回転型アクチュエータ
【課題】 カメラの撮影レンズに内装してＡＦ機構の駆動源として用いることが可能な回転型アクチュエータを提供する。
【解決手段】 円周方向に複数のＳ極とＮ極が交互に配置された円環状又は円弧状の多極磁石１と、この多極磁石の円周方向に相対移動可能に対峙されたコイル体２とを備える。多極磁石１は円周方向にＳ極とＮ極の磁極が所定間隔で交互に着磁され、コイル体２には所定の電流を所定の方向及びタイミングで通流制御するように構成する。コイル体２に通電することで多極磁石１との間に生じる磁力により、コイル体２又は多極磁石１の一方を他方に対して円周方向に回転駆動させる。
【解決手段】 円周方向に複数のＳ極とＮ極が交互に配置された円環状又は円弧状の多極磁石１と、この多極磁石の円周方向に相対移動可能に対峙されたコイル体２とを備える。多極磁石１は円周方向にＳ極とＮ極の磁極が所定間隔で交互に着磁され、コイル体２には所定の電流を所定の方向及びタイミングで通流制御するように構成する。コイル体２に通電することで多極磁石１との間に生じる磁力により、コイル体２又は多極磁石１の一方を他方に対して円周方向に回転駆動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁石とコイル体とで構成され、磁力を利用して回転動作を行う回転型アクチュエータに関し、特にカメラ用レンズに内装してＡＦ機構の駆動源として用いて好適な回転型アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁力を利用して回転動作を行うアクチュエータとしてはＤＣモータが一般的であり、例えは一眼レフカメラの撮影レンズに内装して自動焦点（ＡＦ）制御を行う際のレンズ駆動のための駆動源として用いられている。例えば、特許文献１，２ではカメラボディ内と撮影レンズ内にそれぞれモータを内装し、これらのモータを適宜切り換え動作させることによって適切なＡＦ制御を行っているが、このモータとしてＤＣモータが用いられている。また、近年ではレンズ内に内装するＤＣモータに代えて小型、軽量に構成できる超音波モータを用いることも提案されている。この種の超音波モータとして、例えば特許文献３において本願出願人が提案しているものがある。
【特許文献１】特開２００６−２５９１１３号公報
【特許文献２】特開２００６−１４５７８３号公報
【特許文献３】特開２００７−１１６７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
撮影レンズでのＡＦ制御を行う際には、通常ではフォーカス調整用のフォーカスレンズを円筒状をしたフォーカスカム環に係合させ、このフォーカスカム環をレンズ光軸の回りに回転制御する構成がとられている。このフォーカスカム環を回転制御するための駆動源としてＤＣモータや超音波モータの回転力を利用しているが、ＤＣモータや小型のＤＣモータや小径の超音波モータではフォーカスカム環の回転動作に要求されるような高いトルクを得ることが難しく、そのためこれらモータに減速ギヤを連結し、高いトルクに変換してフォーカスカム環に伝達することが行われている。また、超音波モータでは駆動するための高電圧回路が必要であり、この高電圧回路を配設するためのスペースを確保することも要求される。そのため、減速ギア機構や高電圧回路がレンズ内に占めるスペースが無視できず、レンズの小型化、軽量化を進める上での障害になっている。
【０００４】
本発明の目的は、カメラの撮影レンズに内装してＡＦ機構の駆動源として用いることができるとともに撮影レンズの小型化、軽量化を実現することが可能な回転型アクチュエータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の回転型アクチュエータは、円周方向に複数のＳ極とＮ極からなる磁極が交互に配置された円環状又は円弧状の多極磁石と、この多極磁石の円周方向に相対移動可能に対峙されたコイルを備えるコイル体とを備えており、多極磁石の磁極は所定間隔で交互に着磁され、コイル体のコイルは円周方向の長さが当該所定間隔に対応する所定の長さに形成され、かつ所定の電流を所定の方向及びタイミングで通流制御されるように構成したことを特徴とする。好ましくは、コイルは円周方向に配列した複数のコイルで構成され、円周方向の間隔が多極磁石の磁極の所定間隔の整数分の一の寸法とする。
【０００６】
本発明の回転型アクチュエータは、特に、カメラの撮影レンズのフォーカス機構に適用され、コイル体と多極磁石の一方をレンズ鏡筒内に固定支持し、多極磁石とコイル体の他方をフォーカス設定時に回転動作されるフォーカスリング連動環に連結し、フォーカス制御用の電流をコイル体に通流するように構成する。この場合、カメラは前記撮影レンズに設けたレンズ側カプラーとカメラボディ側に設けたボディ側カプラーとが係合され、カメラボディ内に設けたモータの回転力を両カプラーを介してフォーカスリング連動環に伝達するように構成されており、フォーカスリング連動環はレンズ側カプラーからフォーカスリング連動環に向けての回転力のみを伝達する一方向クラッチを介してレンズ側カプラーに連結される構成とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コイル体に通電する電流を制御することにより、コイル体と多極磁石との間の磁力によって円周方向の回転力を発生して回転型アクチュエータが構成できる。これにより、減速ギア機構が不要になり、アクチュエータの小型化、軽量化が可能になる。また、超音波モータのような高電圧回路が不要になる。そのため、撮影レンズのＡＦ機構の駆動源に用いた場合にはＡＦ機構の小型化が可能になり、撮影レンズの小型化、軽量化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明における多極磁石の形態としては、円弧状をした複数の永久磁石を各磁石の同極が対向するように円周方向に配列して円環状又は円弧状とし、これらをホルダで一体保持する構成がある。あるいは、円環状又は円弧状をした等方性磁石にＳ極とＮ極を円周方向に沿って交互に着磁した構成とする。
【０００９】
また、コイル体の形態としては、円周方向に配列したｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの３つのコイル、又はその整数倍の数のコイルで構成され、これらｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの通電タイミングを制御するように構成される。この場合、ｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの円周方向の長さは等しく、これらのコイルは磁極の所定間隔のほぼ１／３の間隔で配置される。これらｕコイル、ｗコイル、ｖコイルはＹ字結線あるいはデルタ結線される。
【００１０】
本発明の回転型アクチュエータでは、多極磁石を固定子とし、コイル体を可動子として構成する。あるいは、多極磁石を可動子とし、コイル体を固定子として構成してもよい。
【実施例１】
【００１１】
次に、本発明の実施例１を図面を参照して説明する。図１（ａ），（ｂ）は実施例１の回転型アクチュエータの表面側と裏面側の各斜視図である。この回転型アクチュエータは、固定子としての断面が矩形をした円環状をした多極磁石１と、この多極磁石１に緩く嵌合して多極磁石１の長さ方向、すなわち円周方向に沿って移動可能な可動子としてのコイル体２とで構成されている。多極磁石１は円弧状をした複数の永久磁石１１を円周方向に配列して円環状に形成しているが、ここでは図２に示すように、２つの異なる円弧長をした非磁性体からなる円弧板状をした磁石ホルダ１２，１３の片面にそれぞれ永久磁石１１を接着し、その上で２つの磁石ホルダ１２，１３を円周方向に連結して円環状にした構成がとられている。このとき、図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ平面方向と立面方向の模式的な断面図を示すように、円周方向に隣接される永久磁石１１のＳ極とＮ極はそれぞれ同極を対向するように配置されており、これにより円周方向に所要の間隔をおいてＳ極とＮ極の各磁極が交互に配列した構成の多極磁石１として構成されることになる。この多極磁石１では、Ｎ極においては磁力線が半径方向及び回転軸と平行な方向に放射状に向けられ、Ｓ極においては磁力線が半径方向及び回転軸と平行な方向に求心状に向けられてそれぞれの磁界を構成することになる。なお、磁石ホルダ１２，１３に対して永久磁石を接着する構造として、ここでは磁石ホルダ１２，１３の板厚方向に穴１４を貫通開口し、この穴１４に接着剤１５を充填して接着を行っている。また、ここでは２つの磁石ホルダ１２，１３を円周方向に連結する際にも接着剤による連結構造がとられている。
