に使用されるアクチュエータは安価、小形で、駆動トルクの高いものが要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録  第３１４７４７４
【特許文献２】特許第４２３１０４６
【０００５】
一方、関係する従来技術として上記の文献がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１の引例は赤外線の遮断及び透過フイルターの切替えを行う機構を薄型、小形化、安価に実現するものである。そして特許文献１の図５等には、このアクチュエータとして、２極磁化した円筒型永久磁石式回転子、２個のそれぞれコイルを有したボビン、吸着鉄片、環状ヨーク等よりなるアクチュエータが開示されている。そのため、このアクチュエータは２個のボビン巻きコイル、吸着鉄片及び環状ヨークを用いるため、コスト高となり、起動トルクも小さいという問題があった。
また特許文献２の引例の図１、図５、図６には駆動コイルと制動コイルを回転子軸心の両側に設けた構成で、環状ヨークも用いるアクチュエータが監視カメラの撮像条件の調整としての絞り、即ちアイリス調整に用いられることの開示がある。しかし同様に、その構造は２個のコイルの使用や環状ヨークの使用等によるコスト高である短所を有していた。
【０００７】
本発明は上記の問題点であるアクチュエータのコスト高や起動トルクが小さいという問題の解決を図るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
「手段１」
空心コイル内に、コイル軸心方向と垂直方向に回転軸を有した２極磁化した永久磁石式回転子を配置し、前記空心コイルの外周で前記回転軸と略垂直且つ回転子外周部と対向して、それぞれ異極性に２個の永久磁石を略１８０°位置に配置し、回転子はアームを直径方向に一対、突出して有し、前記空心コイルが無励磁時は回転子永久磁石の磁極はコイル外周に配置した２個の永久磁石の異極性磁極と略対向し、コイル通電時はコイル軸心方向に回転力を受けて、固定子に設けたストッパーで前記回転子のアームが機械的に停止位置決めされ、正負の電流切り替えにより、ストッパー間で決められた有限角で反復回転することを手段とする反復回転アクチュエータ。
「手段２」
手段１において、コイルに印加する電圧あるいは電流の大きさを変えて、永久磁石軸とコイルによる電磁石軸のバランス点で回転子を位置決めさせることを手段とするアクチュエータ。
「手段３」
手段１において、前記回転子はその内径部あるいはその内径部に設けた非磁性体中子の中心に凹部を有して、回転軸方向に略２分割した非磁性ボビンの合体により、それらの内側のそれぞれから突き出た軸状体と前記回転子内径部あるいは中子の中心凹部が回転自在に嵌合し、合体したボビンの外周には単相のコイルが巻かれたことを手段とする反復回転アクチュエータ。
「手段４」
手段１において、ストッパーは前記非磁性体ボビンの四隅あるいは一部に設けた凸部であることを手段とする反復回転アクチュエータ。
「手段５」
手段１において、前記の一対のアームは永久磁石回転子の片面側に設けられて、前記中子と一体的にあるいは別物体で、直径方向に突出させたことを手段とする反復回転アクチュエータ。
「手段６」
撮像装置の光路に対応する開口部を備えたホルダーと、前記ホルダーにスライド可能に配置されて、お互いに前記光路を挟んでスライドしてスライド方向と垂直方向に異なる位置に配置された２個の絞り用スライダーは各々、手段２に記載のアクチュエータの一対のアームでお互いに反対方向に直線駆動されることを手段とする撮像用光量調節の絞り装置。    
【００１０】
【発明の効果】
【００１１】
1.   単相コイルアクチュエータであり、ストッパーはボビンと一体で形成され、環状ヨークも使用しないため極めて安価なアクチュエータとなる。
2.   軸受けがボビンの一部で構成されるので安価なアクチュエータとなる。
3.   ストッパーがボビンの一部で構成されるので安価なアクチュエータとなる。
4.   単相コイルの電流を正負に切り替えて、メカニカルストッパーを利用することで、有限角位置決めアクチュエータとなり、１対のアームの円弧角を直線運動に変換するメカニズムを採用して、赤外線カットフィルターとダミーフィルターとの切り替え装置用アクチュエータに使用できる。
5.   単相コイルの電流を段階的に増減することで、任意角度の位置決め制御が簡単に可能で、１対のアームの円弧角を直線運動に変換するメカニズムを採用して、１個のアクチュエータで、２枚羽スライダーの各々をお互いに重ねて、逆方向に駆動すれば、安価なアイリス制御装置が実現する。
【００１２】
