(57)【要約】【課題】無通電時の保持トルクを大きくするとともに、通電時の回転トルクを大きくすることができる電磁アクチュエータ及びこれを備えた駆動装置を提供する。【解決手段】電磁アクチュエータの無通電時において、ロータ１１の位置を、ステータヨーク１５との相対的な磁気的静安定位置からロータ受け１６ｂの方向にずらす。このとき、回転体とロータ受け１６ａとが当接するような位置関係とする。これにより、無通電時において、回転体はロータ受け１６ａに付勢され、無通電時の保持トルクに寄与する静止摩擦力が発生する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極を有したロータと、
前記ロータを支持するロータ受けと、
コイルが巻回され、当該コイルに通電されることにより、前記ロータの外周面に対向する面に磁極を生じるステータと、
を備え、
前記ロータは、無通電時に前記ロータ軸方向において、前記ステータ磁極に対しての磁気的静安定位置からずれた位置に配置されて前記ロータ受けの一方に当接されており、通電により前記ステータ磁極は前記ロータを前記ロータ受けの他方に付勢させる、
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記ロータ外径を部分的に変更することにより、前記ロータ軸方向において、前記ロータを、前記ステータ磁極に対しての磁気的静安定位置からずらした、ことを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記ロータは揺動する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記ロータと前記ロータ受けとの当接面の内少なくとも何れか一方に、摩擦力増加部が配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記ロータ受けは、前記ロータの一方の軸方向でロータを支持し、前記ロータが当接された第１のロータ受けと、前記ロータの他方の軸方向でロータを支持する第２のロータ受けとを備え、
前記ロータの付勢される方向とは反対面もしくは前記第２のロータ受けの内少なくとも何れか一方に摩擦力軽減部が配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
前記ロータ受けは、前記ロータの一方の軸方向でロータを支持し、前記ロータが当接された第１のロータ受けと、前記ロータの他方の軸方向でロータを支持する第２のロータ受けとを備え、
前記ロータと前記第１のロータ受けの当接面の内少なくとも何れか一方に摩擦力増加部が配置され、且つ、前記ロータの付勢される方向とは反対面と第２のロータ受けとの内少なくとも何れか一方に摩擦力軽減部が配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
前記ロータは、所望の回転角における回転動作後半において、前記ロータ受けに当接されることにより、機械的停止力が付加され回転動作を停止する、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項記載の電磁アクチュエータから構成される駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁アクチュエータ及びこれを備えた駆動装置に関し、特に、無通電時の保持トルクが大きい電磁アクチュエータ及びこれを備えた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばカメラのシャッタ・絞り等の装置（以下、駆動装置ともいう）には、２値動作を行う電磁アクチュエータが用いられている。このような電磁アクチュエータでは、ロータが永久磁石等により着磁されているため、ステータヨークとの磁気吸引力により、無通電時でも、ロータが所定の位置に保持される。この無励磁状態における磁気的な自己保持力をディテントトルクといい、以下本明細書において、ディテントトルクを含めロータの回転に抗する自己保持力を保持トルクという。一方、通電時には、通電により発生する正方向のトルク（通電トルク）と保持トルクとの差が、最終的な回転トルクとなる。
【０００３】
図６は、従来の電磁アクチュエータの無通電時におけるロータ位置を示す図である。図６に示すように、ロータ１１、回転軸１２、駆動レバー１３及び駆動ピン１４は一体の回転体を構成している。
【０００４】
ロータ１１及び駆動レバー１３の軸方向における端面の近傍には、回転体の軸方向の移動を規制するためのロータ受け１６ａ及び１６ｂが設けられている。また、ロータ１１の外周面に沿って、ステータ側の磁極を構成するステータヨーク１５が設けられている。
【０００５】
無通電時において、ロータ１１の磁極部とステータヨーク１５との磁気吸引力により、ロータ１１、即ち回転体は、円周方向の所定の位置に保持される。また、回転軸方向（以下、軸方向という）においても、磁気的な中立位置で回転体は静止する。