【００１２】
前記可動子としてのコイル体２は図１に鎖線で示すようにほぼ円弧状をした角筒からなるコイルホルダ２２に複数のコイル２１が円周方向に配列支持された構成となっている。これらのコイル２２はそれぞれ前記多極磁石１１の円周一部の回りに半径方向に向けて矩形に近い形状に巻回されたものであり、前記したように２つの磁石ホルダ１２，１３を連結して円環状の多極磁石１を形成する際に磁石ホルダ１２の両端開口部から内挿して嵌合することによって組み立てている。前記複数のコイル２１は、ここでは便宜的にｕ１コイル、ｗ１コイル、ｖ１コイル、ｕ２コイル、ｗ２コイル、ｖ２コイルと称する６つの独立したコイルを円周方向に配列し、前記コイルホルダ２２に一体的に支持させている。なお、図面においては前記各ｕ，ｗ，ｖのコイルの符号としてｕ，ｗ，ｖの頭文字と１，２，３の数字を付している。ここで、図３（ｂ）に示すように、ｕ，ｗ，ｖの各コイルのそれぞれの周方向の配列ピッチ寸法をＬとしているが、このピッチ寸法Ｌは前記多極磁石１を構成する各永久磁石１１の円周方向の長さ３Ｌの１／３とされている。これは換言すれば多極磁石１に形成されているＳ極、Ｎ極の円周方向のピッ寸法３Ｌの１／３である。また、このことから当然にｕ，ｗ，ｖの各コイルの円周方向の長さは当該ピッチ寸法Ｌ以下の寸法となっている。
【００１３】
前記各コイル２１は図４（ａ）に示すように、ｕ１コイルとｕ２コイルを直列接続し、ｗ１コイルとｗ２コイルを直列接続し、ｖ１コイルとｖ２コイルを直列接続した上で、これらの各一端を合一的に接続してＹ結線した上で各他端を電極端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３として図には表れないコントローラを介して駆動電源に接続している。コントローラは図４（ｂ）に示すタイミングｔ１〜ｔ６を１周期として各コイル２１に正、または負の極性の電流を通流するようになっている。
【００１４】
この実施例１の回転型アクチュエータによれば、コイル体２が図３の位置にあるときに、端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に図４（ｂ）のタイミングｔ１の電流を流すと、ｕ１，ｕ２コイル及びｖ１，ｖ２コイルにのみ電流が流され、これらｕ，ｖの各コイルにおける通流方向と多極磁石１のＳ極とＮ極による磁界とでフレミングの左手の法則によりｕ，ｖの各コイルに右方向の駆動力が発生し、これらコイル、すなわちコイル体２が距離Ｌだけ円周右方向に移動する。次いで、タイミングｔ２の電流を流すと、ｗ１，ｗ２コイル及びｖ１，ｖ２コイルにのみ電流が流され、これらｗ，ｖの各コイルにおける通流方向と多極磁石１のＮ極による磁界とでフレミングの左手の法則によりｗ，ｖの各コイルに右方向の駆動力が発生し、コイル体２がさらに距離Ｌだけ円周右方向に移動する。次に、タイミングｔ３の電流を流すと、ｗ１，ｗ２コイル及びｕ１，ｕ２コイルにのみ電流が流され、これらｗ，ｕの各コイルにおける通流方向と多極磁石１のＮ極による磁界とでフレミングの左手の法則によりｗ，ｕの各コイルに右方向の駆動力が発生し、コイル体２がさらに距離Ｌだけ円周右方向に移動する。したがって、この半周期の通電制御によってコイル体２は距離３Ｌだけ円周右方向に移動することになる。以下、同様にしてタイミングｔ１からｔ６までの１周期でコイル体２は６Ｌだけ円周右方向に移動することになる。なお、通電制御を図４（ｂ）のタイミングｔ６からｔ１に向けて制御すれば１周期の電流制御でコイル体２を前記と反対に６Ｌだけ円周左方向に移動することになる。これにより、コイル体２を多極磁石１に沿って円周方向に往復移動制御でき、回転型アクチュエータが構成されることになる。
【００１５】
実施例１の回転型アクチュエータは、円環状をした多極磁石１と、この多極磁石１に緩く嵌合されたコイル体２とでのみ構成されるため、構成が極めて簡略化できるとともに、小型、軽量に構成できる。そして、コイル体２を構成している複数のコイル２１に対する電流を制御することによりコイル体２を多極磁石１に沿って回転動作させることができ、しかも通電する電流の切り換え数によって回転量が制御でき、またその切り換え速度によって回転速度を制御でき、さらに電流量によって回転力（回転トルク）を制御することができるので、機器に要求される回転条件に適合した回転型アクチュエータとして利用することが可能である。
【実施例２】
【００１６】
実施例２の回転型アクチュエーは、図５に外観斜視図を示すように、固定子としての多極磁石１Ａを円弧状をした等方性磁石材料で構成しており、この等方性磁石材料の円周方向に一定の間隔をおいてＳ極とＮ極を交互に着磁した多極着磁構造の磁石に形成している。また、多極磁石１Ａには実施例１と同様に複数のコイル２１をコイルホルダ２２によって一体化したコイル体２が緩く嵌合されている。図６は実施例２の模式的な断面図であり、前記多極着磁型の多極磁石１Ａでは、一つのＳ極、又はＮ極の各着磁領域では各磁極における磁力は大きいが、Ｓ極とＮ極の中間領域では磁力が小さくて磁極として実質的に機能しない構成となる。したがって、この多極磁石１Ａは複数のＳ極とＮ極が円周方向に所定のピッチ間隔をおいて交互に配列した実施例１の多極磁石１と実質的に同じ構成となる。この実施例２の多極磁石１Ａにおいても、実施例と同様に円弧長の異なる２つの当方性磁石材料にてそれぞれ多極磁石を形成し、これらを接着剤等によって円周方向に連結することで円環状をした多極磁石１Ａに構成でき、かつこれらを接着する際にコイル体２を嵌合させることによって回転型アクチュエータを組み立てることができる。
【００１７】
このように実施例２では、固定子としての多極磁石１Ａを円弧状をした等方性磁石材料１１Ａを用いてこれに円周方向に交互の磁極を構成するように着磁を行って形成しているので、実施例１のようにそれぞれ個別に着磁された複数の永久磁石を磁石ホルダによって機械的に連結する必要はなく、したがって磁石ホルダや接着構造が不要になり回転型アクチュエータを構成する部品点数を削減し、低コストに製造でき、しかも小型化・軽量化を図ることができる。また、このように構成した多極磁石１Ａは製造に際しては等方性磁石材料に対して任意のピッチ間隔で着磁を行うことで円周方向に配列したＳ極とＮ極の着磁領域を任意のピッチ間隔で、しかも任意の円周方向の長さ領域に形成することができるようになる。これにより、着磁領域やピッチ寸法を任意に設計することでコイル体２の１ピッチ動作長を任意に設計することが可能な回転型アクチュエータを得ることも可能になる。
【００１８】
実施例２の回転型アクチュエータにおいても、コイル体２を構成する複数のｕ，ｗ，ｖの各コイルに、図４に示したように実施例１と同様な結線を行い、各コイル２１に通流する電流を制御することによって実施例１と同様にコイル体２を多極磁石１Ａに沿って円周方向に往復移動制御でき、回転型アクチュエータを構成することができる。
【実施例３】
【００１９】
前記実施例１及び実施例２において、コイル体２を構成する６個のコイル２１については、図７（ａ）のようにｕ，ｗ，ｖの各コイルの各端をリング状に接続してデルタ結線した上で各端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を図には表れないコントローラを介して駆動電源に接続してもよい。この場合にも、図７（ｂ）に示したタイミングｔ１〜ｔ６を１周期として各コイルに正、又は負の極性の電流を通流すれば、実施例１と同様に１周期で６Ｌの距離だけコイル体２を円周右方向または反対の円周左方向に回転往復移動制御することが可能である。