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のアクチュエータの構成を示す立体図
【図２】本発明のアクチュエータの動作原理を説明する図
【図３】本発明のアクチュエータの動作原理を説明する別図
【図４】本発明のアクチュエータの動作原理を説明する別図
【図５】本発明のアクチュエータの構成を示す断面図
【図６】本発明のアクチュエータの駆動印加電圧の図
【図７】本発明のアクチュエータの駆動印加電圧の別図
【図８】本発明のアクチュエータの動作原理を説明する別図
【図９】本発明のアクチュエータのアイリス制御動作原理を説明する図
【図１０】本発明のアクチュエータのアイリス制御動作原理を説明する別図
【図１１】本発明のアクチュエータのアイリス制御動作原理を説明する別図
【図１２】図１１のＡ−Ａ断面図
【図１３】従来技術の構成図
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１４】
図１は本発明の構成の一例を示したものであり、本発明のアクチュエータの実施形態に係り、主にホルダーへのアクチュエータ配置の部分立体図である。図１において、１は
コイルであり単相である。２，３は樹脂成型等で作られるボビンであり、２と３がサンドイッチ状に合体して、その内部に永久磁石回転子４を回転自在に内蔵保持している。５，６はピンを有したアームであるが、図１ではアームの両端部に設けたピン部を示しており、アームは樹脂成型等で作られて、永久磁石回転子４の中央部に設けられた溝部で、アームを固定支持している。またアームの中央部は円筒突部を有し、前記永久磁石回転子４の中央部の穴に中子として埋め込まれて固着され、アームの前記中央部の円筒突部の中心は凹部を有し、前記のボビン３の中央部に設けた軸状凸部が回転自在に、またボビン２も陰で見えないが同様の軸状凸部が回転自在に、図１で上下から嵌合して合体する。この構成は図５で後述する。更にボビン２と３の合体後の外周にコイル１が空心で巻かれている。そしてピンを有したアーム５，６は、ボビン２，３が合体して両側にできた窓から腕を伸ばすように、コイル１の空心部から、一対で１８０度の直線位置に配置されて、有限角の往復運動をする。その動作原理は図２〜図４で後述する。７，８は永久磁石であり、お互いに異極性にコイル１の外周部に配置されてホルダー９に固定保持されている。９は樹脂成型等で作られた、フィルター切り替え装置あるいはアイリス絞り装置のホルダーであり、上記のアクチュエータが取り付けられる。１０はアクチュエータに給電する端子板、１８はホルダーの光路となる窓部であり、窓形状が角形でフィルター切り替え装置用である。例えば特許文献１に開示されているような赤外線の遮断及び透過フイルターをスライド方向にセットで配置したスライダーを、特許文献１のアクチュエータの代わりに、本発明のアクチュエータで一対のアームの片方、即ちアーム５のみで駆動し、１８なる窓部へフイルターを切り替え位置決めすることもできる。またこの窓形状を円形とすれば後述するアイリス絞り装置用となる。
【００１５】
図２から図４は発明のアクチュエータの動作原理を説明する図である。図２で、１５                    は中子であり、アームの中央部の円筒突部でもある。１６は１５の中心部穴あるいは凹部であり、１７はボビン２，３の四隅に設けたストッパーピンである。図２での５及び６はピンを有したアーム部である。７，８は永久磁石であるが、お互いに異極性の極が回転子の外周でコイルの外周に配置されている。永久磁石回転子４は２極に磁化されているが、その磁化軸と直交した位置にアーム５，６が設けられている。そして永久磁石回転子４を外部から強制的に反時計方向に回転させればアーム５，６を実線で示した位置からθ度回転したアーム５，６が点線で示した位置まで回転して、ストッパーピン１７間で機械的に強制的に動作の制限を受ける。
コイル１が図２の様にそのコイル断面が垂直上下に配置されていれば、そのコイル軸心方向は水平方向となる。そして図２の様な電流方向で励磁されると、コイル軸心であるコイル磁極軸は、永久磁石７，８の磁極軸より強く設定されていれば、図２で右水平方向となる。そして永久磁石回転子４の磁極軸もコイル磁極軸と一致しようとして回転子は時計方向に回転して、アーム５，６がストッパーピン１７で動きを止められて、コイル１が励磁されている間はそこで位置決め停止する。即ちアーム５は左上、アーム６は右下の位置でストッパーピン１７に動きを止められて静止停止する。これが図２の状態である。
尚ストッパー１７は４個図示されているが、例えば右側上下の２個のみでも、その機能を有することになる。
【００１６】