【０００６】
このような電磁アクチュエータは、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された電磁アクチュエータは、ロータとエアーギャップを介して対向するステータ磁極部の端面部に、対称位置となるように設けられた２箇所の切欠部を備えている。無通電時において、ロータとステータとの磁気吸引力により、ロータは、軸方向から見て２箇所の切欠部を結ぶ線とロータの磁極方向とが互いに直交する方向となるような位置に保持される。
【特許文献１】実公平２−２０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されるような電磁アクチュエータは、無通電時のロータの位置保持トルクは略ディテントトルクのみにより決まるために、無通電時の保持トルクを大きくし、且つ、回転トルクを大きくすることは困難であった。例えばシャッタ装置については、電磁アクチュエータの無通電時の保持トルクを大きくすることにより、シャッタの羽根の保持力を大きくするといったことが行われる。しかしながら、無通電時の保持トルクを大きくする目的でディテントトルクを大きくすると、上述したように通電時の回転トルクが小さくなるため、シャッタの動作が遅くなってしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、無通電時の保持トルクを大きくするとともに、通電時の回転トルクを大きくすることができる電磁アクチュエータ及びこれを備えた駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電磁アクチュエータは、
複数の磁極を有したロータと、
前記ロータを支持するロータ受けと、
コイルが巻回され、当該コイルに通電されることにより、前記ロータの外周面に対向する面に磁極を生じるステータと、
を備え、
前記ロータは、無通電時に前記ロータ軸方向において、前記ステータ磁極に対しての磁気的静安定位置からずれた位置に配置されて前記ロータ受けの一方に当接されており、通電により前記ステータ磁極は前記ロータを前記ロータ受けの他方に付勢させる、
ことを特徴とする。
【００１０】
この場合に、前記ロータ外径を部分的に変更することにより、前記ロータ軸方向において、前記ロータを、前記ステータ磁極に対しての磁気的静安定位置からずらすこととしてもよい。
【００１１】
また、前記ロータは揺動する、ように構成することができる。
【００１２】
更に、前記ロータと前記ロータ受けとの当接面の内少なくとも何れか一方に、摩擦力増加部が配置されているように構成することとしてもよい。
【００１３】
更にまた、前記ロータ受けは、前記ロータの一方の軸方向でロータを支持し、前記ロータが当接された第１のロータ受けと、前記ロータの他方の軸方向でロータを支持する第２のロータ受けとを備え、
前記ロータの付勢される方向とは反対面もしくは前記第２のロータ受けの内少なくとも何れか一方に摩擦力軽減部が配置されている、こととしてもよい。
【００１４】
更にまた、前記ロータ受けは、前記ロータの一方の軸方向でロータを支持し、前記ロータが当接された第１のロータ受けと、前記ロータの他方の軸方向でロータを支持する第２のロータ受けとを備え、
前記ロータと前記第１のロータ受けの当接面の内少なくとも何れか一方に摩擦力増加部が配置され、且つ、前記ロータの付勢される方向とは反対面と第２のロータ受けとの内少なくとも何れか一方に摩擦力軽減部が配置されている、こととしてもよい。
【００１５】
更にまた、前記ロータは、所望の回転角における回転動作後半において、前記ロータ受けに当接されることにより、機械的停止力が付加され回転動作を停止する、ように構成することができる。
【００１６】
本発明の駆動装置は、上述した電磁アクチュエータから構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、無通電時の保持トルクを大きくするとともに、通電時の回転トルクを大きくすることができる電磁アクチュエータ及びこれを備えた駆動装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、本第１実施形態に係る電磁アクチュエータの無通電時におけるロータ位置と正面から見たロータ受けを外した状態の電磁アクチュエータ構成を示す図である。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータは、ロータ１１、回転軸１２、駆動レバー１３、駆動ピン１４、ステータヨーク１５、ロータ受け１６ａ及び１６ｂ並びにコイル１７を備えている。このうち、ロータ１１、回転軸１２、駆動レバー１３及び駆動ピン１４は、回転軸１２を中心とする回転体を構成している。なお、説明の便宜上、ロータ１１等の各部品の形状は簡略化して図示されているが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形状とすることができる。
