JP2006227062A - 進退動駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可動部品を進退動させる進退動駆動装置において、電源の小容量化と、コストダウンや小型化を図れるようにする。
【解決手段】 内筒体１５は、この外周に設けた貫通孔１９に３個の駆動磁石２１を外周へ突出するように有する。外筒体２５は、中空部２５ａ側に円弧状のガイド片２７を３個環状に有する。外筒体２５のガイド片２７には保持孔３５があり、ガイド片２７の外周には挿入溝３１がある。回路基板３９は、所定の間隔で挿通孔４３とともに片面にコイル４１を、対向面にはヨーク４７を有し、外筒体２５の挿入溝３１に挿入されている。外筒体２５は保持孔３５に連通する貫通孔３７から球体５１と磁石５３を入れ、磁石５３に吸着された状態で球体５１を保持孔３５内に保持させる。外筒体２５の中空部２５ａに入れた内筒体１５の外周に、球体５１を点接触状態で当接させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は進退動駆動装置に係り、例えば、携帯電話、ＣＣＤカメラ、ハンディビデオカメラ等の小型光学機器におけるレンズ等の可動部品を進退させる進退動駆動装置の改良に関する。

近年、例えば携帯電話では電子カメラ機能を搭載したものの普及が進み、その搭載される電子カメラ機能もオートフォーカス、ズーム、マクロ機能などを有している。

そのような電子カメラ機能には、その機能を実現するためにレンズの駆動装置が必要で、これまで種々の進退動駆動装置が提案されており、例えば図１１に示す構成がある。

すなわち、内側にレンズ１を支持した中空軸３の外周に、ラジアル方向に単極着磁したリング状磁石５を配置し、筒形ケース７の両端を塞ぐようにはめ込まれた軸受としての摺動体９、１１にその中空軸３を軸支させ、それら摺動体９、１１の間にあってケース７の内壁に、磁石５と対面するようにコイル１３を配置して構成したものである。特開平１０−１５０７５９号（特許文献１）はこの種のものである。

この図１１に示す構成では、コイル１３に流す駆動電流の方向や強さを可変することにより、ラジアル方向に単極着磁された磁石５に軸方向の応力が生じ、摺動体９、１１に摺動可能に軸支された中空軸３が矢符ｔ方向に進退動され、オートフォーカス、ズーム、マクロ機能などの機能が実現される。
特開平１０−１５０７５９号

しかしながら、上述した従来の構成では、可動部品としてのレンズ１を進退動させる中空軸３が摺動体９、１１の貫通孔に接触するよう差し込まれて摺動可能状態で軸支されているから、ケース７に対して中空軸３を進退動させるには、一定以上の応力が必要であり、負荷を低下することが困難である。

そのため、コイル１３には一定値以上の駆動電流を流す必要が生じて駆動電力を低下させることができないとか、一定数以上の巻き数のコイル１３が必要であったり、中空軸３の磁石５の着磁強度を強める必要が生じ、コストダウンや小型化の障害となり易かった。

本発明はこのような状況の下になされたもので、小さな負荷で可動部品の進退動が可能で、電源電池の小容量化、更にはコストダウンや小型化の容易な進退動駆動装置の提供を目的とする。

そのような課題を解決するために本発明は、外筒体と、この外筒体の中空部に僅かな間隔をもって挿入された内筒体と、それら外筒体および内筒体の一方を他方に対して中空部の軸方向に相対的に進退動する駆動源と、それら外筒体の内壁側又は内筒体の外周側に回転自在に支持されるとともにそれらの内筒体の外周又は外筒の内壁に当接する球体とを具備して構成されている。

そして、本発明は、上記球体を、それら外筒体又は内筒体に複数個、分散配置する構成も可能である。

また、本発明は、上記球体を、それら外筒体又は内筒体に設けられた磁性体に吸着して支持する構成も可能である。

さらに、本発明は、上記球体を、それら外筒体又は内筒体に設けられた磁性体に吸着させるとともに、それら外筒体又は内筒体に形成された保持部に、それら外筒体の中空部又は内筒体の外周に突出するよう保持させる構成も可能である。

さらにまた、本発明は、上記球体を、それら外筒体の中空部側又は内筒体の外周側に形成された部分球面状凹部に嵌め、それら内筒体の外周又は外筒体の内壁に当接させる構成も可能である。