【００２０】
また、回転型アクチュエータのコイル体２を構成するコイル２１の数は実施例１〜３の個数に限定されるものではない。例えば、ｕコイル、ｗコイル、ｖコイルが各１つずつの３つのコイルで構成してもよく、あるいは各３つずつの９つのコイル、さらにはそれ以上の３の倍数の個数のコイルで構成してもよい。この場合には、各コイルの円周方向のピッチ寸法は多極磁石に形成しているＳ極とＮ極の円周方向にピッチ寸法に対応させた寸法に設定すればよい。
【００２１】
実施例１〜３では、多極磁石は円環状に形成しているので可動子としてのコイル体２を全円周（３６０°）にわたって回転移動させることができる。すなわち無限回数にわたって回転動作させることが可能であるが、可動子の回転角が３６０°よりも小さい角度範囲内で回転駆動すればよい回転型アクチュエータとして構成する場合には、多極磁石は円弧状に形成すればよい。例えば、図８に実施例１の回転型アクチュエータの変形例を示すように、多極磁石１Ｂは円周の一部が存在しない円弧状に形成しており、コイル体２はこの多極磁石１Ｂの円周方向の範囲内でのみ往復移動することになる。この場合には、磁石ホルダは１つの円弧状をしたホルダとして構成できる。また、実施例２についても同様に円弧状の多極磁石として構成できる。この場合には円弧状をした等方性磁石材料を用いればよい。また、図８に併せて示すように、コイル体２Ｂでは複数のコイル２１がそれぞれ扇形となるようにコイルの巻回寸法を調整することにより、多極磁石の各磁極で形成される磁界に対する駆動力の発生効率を高めることが可能になる。
【００２２】
実施例１〜３では、多極磁石を固定子とし、コイル体を可動子としているが、コイル体を固定子として構成し、多極磁石をコイル体に対して円周方向に回転移動させる可動子として構成するようにしてもよい。特に、コイル体には電流を通流するための結線が必要であることから、可動子を全円周以上にわたって回転動作させる回転型アクチュエータを構成する場合には結線の必要がない多極磁石を可動子として構成することが好ましい。また、本発明におけるコイル体を構成するコイルは１又は２以上の整数であればよく、コイルの円周方向の間隔は多極磁極の間隔の当該整数分の一の間隔であれば回転型アクチュエータが構成できる。
【実施例４】
【００２３】
実施例４は実施例１〜３の回転型アクチュエータをデジタル一眼レフカメラのレンズ内に内装するＡＦ機構の駆動源として適用したものである。図９（ａ），（ｂ）はデジタルカメラのカメラボディ３と撮影レンズ４の外観斜視図、図９（ｃ）は撮影レンズ４のＡ矢視部分外観図である。カメラボディ３にはレリーズボタン３１、ＬＣＤ表示装置３２、モードダイヤル３３等が図示されている。また、カメラボディ３の前面にはレンズマウント３４が設けられており、前記撮影レンズ４が装着可能とされている。このレンズマウント３４には装着された撮影レンズ４のレンズ側ＡＦカプラー４５に連結されるボディ側ＡＦカプラー３５が設けられている。撮影レンズ４には、レンズ鏡筒の外周部に沿って筒軸方向に並んでマニュアル操作が可能なズーム操作リング４１とフォーカス操作リング４２が設けられ、それぞれ撮影レンズ４の焦点距離と合焦位置をマニュアル調整する際に利用される。また、撮影レンズ４の後端には前記カメラボディ３のレンズマウント３４に嵌合して撮影レンズ３をカメラボディ１に装着するためのバヨネット部４３が設けられている。このバヨネット部４３には、撮影レンズ２に内蔵されている絞り機構を動作させるための絞り駆動レバー４４や前記ボディ側ＡＦカプラー３５に連結可能なレンズ側ＡＦカプラー４５が配設されている。
【００２４】
このカメラにおいては、図示及び詳細な説明は省略するが、カメラボディ３内には被写体に対して合焦を行うためのボディ側ＡＦ機構が設けられており、このボディ側ＡＦ機構の駆動源としてＤＣモータが内蔵されている。そして、カメラボディ３のレンズマウント３４に撮影レンズ４のバヨネット部４３を装着した撮影時におけるＡＦ動作時に当該ＤＣモータがＡＦ制御を行うべく回転動作されると、この回転力によってボディ側ＡＦカプラー３５が軸転され、これに連結されているレンズ側ＡＦカプラー４５も軸転される。これにより、撮影レンズ４ではレンズ側ＡＦカプラー４５に連係されている図には表れないレンズ側ＡＦ機構が動作され、フォーカスレンズを動作してＡＦ制御を実行するものである。
【００２５】
図１０は前記撮影レンズ４のレンズ側ＡＦ機構の一部の斜視図であり、図１０（ａ）はレンズ後方から見た図、図１０（ｂ）は反対のレンズ前方から見た図である。レンズ側ＡＦ機構は、図９に示したフォーカス操作リング４２に連結されているフォーカスリング連動環４６を備えている。このフォーカスリング連動環４６はフォーカス操作リング４２が撮影者によって手操作されたときに回転されて、図には表れないフォーカスカム環を光軸回りに回転させ、これに係合されているフォーカスレンズを光軸方向に移動させて被写体の合焦を行うものである。このフォーカスリング連動環４６は内周面に内歯ギア４６１が一体に形成されており、この内歯ギア４６１はクイックフォーカスクラッチ４７に噛合され、さらにこのクイックフォーカスクラッチ４７を介して前記レンズ側ＡＦカプラー４５に連結されている。
【００２６】
また、前記フォーカスリング連動環４６には実施例１〜３のいずれかからなる回転型アクチュエータ４８が配設されている。ここでは、実施例１の回転型アクチュエータで構成しており、可動子としての多極磁石１と、固定子としてのコイル体２とで構成している。多極磁石１はフォーカスリング連動環４６に要求される回転角に対応した円弧角の円弧状に形成されており、その両端部がフォーカスリング連動環４６の円周２箇所において内径方向に突出した固定部４６２にそれぞれ円周方向に当接した状態で固着され、フォーカスリング連動環４６と一体に回転動作するようになっている。また、多極磁石１に緩く嵌合しているコイル体２は撮影レンズ４の図には表れないレンズ鏡筒の固定部に固定されている。したがって、この回転型アクチュエータ４８ではコイル体２に通流する電流を制御することにより多極磁石１がその円弧の範囲内で円周方向に移動されることになり、これに伴ってフォーカスリング連動環４６も一体的に円周方向に移動され、前記したように撮影レンズ４内のフォーカスレンズを駆動してＡＦ制御を行うことになる。
【００２７】
前記クイックフォーカスクラッチ４７は、特許文献２において一方向入出力回転伝達機構として開示されたクラッチとほぼ同じクラッチが用いられている。このクラッチ４７はレンズ鏡筒に固定されたベース板４９の一部でほぼ円筒容器状に形成されたハウジング４７１を備えており、このハウジング４７１内にクラッチ軸４７２が固定的に設けられ、このクラッチ軸４７２に円筒状をした出力筒４７３が軸装され、この出力筒４７３の内部に円筒容器状のリテーナ４７４が内装されている。さらに、このリテーナ４７４内に軸方向に直交する断面形状がほぼ花弁に近い柱体で構成されたカム体４７５が同軸に内装されている。前記出力筒４７３は、上端部の外周に出力ギアＧ１が一体に設けられており、前記ハウジング４７１の一部に設けられた切り欠きを通して前記フォーカスリング連動環４６の内歯ギア４６１に噛合されている。また、出力筒４７３の下端部は前記カム体４７５の外周を囲む位置まで延長されている。前記カム体４７５はボール４７６及びネジ４７７によってクラッチ軸４７２に対して回転可能な状態でクラッチ軸４７２からの脱落が防止されており、その外周面の複数箇所には出力筒４７３の内周面との間に周面コロ４７８ａが配設される。また、クラッチ軸４７２を貫通した円板状の押え板４７９とカム体４７５の上端面との間に端面コロ４７８ｂが配設される。さらに、カム体４７５の下端部にはカムギアＧ２が一体に設けられており、このカムギアＧ２は前記ベース板４９に軸転可能に支持されている前記レンズ側カプラー４５に一体に設けられたギアＧ３に噛合されている。
【００２８】