【００２０】
ロータ１１は、円筒状又は円板状に形成され、回転軸１２に嵌合等の方法により固定されている。ロータ１１は、例えば希土類・鉄系等の磁石材料により形成され、複数の磁極を有するように着磁されている。
【００２１】
回転軸１２は、ロータ１１を回転させるための軸である。回転軸１２は、例えば非磁性材料の金属（ステンレス等）により形成され、後述するロータ受けの軸受等の支持部材により支持されている。
【００２２】
駆動レバー１３は、嵌合等の方法によりロータ１１又は回転軸１２に固定され、ロータ１１及び回転軸１２と一体となって回転するものである。また、駆動ピン１４は、駆動レバー１３の先端部に配置されており、電磁アクチュエータは、この駆動ピン１４を介して図示しないシャッタ装置を駆動する。
【００２３】
ステータヨーク１５は、ロータ１１の外周面に沿ってロータ１１と所定の空隙を有するように配置されている。ステータヨーク１５は、例えば、パーマロイ、パーメンジュール等の磁性材料により形成されている。このステータヨーク１５に巻回されたコイル１７に通電することにより、ステータヨーク１５は励磁され、ロータ１１の外周面に対向する面に複数の磁極を構成する。また、ロータ受け１６ａ及び１６ｂは、回転体の軸方向の移動を規制するためのものであり、駆動レバー１３側にはロータ受け１６ａが、ロータ１１側にはロータ受け１６ｂが配置されている。
【００２４】
なお、図１（ａ）は、上述したように無通電時、即ち、静止時を示す図である。この状態において、回転体は、ロータ１１とステータヨーク１５との相対的位置関係における磁気的静安定位置からロータ受け１６ｂ側にずれている。また、回転体は、駆動レバー１３側の端面においてロータ受け１６ａに付勢され、ロータ１１の端面とロータ受け１６ｂとの間には空隙が設けられている。
【００２５】
次に、本実施形態の動作について、図１乃至４を参照して説明する。無通電時において、ロータ１１は、ステータヨーク１５との磁気吸引力に基づく自己保持力（ディテントトルク）により、ロータ１１の円周方向における所定の位置に保持されている。この円周方向の位置は、図２の駆動ピン１４ａの位置で表され、図１（ａ）は、この駆動ピン１４ａの位置に相当する状態として表されている。なお、図２は、回転体をロータ受け１６ａの側から見た図であり、後述する回転終了時の駆動ピンの位置は想像線（１４ｂ）で表されている。また、本実施形態の電磁アクチュエータは、駆動ピン１４ａの位置と駆動ピン１４ｂの位置との間でロータが往復運動する揺動モータであるが、本明細書においては、主に図２の矢印で示される１４ａから１４ｂの向きにロータが回転する行程について説明する。
【００２６】
また、図１（ａ）において、ロータ１１は、ステータヨーク１５との軸方向における磁気的静安定位置から、ロータ受け１６ｂ側にずれている。このため、回転体には、ロータ受け１６ｂ側からロータ受け１６ａ側の方向に、ステータヨーク１５との磁気吸引力が働く。ここで、回転体は、駆動レバー１３側の端面とロータ受け１６ａとが当接しているので、この磁気吸引力によりロータ受け１６ａに付勢され、駆動レバー１３とロータ受け１６ａとの当接面において、比較的大きな静止摩擦力が発生する。この静止摩擦力も無通電時の保持トルクに寄与するため、ディテントトルクを大きくすることなく無通電時の保持トルクを大きくすることができる。なお、以下本明細書において、便宜上ロータ受け１６ｂ側からロータ受け１６ａ側の方向を「上向き」、その反対方向を「下向き」と表現するが、無通電時においてロータ１１に働く軸方向の力は任意の方向とすることができる。
【００２７】
次に、通電時の動作について、図３を参照して説明する。図３は、電磁アクチュエータの通電時におけるロータ位置を示す図である。図３に示すように、通電により、ステータヨーク１５は、一方がＮ極、他方がＳ極に励磁される。これにより、ロータ１１とステータヨーク１５との間に図２の矢印の向きに通電トルクが発生する。回転体は、この通電トルクと保持トルクの差で表される回転トルクにより回転する。
【００２８】
無通電時において、ロータ１１は上述のように磁気的静安定位置から相対的に下向きにずれている。このため、通電によるロータ１１とステータヨーク１５との反発力により、ロータ１１には円周方向の力（通電トルク）とともに下向きの力が働く。この通電時の下向きの力により、上述した上向きの力が軽減されるとともに、回転開始後はロータ１１とロータ受け１６ａとが非接触状態となり、摩擦力の影響は無くなる。その結果、本実施形態の電磁アクチュエータは、従来の電磁アクチュエータと遜色ない回転トルクが得られる。ここで、無通電時の保持トルクには、上述したように比較的大きな静止摩擦力が寄与しているため、所望の保持トルクに応じてディテントトルクを小さくすることも可能である。これにより、所望の無通電時の保持トルクを得ながら、更に回転トルクを大きくすることができる。
【００２９】