次に、コイル１の励磁電流が切られて、コイル１が無励磁となれば、永久磁石回転子４のＮ極は図２の上部の永久磁石７に、またＳ極は下部の永久磁石８に吸引されて、アーム５，６は水平方向位置まで図２の位置から反時計方向に回転移動して、図３の状態となる。
次にコイル１が図２の図示とは逆方向電流で励磁されると、コイル１のコイル磁極軸は水平で左方向にでき、且つ永久磁石７，８の磁極軸より強く設定されていれば、永久磁石回転子４の磁極軸もコイル磁極軸と一致しようとして回転子は図３の位置より更に反時計方向に回転して、アーム５，６がストッパーピン１７で動きを止められて、コイル１が励磁されている間はそこで位置決め停止する。即ちアーム５は左下、アーム６は右上の位置でストッパーピン１７に動きを止められて静止停止する。これが図４の状態である。このようにコイル１の励磁電流を反転切り替え励磁すれば、アーム５，６は図２と図４の位置を交互に取り、図２のθ角での往復回転位置決めをすることになる。これが本発明の単相コイル式アクチュエータの第一の動作原理である。
【００１７】
図５は本発明のアクチュエータの構造を更に説明するためのアクチュエータの断面図である。ボビン２及び３で永久磁石回転子４及び中子１５を内蔵支持して、ボビン２から突き出た２５、ボビン３から突き出た２６なる軸状突起を固定軸として、回転子が回転自在に支持されている。そしてボビン２，３の外周にはコイル１が巻き線されている。そしてコイル１の外部には永久磁石７，８が設けられている。図１の立体図で示したアクチェータ部の構造は本図と対応している。
【００１８】
図６は本発明のアクチュエータのコイル１への印加電圧の図であり、縦軸が電圧を、横軸が時間を表している。印加電圧Ｖ１は永久磁石７，８により作られる磁界の大きさよりコイルによる磁界の大きさの方が十分大きくなる値に設定する。また正の電圧を印加している時間Ｔ１及び負の電圧を印加している時間Ｔ２はそれぞれの位置決め時間となる。また正から負電圧に切り替わる瞬間には必ず図３のコイル１が無励磁状態をつくることになる。この動作を挟んで図２から図４の動作となる。
【００１９】
次に本発明のアクチュエータの第二の動作原理を説明する。即ちストッパーピンに頼らないで所望の位置決め動作が可能である説明を、図７及び図８で行う。図７は本発明のアクチュエータを所望の位置で位置決めさせる場合のコイルへの印加電圧―時間の図である。印加電圧Ｖ１は永久磁石７，８により作られる磁界の大きさよりコイルによる磁界の大きさが十分大きくなる値に設定されている。これに対してＶ２は永久磁石７，８により作られる磁界の大きさとコイルによる磁界の大きさがほぼ等しくなる値に設定されている。即ち永久磁石７，８により作られる磁界の大きさとコイルによる磁界の大きさが釣り合って静止することになる。この状態を図示したのが図８である。図２の状態は図７でＶ１がｔ１からｔ２の間印加されてアーム５，６がストッパーピン１７で強制停止されている図であるが、この印加電圧をＶ２まで低減させると、アーム５，６は反時計方向に回転移動して、永久磁石７，８により作られる磁界の大きさとコイルによる磁界の大きさが釣り合って、図８の位置で静止するので、この点でｔ２からｔ３の間位置決めが可能になる。この位置決め位置はＶ２の大きさで自由に変えられることになる。図８で更に印加電圧を負電圧のーＶ２に、また更にーＶ１に負側に増加していけば、図８からアーム５，６は図４の位置まで反時計方向に回転移動して、図４の位置でｔ３からｔ４の間で位置決め停止する。この動作を時計方向に回転移動させるには図４の位置から、コイル１の印加電圧をーＶ１  からーＶ２  に、更にＶ２からＶ１と変えていけばよい。
【００２０】
次に上述した可変印加電圧で所望の位置に位置決めする原理を監視カメラ等の光路の光量の絞り調節であるアイリス装置へ応用した例を図９から図１２で説明する。
図９は２枚羽式アイリス装置に本発明のアクチュエータを応用した図であり、回転軸方向から見た図である。１１及び１２は絞用羽であり、例えば絞り用羽１１は図示の如く、その左下端部に真横に突き出た部分があり、そこに横方向に長い長穴部が設けられている。また絞り用羽１１の横幅の中央下端部はＶ字形にカットされており、またもう一枚の絞り用羽１２の右下端部にも同様に真横に突き出た部分があり、そこに横方向に長い長穴部が設けられている。またその中央上部には同様にＶ字形カット部が設けられて、図９に示すように重ね合わせるように配置されている。そして絞り用羽１１と１２に設けられたＶ字形カット部は上下から、ホルダーに設けられた最大光路穴部１４を、挟み込むことで光量を制御する絞り部となる。