このクイックフォーカスクラッチ４７では、レンズ側ＡＦカプラー４５が軸転されたときにはギアＧ３とギアＧ２との噛合によってカム体４７５が回転される。カム体４７５が回転されると外周面の周面コロ４７８ａは出力筒４７３の内面との摩擦によってカム体４７５に対して回転方向と反対の周方向に相対移動される。このときリテーナ４７４は端面コロ４７８ｂによってカム体４７５に対しての回転が可能とされる。周面コロ４７８ａは周方向の移動によって出力筒４７３の内面とカム体４７５の周面との間の楔状空間内に進入され、この楔作用によってカム体４７５と出力筒４７３は回転方向に一体化される。これにより、カム体４７５の回転力は出力筒４７３に伝達され、出力筒４７３のギアＧ１と内歯ギア４６１との噛合によりフォーカスリング連動環４６１が回転されることになる。なお、カム体４７５はいずれの回転方向に回転されたときでも、すなわちレンズ側ＡＦカプラー４５がいずれの方向に軸転された場合でも当該回転力はフォーカスリング連動環４６に伝達されることになる。
【００２９】
一方、フォーカスリング連動環４６が回転され、このときカム体４７５が直前の回転方向と逆の方向に一旦回転されると、内歯ギア４６１とギアＧ１との噛合により出力筒４７３が回転され、この回転によって周面コロ４７８ａは楔状空間から離脱されて自由に転動する状態となる。そのため、周面コロ４７８ａによる楔作用が消失されて出力筒４７３はカム体４７５の周囲で空回りする状態となり、出力筒４７３の回転はカム体４７５に伝達されなくなる。したがって、ギアＧ１が回転しても内歯ギア４６１のみ、すなわち出力筒４７３のみが回転するのみであり、カム体４７５、すなわちギアＧ２が回転することはなくギアＧ３と一体のレンズ側ＡＦカプラー４５が回転することはない。これは出力筒４７３がいずれの方向に回転された場合でも同じである。
【００３０】
このＡＦ機構によれば、カメラボディ３においてＡＦ制御を実行すべくカメラボディ内のＤＣモータを駆動するとこのＤＣモータの回転力でボディ側ＡＦカプラー３５が軸転され、これに連結されているレンズ側ＡＦカプラー４５が一体に軸転される。レンズ側ＡＦカプラー４５の軸転により前述のようにクイックフォーカスクラッチ４７の作用によってフォーカスリング連動環４６が回転され、撮影レンズ４内のフォーカスレンズが光軸方向に移動されて合焦動作が行われる。このとき、フォーカスリング連動環４６と共に回転型アクチュエータ４８の可動子としての円弧状をした多極磁石１が回転されるが、固定子としてのコイル体２とは非接触であり、またコイル体２には通電が行われていないため多極磁石１との間に磁力が生じていないのでフォーカスリング連動環４６の回転に際しての負荷になることはなく、軽快な動作が可能になる。
【００３１】
一方、撮影レンズ４の回転型アクチュエータ４８を駆動してＡＦ制御を行う場合には、カメラボディ１側からのＡＦ制御信号が回転型アクチュエータ４８に入力され、固定子としてのコイル体２に通電が開始される。これにより、制御された電流により可動子としての多極磁石１が所要角度だけ回動する。この多極磁石１の回動によりこれと一体のフォーカスリング連動環４６が回動され、フォーカスレンズが光軸方向に移動されて合焦動作が行われる。このとき、クイックフォーカスクラッチ４７の回転力遮断作用によりレンズ側ＡＦカプラー４５が回動されることはなく、したがってボディ側ＡＦカプラー３５を介して回転力が停止状態にあるＤＣモータに伝えられることはなく、ＤＣモータにおける回転が回転型アクチュエータ４８の負荷になることもない。
【００３２】
なお、撮影レンズのフォーカス操作リング４２をマニュアルで操作したときには、これと一体のフォーカスリング連動環４６が回動されてフォーカスレンズを光軸方向に移動してマニュアルによる合焦が可能である。このときにもクイックフォーカスクラッチ４７の回転力遮断作用によりレンズ側ＡＦカプラー４５が回動されることはなくカメラボディ１のＤＣモータとは切り離された状態であり、マニュアルによるフォーカス調整が可能になる。このように、本発明の回転型アクチュエータを撮影レンズのＡＦ機構に採用することにより、小型でかつ軽量なＡＦ機構が構成でき、撮影レンズの小型化、軽量化が実現できる。
【００３３】
実施例４のＡＦ機構に適用する回転型アクチュエータとして、図１２（ａ），（ｂ）に後面側斜視図と前面側斜視図を示すように、１８０°の円弧状をした多極磁石１とコイル体２とで構成される回転型アクチュエータ４８Ａを、点対称位置に配置し、それぞれの多極磁石１をフォーカスリング連動環４６に一体化するように構成してもよい。このように２つの回転型アクチュエータ４８Ａを組み込むことにより、フォーカスリング連動環４６の高速動作、すなわちＡＦ制御の高速化が実現できる。
【００３４】
本発明においては、実施例４の回転型アクチュエータとして、多極磁石１を固定子としてレンズ鏡筒に固定し、コイル体２を可動子としてフォーカスリング連動環４６に連結した構成としてもよい。また、本発明の回転型アクチュエータは、実施例４に記載のカメラの撮影レンズのＡＦ機構に適用するのみではなく、種々の機器における回転駆動源として適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１の回転型アクチュエータの表面側と裏面側の外観斜視図である。
【図２】実施例１の組み立て前の状態を示す外観斜視図である。
【図３】実施例１の平面方向及び立面方向の模式的な断面図である。
【図４】コイル体の結線図と電流の通流タイミングを示す図である。
【図５】実施例２の表面側の外観斜視図である。
【図６】実施例２の平面方向の模式的な断面図である。
【図７】コイル体の結線図と電流の通流タイミングの変形例を示す図である。
【図８】実施例１〜３の変形例の平面方向の模式的な断面図である。
【図９】実施例４のカメラの各部の外観斜視図とＡ矢視図である。
【図１０】実施例４のＡＦ機構の外観斜視図である。
【図１１】クイックフォーカスクラッチの断面図である。
【図１２】実施例４のＡＦ機構の変形例の外観斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１Ａ，１Ｂ 固定子としての多極磁石（多極着磁磁石）
２，２Ｂ 可動子としてのコイル体
３ カメラボディ
４ 撮影レンズ
１１ 永久磁石
１２，１３ 磁石ホルダ
２１ コイル（ｕコイル，ｗコイル，ｖコイル）
２２ コイルホルダ
３５ ボディ側ＡＦカプラー
４５ レンズ側ＡＦカプラー
４６ フォーカスリング連動環
４７ クイックフォーカスクラッチ
４８，４８Ａ 回転型アクチュエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁石とコイル体とで構成され、磁力を利用して回転動作を行う回転型アクチュエータに関し、特にカメラ用レンズに内装してＡＦ機構の駆動源として用いて好適な回転型アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁力を利用して回転動作を行うアクチュエータとしてはＤＣモータが一般的であり、例えは一眼レフカメラの撮影レンズに内装して自動焦点（ＡＦ）制御を行う際のレンズ駆動のための駆動源として用いられている。例えば、特許文献１，２ではカメラボディ内と撮影レンズ内にそれぞれモータを内装し、これらのモータを適宜切り換え動作させることによって適切なＡＦ制御を行っているが、このモータとしてＤＣモータが用いられている。また、近年ではレンズ内に内装するＤＣモータに代えて小型、軽量に構成できる超音波モータを用いることも提案されている。この種の超音波モータとして、例えば特許文献３において本願出願人が提案しているものがある。
【特許文献１】特開２００６−２５９１１３号公報
【特許文献２】特開２００６−１４５７８３号公報
【特許文献３】特開２００７−１１６７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