なお、ロータ１１に働く軸方向の力は、回転角（磁極の位置関係）によっても変動するため、図３に示すように、ロータ１１がロータ受け１６ｂに付勢された状態で回転する場合がある。この場合でも、保持トルクに寄与するのは動摩擦力であるため回転トルクに対する影響は比較的小さく、また、後述するように当接面の摺動性の向上等により動摩擦力を更に小さくすることもできる。また、ロータ１１及び駆動レバー１３がロータ受け１６ａ及び１６ｂに接触しない場合もあるが、この場合に回転トルクが低下しないことは勿論である。
【００３０】
次に、回転終了時の動作について、図４を参照して説明する。図４は、回転終了時（通電終了前）におけるロータ位置を示す図である。図４に示される回転体の位置は、図２において破線で示される駆動ピン１４ｂの位置に相当する。回転が進み、駆動ピン１４の位置が１４ｂの方に近づくと、ロータ１１とステータヨーク１５との間に磁気吸引力が働く。この磁気吸引力により、回転終了時において、ロータ１１の円周方向では駆動ピン１４ｂの位置でロータ１１が保持され、軸方向にはロータ１１に対して上向きの力が働く。この上向きの力は、駆動レバー１３とロータ受け１６ａとの摩擦力、即ち、回転体の運動に対する機械的停止力（制動力）となる。従来の電磁アクチュエータにおいては、ロータの停止力を磁気吸引力に依存しているため、停止直前にロータがわずかに逆回転（バウンド）する場合があった。本実施形態においては、磁気吸引力に加え機械的停止力によりロータを停止させることで、シャッタ装置の羽根のバウンドを抑制しながら回転体を所定の位置に停止させることができる。
【００３１】
上述した回転体の各ステップにおける、ロータ１１に働く軸方向の力について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の電磁アクチュエータの試作品について、ロータに働く上向きの力Ｆｚを回転角度ごとに測定した例である。なお、本試作品においては、ロータを磁気的静安定位置から０．３ｍｍずらした状態でＦｚを測定している。また、角度［°］は、図２における駆動ピン１４ａの位置と駆動ピン１４ｂの位置との中間の位置を９０°とし、駆動ピン１４ａ及び１４ｂの位置は、夫々０°乃至９０°及び９０°乃至１８０°の所定の角度に相当する位置である。
【００３２】
図５に示すように、回転角度が０°乃至９０°の範囲では、通電時の上向きの力Ｆｚは、無通電時よりも小さく、角度が大きくなるに従って小さくなる傾向にある。このため、電磁アクチュエータに通電することによりロータが回転し始めると、Ｆｚによる摩擦力は軽減され、且つ、静止摩擦力から動摩擦力へ移行するので、上述したようにロータの回転トルクに対する摩擦力の影響は小さくなる。なお、設計条件により通電時のＦｚが更に小さくなる場合もあり、また、ロータの重力等により、図３に示すように、ロータ１１がロータ受け１６ｂに当接しながら回転する場合もある。
【００３３】
また、回転角度が９０°乃至１８０°の範囲では、通電時の上向きの力Ｆｚは、無通電時よりも大きく、角度が大きくなるに従って大きくなる傾向にある。従って、ロータ１１はロータ受け１６ａに付勢されながら回転し、動摩擦力により制動されるため、上述したようにロータ停止時のバウンドが抑制される。なお、上記の説明は、ロータが図２に示す矢印の向きに回転する場合を表しているが、逆方向に回転する場合（ステータヨーク１５の磁極の極性が図３に示される極性と逆）についても、同様に無通電時の状態が０°側となる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態においては、ロータの位置をステータ磁極との相対的な磁気的静安定位置から軸方向にずらし、無通電時において回転体をロータ受けに付勢させる。このように構成することで、無通電時（静止時）には静止摩擦力による比較的大きな保持トルクが働き、通電時（回転時）にはロータ１１とロータ受け１６ａとの当接による摩擦力がなくなり、保持トルクが小さくなる。これにより、無通電時の保持トルクについては所望の値に応じてディテントトルクを小さくすることができるため、無通電時の保持トルクを大きくするとともに、通電時の回転トルクを大きくすることが可能となる。
【００３５】
なお、上述した本実施形態において、ロータ１１又は駆動レバー１３をロータ受け１６ａ又は１６ｂに当接させることとしているが、本発明の趣旨は、ロータをステータとの相対的な磁気中心位置からずらし、回転体の端面を固定された部材に付勢させることである。従って、当接面における回転体側の部材は、ロータ１１又は駆動レバー１３以外の部材としてもよい。
【００３６】
また、本実施形態において、無通電時の当接面（例えば、駆動レバー１３とロータ受け１６ａとの当接面）の静止摩擦力を大きくするための手段を用いることができる。例えば、当接部材の表面について表面粗し、塗装、コート及び材質の組み合わせの最適化等の手法により静止摩擦力を大きくすることができる。このように、摩擦力増加部を設けることにより、更にディテントトルクを小さくし回転トルクを大きくすることが可能となる。