しかも、本発明は、上記球体を、その外筒体の中空部側に形成された第１の曲面段部と内筒体の外周側にその第１の曲面段部と僅かな間隔で対面形成された第２の曲面段部の間に嵌める構成も可能である。

そして、本発明は、上記駆動源として、それら外筒体の中空部側又は内筒体の外周側に配置された駆動磁石と、それら内筒体の外周側又は外筒体の中空部側に配置され駆動電流の切換えによってその駆動磁石との間で軸方向の応力を生じさせるコイルを有してなるリニアモータで形成しても良い。

そのような本発明に係る進退動駆動装置では、この外筒体の中空部に僅かな間隔をもって内筒体を挿入し、それら外筒体および内筒体の一方を駆動源によって他方に対して相対的に進退動させ、それら外筒体の内壁側又は内筒体の外周側に回転自在に支持された球体をそれら内筒体の外周又は外筒体の内壁に当接させる構成となっているから、内筒体又は外筒体が他方に対し小さな負荷で進退動可能で、電源電池の小容量化、コストダウンや小型化が容易である。

そして、上記球体を、それら外筒体又は内筒体に複数個分散配置する構成では、内筒体を安定的に軸支できる。

また、上記球体を、それら外筒体又は内筒体に設けられた磁性体に吸着して支持する構成では、その球体が保持され易く、組立時の球体の扱いが簡単である。

さらに、上記球体を、それら外筒体又は内筒体に設けられた保持部に配置するとともに磁性体に吸着させて突出する構成では、その球体がより保持され易く、組立時の球体の扱いが一層簡単である。

さらにまた、上記球体を、それら外筒体の中空部側又は内筒体の外周側に形成された部分球面状凹部に嵌め、それら内筒体の外周又は外筒体の内壁に当接する構成では、磁石などを用いることなく球体の保持が可能となり、部品点数を増加させ難い。

しかも、上記球体を、その外筒体の中空部側に形成した第１の曲面段部とその内筒体の外周側に対面形成した第２の曲面段部の間に嵌める構成でも、磁石などを用いることなく、球体の保持がより確実となるし、部品点数を増加させ難い。

そして、上記駆動源として、それら外筒体の中空部側又は内筒体の外周側に駆動磁石を配置し、それら内筒体の外周側又は外筒体の中空部側にコイルを有してなるリニアモータで構成すれば、構成の簡素化や小型化を維持できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１および図２は本発明に係る進退動駆動装置の実施の形態を示す横断面図（図２中のＩ−Ｉ間断面）および縦断面図である。

図１および図２において、内筒体１５は、非磁性体合成樹脂、例えばポリカーボネートから円筒形に形成されており、中空部１５ａに可動部品としてのレンズ１７（図２以外図示せず。）が中空部１５ａを塞ぐように固定されている

内筒体１５は、内外を貫通する貫通孔１９が同一円周上に例えば１２０°ずつの等角度で３個形成されている。

これら貫通孔１９にはチップ状の駆動磁石２１が、内筒体１５の外周から僅かに突出するように圧入されており（図３参照）、各駆動磁石２１の背後側（内筒体１５の中空部１５ａ側）には鋼板からなるヨーク２３がはめ込まれて当接している。

駆動磁石２１は、内筒体１５に配置された状態で、内筒体１５の軸方向にＮ極とＳ極が配列されるように着磁された従来公知のものである。

外筒体２５は、非磁性体合成樹脂、例えばポリカーボネートから内筒体１５の軸長より若干長い厚みで薄形に成形されており、外形が方形形状になっている。

外筒体２５は、この中空部２５ａ中央部から見て１２０°の等角度で分散して環状に配置された同一にして円弧状のガイド片２７を３個有し、これらガイド片２７が外筒体２５の一方の端面側（図２中右側端）にて外筒体２５から一体的に立設された状態になって外筒体２５の一部を形成している。

環状に配置された３個のガイド片２７によって外筒体２５の中空部２５ａの内壁が形成され、隣合うガイド片２７間がスリット２９になっている。

外筒体２５には、図１、図４および図５に示すように、環状に配置されたガイド片２７の外周に、他方の端面側（図２中左側端）に開放する断面凹状の挿入溝３１がリング形状に形成されており、隣合うガイド片２７間のスリット２９に重なる領域には凹状の収納部３３が、挿入溝３１と同様に他方の端面側（図２中左側端）に開放するよう各々形成されている。