撮影レンズでのＡＦ制御を行う際には、通常ではフォーカス調整用のフォーカスレンズを円筒状をしたフォーカスカム環に係合させ、このフォーカスカム環をレンズ光軸の回りに回転制御する構成がとられている。このフォーカスカム環を回転制御するための駆動源としてＤＣモータや超音波モータの回転力を利用しているが、ＤＣモータや小型のＤＣモータや小径の超音波モータではフォーカスカム環の回転動作に要求されるような高いトルクを得ることが難しく、そのためこれらモータに減速ギヤを連結し、高いトルクに変換してフォーカスカム環に伝達することが行われている。また、超音波モータでは駆動するための高電圧回路が必要であり、この高電圧回路を配設するためのスペースを確保することも要求される。そのため、減速ギア機構や高電圧回路がレンズ内に占めるスペースが無視できず、レンズの小型化、軽量化を進める上での障害になっている。
【０００４】
本発明の目的は、カメラの撮影レンズに内装してＡＦ機構の駆動源として用いることができるとともに撮影レンズの小型化、軽量化を実現することが可能な回転型アクチュエータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の回転型アクチュエータは、円周方向に複数のＳ極とＮ極からなる磁極が交互に配置された円環状又は円弧状の多極磁石と、この多極磁石の円周方向に相対移動可能に対峙されたコイルを備えるコイル体とを備えており、多極磁石の磁極は所定間隔で交互に着磁され、コイル体のコイルは円周方向の長さが当該所定間隔に対応する所定の長さに形成され、かつ所定の電流を所定の方向及びタイミングで通流制御されるように構成したことを特徴とする。好ましくは、コイルは円周方向に配列した複数のコイルで構成され、円周方向の間隔が多極磁石の磁極の所定間隔の整数分の一の寸法とする。
【０００６】
本発明の回転型アクチュエータは、特に、カメラの撮影レンズのフォーカス機構に適用され、コイル体と多極磁石の一方をレンズ鏡筒内に固定支持し、多極磁石とコイル体の他方をフォーカス設定時に回転動作されるフォーカスリング連動環に連結し、フォーカス制御用の電流をコイル体に通流するように構成する。この場合、カメラは前記撮影レンズに設けたレンズ側カプラーとカメラボディ側に設けたボディ側カプラーとが係合され、カメラボディ内に設けたモータの回転力を両カプラーを介してフォーカスリング連動環に伝達するように構成されており、フォーカスリング連動環はレンズ側カプラーからフォーカスリング連動環に向けての回転力のみを伝達する一方向クラッチを介してレンズ側カプラーに連結される構成とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コイル体に通電する電流を制御することにより、コイル体と多極磁石との間の磁力によって円周方向の回転力を発生して回転型アクチュエータが構成できる。これにより、減速ギア機構が不要になり、アクチュエータの小型化、軽量化が可能になる。また、超音波モータのような高電圧回路が不要になる。そのため、撮影レンズのＡＦ機構の駆動源に用いた場合にはＡＦ機構の小型化が可能になり、撮影レンズの小型化、軽量化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明における多極磁石の形態としては、円弧状をした複数の永久磁石を各磁石の同極が対向するように円周方向に配列して円環状又は円弧状とし、これらをホルダで一体保持する構成がある。あるいは、円環状又は円弧状をした等方性磁石にＳ極とＮ極を円周方向に沿って交互に着磁した構成とする。
【０００９】
また、コイル体の形態としては、円周方向に配列したｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの３つのコイル、又はその整数倍の数のコイルで構成され、これらｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの通電タイミングを制御するように構成される。この場合、ｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの円周方向の長さは等しく、これらのコイルは磁極の所定間隔のほぼ１／３の間隔で配置される。これらｕコイル、ｗコイル、ｖコイルはＹ字結線あるいはデルタ結線される。
【００１０】
本発明の回転型アクチュエータでは、多極磁石を固定子とし、コイル体を可動子として構成する。あるいは、多極磁石を可動子とし、コイル体を固定子として構成してもよい。
【実施例１】
【００１１】
次に、本発明の実施例１を図面を参照して説明する。図１（ａ），（ｂ）は実施例１の回転型アクチュエータの表面側と裏面側の各斜視図である。この回転型アクチュエータは、固定子としての断面が矩形をした円環状をした多極磁石１と、この多極磁石１に緩く嵌合して多極磁石１の長さ方向、すなわち円周方向に沿って移動可能な可動子としてのコイル体２とで構成されている。多極磁石１は円弧状をした複数の永久磁石１１を円周方向に配列して円環状に形成しているが、ここでは図２に示すように、２つの異なる円弧長をした非磁性体からなる円弧板状をした磁石ホルダ１２，１３の片面にそれぞれ永久磁石１１を接着し、その上で２つの磁石ホルダ１２，１３を円周方向に連結して円環状にした構成がとられている。このとき、図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ平面方向と立面方向の模式的な断面図を示すように、円周方向に隣接される永久磁石１１のＳ極とＮ極はそれぞれ同極を対向するように配置されており、これにより円周方向に所要の間隔をおいてＳ極とＮ極の各磁極が交互に配列した構成の多極磁石１として構成されることになる。この多極磁石１では、Ｎ極においては磁力線が半径方向及び回転軸と平行な方向に放射状に向けられ、Ｓ極においては磁力線が半径方向及び回転軸と平行な方向に求心状に向けられてそれぞれの磁界を構成することになる。なお、磁石ホルダ１２，１３に対して永久磁石を接着する構造として、ここでは磁石ホルダ１２，１３の板厚方向に穴１４を貫通開口し、この穴１４に接着剤１５を充填して接着を行っている。また、ここでは２つの磁石ホルダ１２，１３を円周方向に連結する際にも接着剤による連結構造がとられている。
【００１２】
前記可動子としてのコイル体２は図１に鎖線で示すようにほぼ円弧状をした角筒からなるコイルホルダ２２に複数のコイル２１が円周方向に配列支持された構成となっている。これらのコイル２２はそれぞれ前記多極磁石１１の円周一部の回りに半径方向に向けて矩形に近い形状に巻回されたものであり、前記したように２つの磁石ホルダ１２，１３を連結して円環状の多極磁石１を形成する際に磁石ホルダ１２の両端開口部から内挿して嵌合することによって組み立てている。前記複数のコイル２１は、ここでは便宜的にｕ１コイル、ｗ１コイル、ｖ１コイル、ｕ２コイル、ｗ２コイル、ｖ２コイルと称する６つの独立したコイルを円周方向に配列し、前記コイルホルダ２２に一体的に支持させている。なお、図面においては前記各ｕ，ｗ，ｖのコイルの符号としてｕ，ｗ，ｖの頭文字と１，２，３の数字を付している。ここで、図３（ｂ）に示すように、ｕ，ｗ，ｖの各コイルのそれぞれの周方向の配列ピッチ寸法をＬとしているが、このピッチ寸法Ｌは前記多極磁石１を構成する各永久磁石１１の円周方向の長さ３Ｌの１／３とされている。これは換言すれば多極磁石１に形成されているＳ極、Ｎ極の円周方向のピッ寸法３Ｌの１／３である。また、このことから当然にｕ，ｗ，ｖの各コイルの円周方向の長さは当該ピッチ寸法Ｌ以下の寸法となっている。
【００１３】
前記各コイル２１は図４（ａ）に示すように、ｕ１コイルとｕ２コイルを直列接続し、ｗ１コイルとｗ２コイルを直列接続し、ｖ１コイルとｖ２コイルを直列接続した上で、これらの各一端を合一的に接続してＹ結線した上で各他端を電極端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３として図には表れないコントローラを介して駆動電源に接続している。コントローラは図４（ｂ）に示すタイミングｔ１〜ｔ６を１周期として各コイル２１に正、または負の極性の電流を通流するようになっている。
【００１４】