【００３７】
なお、上記の静止摩擦力を大きくする趣旨は、無通電時におけるロータの自己保持力を大きくすることである。従って、同様の趣旨により、回転体に対する機械的ストッパーを設けることとしてもよい。例えば、当接する部材同士をダボ／穴の組み合わせとしたり、リブ／リブ受けの組み合わせとしたりすることができる。
【００３８】
更に、本実施形態において、通電時の当接面（例えば、ロータ１１とロータ受け１６ｂとの当接面）の動摩擦力を小さくするための手段を用いることとしてもよい。例えば、当接部材の表面にリブ又は球面状の凸部を設けて当接部の面積を小さくしたり、部材表面の塗装、コート及び材質の組み合わせの最適化等により摺動性を向上させたりすることができる。このように、摩擦力軽減部を設けることにより、通電時の保持トルクを小さくし回転トルクを大きくすることが可能となる。なお、図５に示されるように、ロータに働く軸方向の力は予め実験等で求めることができるため、通電時になるべく部材同士が当接しないように磁気特性又は寸法を決定することとしてもよい。
【００３９】
更にまた、上記の摩擦力増加部（機械的ストッパーを含む）及び摩擦力軽減部を併用することにより、無通電時の保持トルクを増加させる効果と通電時の回転トルクを増加させる効果を更に高めることができるため好ましい。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態においては、ロータ１１は、その外径が部分的に異なっているように構成される。例えば、ロータ１１の外径が、ロータ受け１６ａ側が小さくロータ受け１６ｂ側が大きくなるように構成される。これにより、無通電時において、ステータヨーク１５とロータ１１のロータ受け１６ｂ側の端部の磁極との間に主な磁気吸引力が働く。このとき、ロータ１１が相対的な磁気的静安定位置からずれた状態でロータ１１を含む回転体とロータ受け１６ａとを当接させることにより、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４１】
上述の第１の実施形態においては、ロータ１１とステータヨーク１５との軸方向における相対的位置を変えることにより、ロータ１１を磁気的静安定位置からずらしロータ受け１６ａに付勢させる。これは、例えば、ステータヨーク１５の位置をロータ受け１６ａに近づけることによって行われる。このとき、ステータ又はロータについて軸方向の寸法上の制限があると、第１の実施形態の構成とすることが困難な場合がある。本実施形態は、ロータ１１の外径を部分的に変更することにより、ロータ１１の軸方向における磁気的静安定位置をロータ受け１６ｂ側に移動させるものである。これにより、特に寸法上の制約があるシャッタ装置の場合にも、第１の実施形態と同様の効果を有する電磁アクチュエータが得られる。なお、上述したロータ１１の構成は一例であり、同様の効果が得られるようにロータ１１の外形を種々の形状とすることができる。
【００４２】
なお、上述の各実施形態においては、電磁アクチュエータをシャッタ装置に用いた例として説明したが、これに限らず、例えばカメラの絞り装置等の２値動作を行う駆動装置に対しても、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態に係る電磁アクチュエータについて、無通電時の状態を示す部分断面図である。（ｂ）本発明の第１の実施形態に係る電磁アクチュエータについて、ロータ受けを外した状態を示す正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電磁アクチュエータについて、駆動ピンの位置を示す正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る電磁アクチュエータについて、通電開始後の状態を示す部分断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る電磁アクチュエータについて、回転終了後の状態を示す部分断面図である。
【図５】本発明の実施例について、ロータに働く上向きの力Ｆｚを回転角度ごとに示すグラフ図である。
【図６】従来の電磁アクチュエータについて、無通電時の状態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１；ロータ
１２；回転軸
１３；駆動レバー
１４；駆動ピン
１５；ステータヨーク
１６ａ、１６ｂ；ロータ受け
１７；コイル
【図１】
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【図２】
2009112112.tif 000004
【図３】
2009112112.tif 000005
【図４】
2009112112.tif 000006
【図５】
2009112112.tif 000007
【図６】
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