従って、スリット２９および収納部３３も、１２０°の等角度で同じ位置に分散配置されている。

外筒体２５の各ガイド片２７の中程には、中空部２５ａ中央から見て１２０°の等角度の位置に保持孔３５が貫通形成されており、外筒体２５自体にも保持孔３５に連通する貫通孔３７が外周まで連通形成されている。

図１に戻って、外筒体２５の挿入溝３１には回路基板３９が挿入されている。

回路基板３９は、図６Ａに示すように、従来公知の細長いシート状のフレキシブル回路基板であり、その片面には導線を長方形枠状に巻いてなるコイル４１が等間隔で半田付け接続されるとともに、それらコイル４１の間およびコイル４１から所定の間隔を置いた位置に貫通形成された挿通孔４３をそれらコイル４１と同一直線状に有しており、それらコイル４１の駆動電流を切換え通電するものである。

図６Ａ中の符号４５は、内筒体１５の駆動磁石２１の磁極位置を検出するホール素子である。

回路基板３９には、図６Ｂに示すように、コイル４１の配置面と対向する他方の面に、鋼板からなりコイル４１の平面形状より若干大きい長方形板のヨーク４７がコイル４１に重なるように固定されている。

回路基板３９は、コイル４１およびヨーク４７を、外筒体２５のスリット２９および収納部３３にはめ込み、挿通孔４３を保持孔３５および貫通孔３７に揃えるようにして挿入溝３１に挿入され、接着剤など適当な手段によって外筒体２５の挿入溝３１内壁に固定されている。

なお、回路基板３９は、図４破線で示すように、その端部が外筒体２５に設けた溝４９を介して外部へ導出されている。

上述した内筒体１５は、外筒体２５の中空部２５ａ内にて、僅かな間隔をもって駆動磁石２１がコイル４１やヨーク４７と対面するようにそれに挿入されている。

ボールベアリング球などの硬質材料からなり表面が滑らかに加工された球体５１は、図１および図２に示すように、例えば外筒体２５の外周から貫通孔３７に入れられるとともに、同じく貫通孔３７に圧入されたチップ状磁石５３に当接され、磁石５３に吸着された状態で、保持孔３３に遊挿状態で保持されながら中空部２５ａにて内筒体１５の外周に当接している。

このような構成の進退動駆動装置では、回路基板３９において、ホール素子４５からの磁極検出信号に基づき、コイル４１に流す駆動電流の方向や強さを可変することにより、図７に示すように、コイル４１の端面に例えばＮ極が生じると、軸方向にＮ極とＳ極に着磁した駆動磁石２１には、Ｎ極側がコイル４１の端面中央部に重なるような応力が生じる。

そのため、駆動磁石２１を固定した内筒体１５が外筒体２５（図７では図示せず。）に対して破線で示すように軸方向Ｔに変移し、例えば図２で図示すれば破線のように変移する（図７とは逆方向）。

すなわち、内筒体１５側に配置された駆動磁石２１と、外筒体２５側に配置された回路基板３９、コイル４１およびホール素子４５などによってリニヤモータが構成されており、駆動磁石２１付きの内筒体１５がロータとして機能し、コイル４１およびホール素子３９付きの回路基板３９が配置された外筒体２５側がステータとして機能している。

しかも、外筒体２５と僅かな間隔で配置された内筒体１５は、外筒体２５に対して球体５１が点接触状態となってそれに軸支されているし、その球体５１が回転容易であるから、内筒体１５が外筒体２５に対して変移する際、内筒体１５が極めて小さな力で変移する。

このような本発明の進退動駆動装置では、内筒体１５に設けた貫通孔１９に等角度で３個の駆動磁石２１を外周へ突出するように配置し、外筒体２５の中空部２５ａ側には、円弧状のガイド片２７を３個形成して隣合うガイド片２７間でスリット２９を形成し、これらガイド片２７には保持孔３５を設けるとともにガイド片２７の外周に挿入溝３１を形成し、外筒体２５にあってスリット２９に重なる領域に凹状の収納部３３を形成する一方、回路基板３９には所定の間隔で挿通孔４３を形成するとともに片面にはコイル４１を、対向面にはヨーク４７を配置し、コイル４１およびヨーク４７を外筒体２５のスリット２９および収納部３３には込むとともに挿通孔４３を保持孔３５に揃えるようにしてその回路基板３９を挿入溝３１に挿入し、外筒体２５に形成した貫通孔３７から球体５１および磁石５３を入れ、外筒体２５の中空部２５ａに挿入した内筒体１５に対し、磁石５３に吸着された球体５１を保持孔３３に保持させながらその内筒体１５の外周に点接触状態で当接して構成した。