この実施例１の回転型アクチュエータによれば、コイル体２が図３の位置にあるときに、端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に図４（ｂ）のタイミングｔ１の電流を流すと、ｕ１，ｕ２コイル及びｖ１，ｖ２コイルにのみ電流が流され、これらｕ，ｖの各コイルにおける通流方向と多極磁石１のＳ極とＮ極による磁界とでフレミングの左手の法則によりｕ，ｖの各コイルに右方向の駆動力が発生し、これらコイル、すなわちコイル体２が距離Ｌだけ円周右方向に移動する。次いで、タイミングｔ２の電流を流すと、ｗ１，ｗ２コイル及びｖ１，ｖ２コイルにのみ電流が流され、これらｗ，ｖの各コイルにおける通流方向と多極磁石１のＮ極による磁界とでフレミングの左手の法則によりｗ，ｖの各コイルに右方向の駆動力が発生し、コイル体２がさらに距離Ｌだけ円周右方向に移動する。次に、タイミングｔ３の電流を流すと、ｗ１，ｗ２コイル及びｕ１，ｕ２コイルにのみ電流が流され、これらｗ，ｕの各コイルにおける通流方向と多極磁石１のＮ極による磁界とでフレミングの左手の法則によりｗ，ｕの各コイルに右方向の駆動力が発生し、コイル体２がさらに距離Ｌだけ円周右方向に移動する。したがって、この半周期の通電制御によってコイル体２は距離３Ｌだけ円周右方向に移動することになる。以下、同様にしてタイミングｔ１からｔ６までの１周期でコイル体２は６Ｌだけ円周右方向に移動することになる。なお、通電制御を図４（ｂ）のタイミングｔ６からｔ１に向けて制御すれば１周期の電流制御でコイル体２を前記と反対に６Ｌだけ円周左方向に移動することになる。これにより、コイル体２を多極磁石１に沿って円周方向に往復移動制御でき、回転型アクチュエータが構成されることになる。
【００１５】
実施例１の回転型アクチュエータは、円環状をした多極磁石１と、この多極磁石１に緩く嵌合されたコイル体２とでのみ構成されるため、構成が極めて簡略化できるとともに、小型、軽量に構成できる。そして、コイル体２を構成している複数のコイル２１に対する電流を制御することによりコイル体２を多極磁石１に沿って回転動作させることができ、しかも通電する電流の切り換え数によって回転量が制御でき、またその切り換え速度によって回転速度を制御でき、さらに電流量によって回転力（回転トルク）を制御することができるので、機器に要求される回転条件に適合した回転型アクチュエータとして利用することが可能である。
【実施例２】
【００１６】
実施例２の回転型アクチュエーは、図５に外観斜視図を示すように、固定子としての多極磁石１Ａを円弧状をした等方性磁石材料で構成しており、この等方性磁石材料の円周方向に一定の間隔をおいてＳ極とＮ極を交互に着磁した多極着磁構造の磁石に形成している。また、多極磁石１Ａには実施例１と同様に複数のコイル２１をコイルホルダ２２によって一体化したコイル体２が緩く嵌合されている。図６は実施例２の模式的な断面図であり、前記多極着磁型の多極磁石１Ａでは、一つのＳ極、又はＮ極の各着磁領域では各磁極における磁力は大きいが、Ｓ極とＮ極の中間領域では磁力が小さくて磁極として実質的に機能しない構成となる。したがって、この多極磁石１Ａは複数のＳ極とＮ極が円周方向に所定のピッチ間隔をおいて交互に配列した実施例１の多極磁石１と実質的に同じ構成となる。この実施例２の多極磁石１Ａにおいても、実施例と同様に円弧長の異なる２つの当方性磁石材料にてそれぞれ多極磁石を形成し、これらを接着剤等によって円周方向に連結することで円環状をした多極磁石１Ａに構成でき、かつこれらを接着する際にコイル体２を嵌合させることによって回転型アクチュエータを組み立てることができる。
【００１７】
このように実施例２では、固定子としての多極磁石１Ａを円弧状をした等方性磁石材料１１Ａを用いてこれに円周方向に交互の磁極を構成するように着磁を行って形成しているので、実施例１のようにそれぞれ個別に着磁された複数の永久磁石を磁石ホルダによって機械的に連結する必要はなく、したがって磁石ホルダや接着構造が不要になり回転型アクチュエータを構成する部品点数を削減し、低コストに製造でき、しかも小型化・軽量化を図ることができる。また、このように構成した多極磁石１Ａは製造に際しては等方性磁石材料に対して任意のピッチ間隔で着磁を行うことで円周方向に配列したＳ極とＮ極の着磁領域を任意のピッチ間隔で、しかも任意の円周方向の長さ領域に形成することができるようになる。これにより、着磁領域やピッチ寸法を任意に設計することでコイル体２の１ピッチ動作長を任意に設計することが可能な回転型アクチュエータを得ることも可能になる。
【００１８】
実施例２の回転型アクチュエータにおいても、コイル体２を構成する複数のｕ，ｗ，ｖの各コイルに、図４に示したように実施例１と同様な結線を行い、各コイル２１に通流する電流を制御することによって実施例１と同様にコイル体２を多極磁石１Ａに沿って円周方向に往復移動制御でき、回転型アクチュエータを構成することができる。
【実施例３】
【００１９】
前記実施例１及び実施例２において、コイル体２を構成する６個のコイル２１については、図７（ａ）のようにｕ，ｗ，ｖの各コイルの各端をリング状に接続してデルタ結線した上で各端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を図には表れないコントローラを介して駆動電源に接続してもよい。この場合にも、図７（ｂ）に示したタイミングｔ１〜ｔ６を１周期として各コイルに正、又は負の極性の電流を通流すれば、実施例１と同様に１周期で６Ｌの距離だけコイル体２を円周右方向または反対の円周左方向に回転往復移動制御することが可能である。
【００２０】
また、回転型アクチュエータのコイル体２を構成するコイル２１の数は実施例１〜３の個数に限定されるものではない。例えば、ｕコイル、ｗコイル、ｖコイルが各１つずつの３つのコイルで構成してもよく、あるいは各３つずつの９つのコイル、さらにはそれ以上の３の倍数の個数のコイルで構成してもよい。この場合には、各コイルの円周方向のピッチ寸法は多極磁石に形成しているＳ極とＮ極の円周方向にピッチ寸法に対応させた寸法に設定すればよい。
【００２１】
実施例１〜３では、多極磁石は円環状に形成しているので可動子としてのコイル体２を全円周（３６０°）にわたって回転移動させることができる。すなわち無限回数にわたって回転動作させることが可能であるが、可動子の回転角が３６０°よりも小さい角度範囲内で回転駆動すればよい回転型アクチュエータとして構成する場合には、多極磁石は円弧状に形成すればよい。例えば、図８に実施例１の回転型アクチュエータの変形例を示すように、多極磁石１Ｂは円周の一部が存在しない円弧状に形成しており、コイル体２はこの多極磁石１Ｂの円周方向の範囲内でのみ往復移動することになる。この場合には、磁石ホルダは１つの円弧状をしたホルダとして構成できる。また、実施例２についても同様に円弧状の多極磁石として構成できる。この場合には円弧状をした等方性磁石材料を用いればよい。また、図８に併せて示すように、コイル体２Ｂでは複数のコイル２１がそれぞれ扇形となるようにコイルの巻回寸法を調整することにより、多極磁石の各磁極で形成される磁界に対する駆動力の発生効率を高めることが可能になる。
【００２２】
実施例１〜３では、多極磁石を固定子とし、コイル体を可動子としているが、コイル体を固定子として構成し、多極磁石をコイル体に対して円周方向に回転移動させる可動子として構成するようにしてもよい。特に、コイル体には電流を通流するための結線が必要であることから、可動子を全円周以上にわたって回転動作させる回転型アクチュエータを構成する場合には結線の必要がない多極磁石を可動子として構成することが好ましい。また、本発明におけるコイル体を構成するコイルは１又は２以上の整数であればよく、コイルの円周方向の間隔は多極磁極の間隔の当該整数分の一の間隔であれば回転型アクチュエータが構成できる。
【実施例４】
【００２３】