アクチュエータからトルクを伝達されたアームの中央点が１６である。図９では符号５及び６は、説明の便宜上、アーム先端部のピン部５及び６としてある。そしてピン部５及び６はそれぞれ絞り用羽１１，１２に設けた長穴部に適度のクリアランスを有して嵌合    している。そして、アクチュエータで所望の有限角にアームの中央点１６が反復回転動作をすることで、絞り用羽１１，１２はお互いに上下に反対方向にスライドされるものである。また図９は絞り用羽１１が上限で１２が下限で、絞り用羽１１，１２はお互いに上下に最も離れた位置の図であり、絞りは全開状態で、最大光路穴部１４が全開となった図である。そしてアクチュエータとしては図２が対応しており、Ｖ１がコイル１に印加されている状態である。
【００２１】
図１０は絞り用羽１１が下限で１２が上限で、絞りは全閉状態で、最大光路穴部１４が全閉となった図である。そしてアクチュエータとしては図４が対応しており、―Ｖ１がコイル１に印加されている状態である。図１０の中央の点線の円は絞り用羽１１と１２で覆われた最大光路穴部１４が全閉となった図である。
【００２２】
図１１はコイル１に電圧Ｖ２が印加されて図９から反時計方向にアームが回転して、アクチュエータは図８の状態に対応する。この場合、最大光路穴部１４はその穴面積が絞り用羽１１と１２で部分的に覆われてその光路面積は絞り用羽１１と１２のＶ字形カット部で囲まれた略正方形部に絞り込まれている。この絞り込み面積の制御はコイル１への印加電圧値で所望値に制御できる。この図１１の状態を同図のＡＡ断面図で示したのが図１２である。１３はホルダー９とは別のプレートあるいはホルダー９の一部であってもよく、図１の１８なる角形の窓を最大光路穴部１４なる円形にすればよい。
尚この場合、絞り用羽１１と１２はスライド時に横ずれしないように、ホルダー１でそのサイド部を案内ガイドするものである。
【００２３】
図１３は従来技術のアクチュエータの構成を示す図である。俗称ガルバノメータともよばれている。１９は回転子を含む回転軸、２０は駆動用コイルでボビン２１に巻かれている。２２は制御用コイルでボビン２３に巻かれている。２４が環状ヨークであり、１９なる
回転子を含む回転軸をボビン２１と２３で回転可能にサンドイッチ状に合体挟持し、その外周に環状ヨーク２４が設けられている。これらの構成は従来技術である特許文献１及び２に開示されている。しかし、駆動用と制御用のコイルが２個必要であり、その制御も本発明の単相アクチュエータと比較して複雑であり、環状ヨークも必要のため、コスト高であった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によるアクチュエータ及びその応用であるアイリス装置は、小形にして安価であり、きわめて実用的なものである。従って監視カメラ分野を中心として、工業的に大きな貢献が期待される。
【主な符号の説明】
【００２５】
１，２０，２２              コイル
２、３、２１，２３          ボビン
４、                        回転子  
５，６                      ピンを有したアーム                          
７，８、                    永久磁石
９                          ホルダー
１０                        プリント基盤
１１、１２                  絞り用羽
１３                        ホルダーのプレート部
１４                        最大光路穴部
１５                        中子
１６                        中子の中心穴
１７                        ストッパーピン
１８                        ホルダーの窓部
１９                        回転子軸
２４                        環状ヨーク
２５、２６                  軸状突起
【図１】
2016111770.tif 000003
【図２】
2016111770.tif 000004
【図３】
2016111770.tif 000005
【図４】
2016111770.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2016111770.tif 000009
【図８】
2016111770.tif 000010
【図９】
2016111770.tif 000011
【図１０】
2016111770.tif 000012
【図１１】
2016111770.tif 000013
【図１２】
2016111770.tif 000014
【図１３】
2016111770.tif 000015