そのため、外筒体２５と僅かな間隔で配置された内筒体１５は、外筒体２５に対して球体５１による点接触状態で外筒体２５に軸支されるとともに、球体５１が回転可能であるから、外筒体２５に対して内筒体１５が極めて小さな力で変移可能となっている。

従って、内筒体１５を変移させる負荷が小さく、コイル４１に流す駆動電流が小さくて良いから、駆動電力、特に電源電池の電力供給容量を低下させることが可能で、省電力化に対応できる。発明者の実験によれば、概略同一構成において、消費電力を１／２〜１／４に低減できた。

また、コイル４１の巻き数を減少させることも可能であるし、磁石２５の着磁強度を強める必要がなく、コストダウンや小型化が容易である。

さらに、球体５１が外筒体２５や内筒体１５の周方向に１２０°の等角度で分散配置されているから、内筒体１５が外筒体２５内に同軸状に配置され、特性も安定的かつ高精度である。

なお、必ずしも球体５１は外筒体２５や内筒体１５の周方向に１２０°の等角度で配置する必要はないが、等角度で配置すると偏心し難い利点がある。

さらに、磁性体製の球体５１が磁石５３に吸着されているから、球体５１が安定的に保持され、組立時の球体の扱いが簡単である。

さらにまた、球体５１がガイド片２７の保持部としての保持孔３５に若干の遊びをもって保持されているから、球体５１がより安定的に保持され、組立時の球体の扱いが一層簡単である。

ところで、上述した構成では、内筒体１５が外筒体２５に対して３個の球体５１で点接触状態で支持されているが、３個の駆動磁石２１と外筒体２５に固定された３個のヨーク４７の間で対面状態で吸着力が作用するから、外筒体２５に対して同軸的に安定保持される。

しかし、図８に示すように、内筒体１５や外筒体２５の軸方向に対し、複数個の球体５１を配置して構成することも可能である。

さらに、図９に示すように、内筒体１５や外筒体２５の周方向に複数個の球体５１をコイル４１間に配置して構成することも可能である。

なお、図９に示す構成では、一部の球体５１を破線で示すとともに、一部の保持孔３５や貫通孔３７などの図示を省略した。

このような構成では、外筒体２５や回路基板３９に保持孔３５や貫通孔３７を複数個設けることになるが、外筒体２５に対して内筒体１５を一層安定的に軸支可能となる。

さらに、本発明では、図１１Ａ、Ｂに示すような球体５１の保持構成が可能である。

すなわち、図１１Ａは、外筒体２５のガイド片２７の中空部２５ａ側に部分球面状凹部５５を形成し、これに球体５１を嵌めて内筒体１５の外周に当接させる構成であり、磁石５３に吸着させなくとも、球体５１を外筒体２５と内筒体１５の間で保持可能であり、磁石５３などの部品を増加させない。

また、図１１Ｂは、外筒体２５のガイド片２７の中空部２５ａ側に部分球面状の第１の曲面段部５７を形成し、内筒体１５の外周側にその第１の曲面段部５７と僅かな間隔で対面する同じような部分球面状の第２の曲面段部５９を形成し、それら第１の曲面段部５７と第２の曲面段部５９の間で球体５１に適当な予圧をかけた状態で挟持する構成を示している。

この構成でも、磁石５３を用いることなく、球体５１を外筒体２５と内筒体１５の間で一層安定的に保持可能である。

ところで、上述した本発明の進退動駆動装置では、内筒体１５側をロータとし、外筒体２５側をステータとして説明したが、本発明ではこれに限定されず、駆動磁石２１を外筒体２５の中空部２５ａ内壁側に、回路基板３９やコイル４１を内筒体１５側に配置し、内筒体１５側をステータ、外筒体２５側をロータとする構成など、いずれか一方を相対的に変移することが可能である。

さらに、球体５１は、１個以上用いれば本発明の目的達成が可能であり、外筒体２５側に吸着や保持させる構成に限らず、内筒体１５側に吸着や保持させる構成でも実施可能であり、磁石５３も必須ではない。