実施例４は実施例１〜３の回転型アクチュエータをデジタル一眼レフカメラのレンズ内に内装するＡＦ機構の駆動源として適用したものである。図９（ａ），（ｂ）はデジタルカメラのカメラボディ３と撮影レンズ４の外観斜視図、図９（ｃ）は撮影レンズ４のＡ矢視部分外観図である。カメラボディ３にはレリーズボタン３１、ＬＣＤ表示装置３２、モードダイヤル３３等が図示されている。また、カメラボディ３の前面にはレンズマウント３４が設けられており、前記撮影レンズ４が装着可能とされている。このレンズマウント３４には装着された撮影レンズ４のレンズ側ＡＦカプラー４５に連結されるボディ側ＡＦカプラー３５が設けられている。撮影レンズ４には、レンズ鏡筒の外周部に沿って筒軸方向に並んでマニュアル操作が可能なズーム操作リング４１とフォーカス操作リング４２が設けられ、それぞれ撮影レンズ４の焦点距離と合焦位置をマニュアル調整する際に利用される。また、撮影レンズ４の後端には前記カメラボディ３のレンズマウント３４に嵌合して撮影レンズ３をカメラボディ１に装着するためのバヨネット部４３が設けられている。このバヨネット部４３には、撮影レンズ２に内蔵されている絞り機構を動作させるための絞り駆動レバー４４や前記ボディ側ＡＦカプラー３５に連結可能なレンズ側ＡＦカプラー４５が配設されている。
【００２４】
このカメラにおいては、図示及び詳細な説明は省略するが、カメラボディ３内には被写体に対して合焦を行うためのボディ側ＡＦ機構が設けられており、このボディ側ＡＦ機構の駆動源としてＤＣモータが内蔵されている。そして、カメラボディ３のレンズマウント３４に撮影レンズ４のバヨネット部４３を装着した撮影時におけるＡＦ動作時に当該ＤＣモータがＡＦ制御を行うべく回転動作されると、この回転力によってボディ側ＡＦカプラー３５が軸転され、これに連結されているレンズ側ＡＦカプラー４５も軸転される。これにより、撮影レンズ４ではレンズ側ＡＦカプラー４５に連係されている図には表れないレンズ側ＡＦ機構が動作され、フォーカスレンズを動作してＡＦ制御を実行するものである。
【００２５】
図１０は前記撮影レンズ４のレンズ側ＡＦ機構の一部の斜視図であり、図１０（ａ）はレンズ後方から見た図、図１０（ｂ）は反対のレンズ前方から見た図である。レンズ側ＡＦ機構は、図９に示したフォーカス操作リング４２に連結されているフォーカスリング連動環４６を備えている。このフォーカスリング連動環４６はフォーカス操作リング４２が撮影者によって手操作されたときに回転されて、図には表れないフォーカスカム環を光軸回りに回転させ、これに係合されているフォーカスレンズを光軸方向に移動させて被写体の合焦を行うものである。このフォーカスリング連動環４６は内周面に内歯ギア４６１が一体に形成されており、この内歯ギア４６１はクイックフォーカスクラッチ４７に噛合され、さらにこのクイックフォーカスクラッチ４７を介して前記レンズ側ＡＦカプラー４５に連結されている。
【００２６】
また、前記フォーカスリング連動環４６には実施例１〜３のいずれかからなる回転型アクチュエータ４８が配設されている。ここでは、実施例１の回転型アクチュエータで構成しており、可動子としての多極磁石１と、固定子としてのコイル体２とで構成している。多極磁石１はフォーカスリング連動環４６に要求される回転角に対応した円弧角の円弧状に形成されており、その両端部がフォーカスリング連動環４６の円周２箇所において内径方向に突出した固定部４６２にそれぞれ円周方向に当接した状態で固着され、フォーカスリング連動環４６と一体に回転動作するようになっている。また、多極磁石１に緩く嵌合しているコイル体２は撮影レンズ４の図には表れないレンズ鏡筒の固定部に固定されている。したがって、この回転型アクチュエータ４８ではコイル体２に通流する電流を制御することにより多極磁石１がその円弧の範囲内で円周方向に移動されることになり、これに伴ってフォーカスリング連動環４６も一体的に円周方向に移動され、前記したように撮影レンズ４内のフォーカスレンズを駆動してＡＦ制御を行うことになる。
【００２７】
前記クイックフォーカスクラッチ４７は、特許文献２において一方向入出力回転伝達機構として開示されたクラッチとほぼ同じクラッチが用いられている。このクラッチ４７はレンズ鏡筒に固定されたベース板４９の一部でほぼ円筒容器状に形成されたハウジング４７１を備えており、このハウジング４７１内にクラッチ軸４７２が固定的に設けられ、このクラッチ軸４７２に円筒状をした出力筒４７３が軸装され、この出力筒４７３の内部に円筒容器状のリテーナ４７４が内装されている。さらに、このリテーナ４７４内に軸方向に直交する断面形状がほぼ花弁に近い柱体で構成されたカム体４７５が同軸に内装されている。前記出力筒４７３は、上端部の外周に出力ギアＧ１が一体に設けられており、前記ハウジング４７１の一部に設けられた切り欠きを通して前記フォーカスリング連動環４６の内歯ギア４６１に噛合されている。また、出力筒４７３の下端部は前記カム体４７５の外周を囲む位置まで延長されている。前記カム体４７５はボール４７６及びネジ４７７によってクラッチ軸４７２に対して回転可能な状態でクラッチ軸４７２からの脱落が防止されており、その外周面の複数箇所には出力筒４７３の内周面との間に周面コロ４７８ａが配設される。また、クラッチ軸４７２を貫通した円板状の押え板４７９とカム体４７５の上端面との間に端面コロ４７８ｂが配設される。さらに、カム体４７５の下端部にはカムギアＧ２が一体に設けられており、このカムギアＧ２は前記ベース板４９に軸転可能に支持されている前記レンズ側カプラー４５に一体に設けられたギアＧ３に噛合されている。
【００２８】
このクイックフォーカスクラッチ４７では、レンズ側ＡＦカプラー４５が軸転されたときにはギアＧ３とギアＧ２との噛合によってカム体４７５が回転される。カム体４７５が回転されると外周面の周面コロ４７８ａは出力筒４７３の内面との摩擦によってカム体４７５に対して回転方向と反対の周方向に相対移動される。このときリテーナ４７４は端面コロ４７８ｂによってカム体４７５に対しての回転が可能とされる。周面コロ４７８ａは周方向の移動によって出力筒４７３の内面とカム体４７５の周面との間の楔状空間内に進入され、この楔作用によってカム体４７５と出力筒４７３は回転方向に一体化される。これにより、カム体４７５の回転力は出力筒４７３に伝達され、出力筒４７３のギアＧ１と内歯ギア４６１との噛合によりフォーカスリング連動環４６１が回転されることになる。なお、カム体４７５はいずれの回転方向に回転されたときでも、すなわちレンズ側ＡＦカプラー４５がいずれの方向に軸転された場合でも当該回転力はフォーカスリング連動環４６に伝達されることになる。
【００２９】
一方、フォーカスリング連動環４６が回転され、このときカム体４７５が直前の回転方向と逆の方向に一旦回転されると、内歯ギア４６１とギアＧ１との噛合により出力筒４７３が回転され、この回転によって周面コロ４７８ａは楔状空間から離脱されて自由に転動する状態となる。そのため、周面コロ４７８ａによる楔作用が消失されて出力筒４７３はカム体４７５の周囲で空回りする状態となり、出力筒４７３の回転はカム体４７５に伝達されなくなる。したがって、ギアＧ１が回転しても内歯ギア４６１のみ、すなわち出力筒４７３のみが回転するのみであり、カム体４７５、すなわちギアＧ２が回転することはなくギアＧ３と一体のレンズ側ＡＦカプラー４５が回転することはない。これは出力筒４７３がいずれの方向に回転された場合でも同じである。
【００３０】
このＡＦ機構によれば、カメラボディ３においてＡＦ制御を実行すべくカメラボディ内のＤＣモータを駆動するとこのＤＣモータの回転力でボディ側ＡＦカプラー３５が軸転され、これに連結されているレンズ側ＡＦカプラー４５が一体に軸転される。レンズ側ＡＦカプラー４５の軸転により前述のようにクイックフォーカスクラッチ４７の作用によってフォーカスリング連動環４６が回転され、撮影レンズ４内のフォーカスレンズが光軸方向に移動されて合焦動作が行われる。このとき、フォーカスリング連動環４６と共に回転型アクチュエータ４８の可動子としての円弧状をした多極磁石１が回転されるが、固定子としてのコイル体２とは非接触であり、またコイル体２には通電が行われていないため多極磁石１との間に磁力が生じていないのでフォーカスリング連動環４６の回転に際しての負荷になることはなく、軽快な動作が可能になる。
【００３１】