球体５１を内筒体１５側に保持させる構成では、内筒体１５側に上述した保持孔３５に相当する保持部や磁石５３を配置し、保持させたり吸着した状態で保持すれば良い。

さらにまた、上述した内筒体１５や外筒体２５は、円筒状に限らず、種々の多面筒体で実施可能であり、上述したガイド片２７も必須ではなく、ガイド片２７を省略した単なる中空部を有する外筒体に回路基板や保持孔を形成して実施可能であるし、外筒体２５も一方の端面側（図２や図８の右側端）を塞いだカップ状であっても良い。

また、上述した本発明の進退動駆動装置では、外筒体２５に対して内筒体１５を変移させる駆動源としてリニアモータ構成を用いたが、リニアモータ構成以外に進退動を所持させる従来公知のアクチュエータ、例えばステッピングモータ、超音波モータなどで実施可能であるし、ギアーなどを組み合わせれば直線駆動モータ以外に回転モータを駆動源として用いることも可能である。

もっとも。上述したリニアモータ構成を用いれば、構成が簡単で、小型化を図り易い利点があるから好ましい。

そして、本発明の進退動駆動装置は、携帯電話、小型光学機器に限らず、ロボットなどの光学系以外の可動部品を進退動させる種々の機器に搭載可能である。

本発明に係る進退動駆動装置の実施の形態を示す横断面図（図２中のＩ−Ｉ間断面）である。 本発明に係る進退動駆動装置の縦断面図である。 図１に示す内筒体の斜視図である。 図１に示す外筒体の斜視図である。 図１に示す外筒体の背面図である。 図１に示す回路基板の斜視図である。 本発明の進退動駆動装置の動作を説明する図である。 本発明の進退動駆動装置の他の実施の形態を示す縦断面図である。 本発明の進退動駆動装置の更に他の実施の形態を示す横断面図である。 本発明の進退動駆動装置に係る球体の保持構成に関し、他の実施の形態を示す要部断面図である。 従来の進退動駆動装置の縦断面図である。

符号の説明

１、１７ レンズ（可動部品）
３ 中空軸
５、５３ 磁石
７ ケース
９、１１ 摺動体
１３、２７ コイル
１５ 内筒体
１５ａ、２５ａ 中空部
１９、３７ 貫通孔
２１ 駆動磁石
２３、４７ ヨーク
２５ 外筒体
２７ ガイド片
２９ スリット
３１ 挿入溝
３３ 収納部
３５ 保持孔（保持部）
３９ 回路基板
４１ コイル
４３ 挿通孔
４５ ホール素子
４９ 溝
５１ 球体
５５ 部分球面状凹部
５７ 第１の曲面段部
５９ 第２の曲面段部

Claims (7)

1. 外筒体と、
   この外筒体の中空部に僅かな間隔をもって挿入された内筒体と、
   前記外筒体および内筒体の一方を他方に対して前記中空部の軸方向に相対的に進退動する駆動源と、
   前記外筒体の内壁側又は前記内筒体の外周側に回転自在に支持されるとともに前記内筒体の外周又は外筒体の内壁に当接する球体と、
   を具備することを特徴とする進退動駆動装置。
2. 前記球体は、前記外筒体又は内筒体に複数個、分散配置されてなる請求項１記載の進退動駆動装置。
3. 前記球体は、前記外筒体又は内筒体に設けられた磁性体に吸着して支持されたものである請求項１又は２記載の進退動駆動装置。
4. 前記球体は、前記外筒体又は内筒体に設けられた磁性体に吸着されるとともに、前記外筒体又は内筒体に形成された保持部に、前記外筒体の中空部又は前記内筒体の外周に突出するよう保持されてなる請求項３記載の進退動駆動装置。
5. 前記球体は、前記外筒体の中空部側又は前記内筒体の外周側に形成された部分球面状凹部に嵌められ、前記内筒体の外周又は外筒体の内壁に当接されてなる請求項１又は２記載の進退動駆動装置。
6. 前記球体は、前記外筒体の中空部側に形成された第１の曲面段部と前記内筒体の外周側に前記第１の曲面段部と僅かな間隔で対面形成された第２の曲面段部の間に嵌められてなる請求項１又は２記載の進退動駆動装置。
   進退動駆動装置。
7. 前記駆動源は、前記外筒体の中空部側又は前記内筒体の外周側に配置された駆動磁石と、前記内筒体の外周側又は前記外筒体の中空部側に配置され駆動電流の切換えによって前記駆動磁石との間で前記軸方向への応力を生じさせるコイルを有してなるリニアモータである請求項１〜６のいずれか１項記載の進退動駆動装置。

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