一方、撮影レンズ４の回転型アクチュエータ４８を駆動してＡＦ制御を行う場合には、カメラボディ１側からのＡＦ制御信号が回転型アクチュエータ４８に入力され、固定子としてのコイル体２に通電が開始される。これにより、制御された電流により可動子としての多極磁石１が所要角度だけ回動する。この多極磁石１の回動によりこれと一体のフォーカスリング連動環４６が回動され、フォーカスレンズが光軸方向に移動されて合焦動作が行われる。このとき、クイックフォーカスクラッチ４７の回転力遮断作用によりレンズ側ＡＦカプラー４５が回動されることはなく、したがってボディ側ＡＦカプラー３５を介して回転力が停止状態にあるＤＣモータに伝えられることはなく、ＤＣモータにおける回転が回転型アクチュエータ４８の負荷になることもない。
【００３２】
なお、撮影レンズのフォーカス操作リング４２をマニュアルで操作したときには、これと一体のフォーカスリング連動環４６が回動されてフォーカスレンズを光軸方向に移動してマニュアルによる合焦が可能である。このときにもクイックフォーカスクラッチ４７の回転力遮断作用によりレンズ側ＡＦカプラー４５が回動されることはなくカメラボディ１のＤＣモータとは切り離された状態であり、マニュアルによるフォーカス調整が可能になる。このように、本発明の回転型アクチュエータを撮影レンズのＡＦ機構に採用することにより、小型でかつ軽量なＡＦ機構が構成でき、撮影レンズの小型化、軽量化が実現できる。
【００３３】
実施例４のＡＦ機構に適用する回転型アクチュエータとして、図１２（ａ），（ｂ）に後面側斜視図と前面側斜視図を示すように、１８０°の円弧状をした多極磁石１とコイル体２とで構成される回転型アクチュエータ４８Ａを、点対称位置に配置し、それぞれの多極磁石１をフォーカスリング連動環４６に一体化するように構成してもよい。このように２つの回転型アクチュエータ４８Ａを組み込むことにより、フォーカスリング連動環４６の高速動作、すなわちＡＦ制御の高速化が実現できる。
【００３４】
本発明においては、実施例４の回転型アクチュエータとして、多極磁石１を固定子としてレンズ鏡筒に固定し、コイル体２を可動子としてフォーカスリング連動環４６に連結した構成としてもよい。また、本発明の回転型アクチュエータは、実施例４に記載のカメラの撮影レンズのＡＦ機構に適用するのみではなく、種々の機器における回転駆動源として適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１の回転型アクチュエータの表面側と裏面側の外観斜視図である。
【図２】実施例１の組み立て前の状態を示す外観斜視図である。
【図３】実施例１の平面方向及び立面方向の模式的な断面図である。
【図４】コイル体の結線図と電流の通流タイミングを示す図である。
【図５】実施例２の表面側の外観斜視図である。
【図６】実施例２の平面方向の模式的な断面図である。
【図７】コイル体の結線図と電流の通流タイミングの変形例を示す図である。
【図８】実施例１〜３の変形例の平面方向の模式的な断面図である。
【図９】実施例４のカメラの各部の外観斜視図とＡ矢視図である。
【図１０】実施例４のＡＦ機構の外観斜視図である。
【図１１】クイックフォーカスクラッチの断面図である。
【図１２】実施例４のＡＦ機構の変形例の外観斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１Ａ，１Ｂ 固定子としての多極磁石（多極着磁磁石）
２，２Ｂ 可動子としてのコイル体
３ カメラボディ
４ 撮影レンズ
１１ 永久磁石
１２，１３ 磁石ホルダ
２１ コイル（ｕコイル，ｗコイル，ｖコイル）
２２ コイルホルダ
３５ ボディ側ＡＦカプラー
４５ レンズ側ＡＦカプラー
４６ フォーカスリング連動環
４７ クイックフォーカスクラッチ
４８，４８Ａ 回転型アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に複数のＳ極とＮ極からなる磁極が交互に配置された円環状又は円弧状の多極磁石と、この多極磁石の円周方向に相対移動可能に対峙されたコイルを備えるコイル体とを備え、前記多極磁石は前記磁極が所定間隔で配置され、前記コイル体を構成するコイルは円周方向の長さが前記所定間隔に対応する所定寸法に形成され、かつ所定の電流が所定の方向及びタイミングで通流制御されるように構成したことを特徴とする回転型アクチュエータ。
【請求項２】
前記コイルは円周方向に沿って複数個設けられ、これらコイルの円周方向の間隔が前記多極磁石の磁極の所定間隔の整数分の一の寸法であることを特徴とする請求項１に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項３】
前記多極磁石は円弧状をした複数の永久磁石を各磁石の同極が対向するように円周方向に配列して円環状又は円弧状とし、これらをホルダで一体保持していることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項４】
前記多極磁石は円環状又は円弧状をした等方性磁石にＳ極とＮ極を円周方向に沿って交互に着磁したことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項５】
前記コイル体は円周方向に配列したｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの３つのコイル、又はその整数倍の数のコイルで構成され、これらｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの通電タイミングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の回転型アクチュエータ。
【請求項６】
前記ｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの円周方向の長さは等しく、これらのコイルは前記磁極の所定間隔のほぼ１／３の間隔寸法で配列されていることを特徴とする請求項５に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項７】
前記コイル体のｕコイル、ｗコイル、ｖコイルはＹ字結線あるいはデルタ結線されていることを特徴とする請求項６に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項８】
前記多極磁石を固定子とし、前記コイル体を可動子として構成したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転型アクチュエータ。
【請求項９】
前記多極磁石を可動子とし、前記コイル体を固定子として構成したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転型アクチュエータ。
【請求項１０】
カメラの撮影レンズのフォーカス機構に適用され、前記コイル体と多極磁石の一方をレンズ鏡筒内に固定支持し、前記多極磁石とコイル体の他方をフォーカス設定時に回転動作されるフォーカスリング連動環に連結し、フォーカス制御用の電流を前記コイル体に通流するように構成していることを特徴とする請求項８又は９に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項１１】
前記カメラは前記撮影レンズに設けたレンズ側カプラーとカメラボディ側に設けたボディ側カプラーとが係合され、カメラボディ内に設けたモータの回転力を前記両カプラーを介して前記フォーカスリング連動環に伝達するように構成されており、前記フォーカスリング連動環はレンズ側カプラーからフォーカスリング連動環に向けての回転力のみを伝達する一方向クラッチを介してレンズ側カプラーに連結されていることを特徴とする請求項１０に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項１】
円周方向に複数のＳ極とＮ極からなる磁極が交互に配置された円環状又は円弧状の多極磁石と、この多極磁石の円周方向に相対移動可能に対峙されたコイルを備えるコイル体とを備え、前記多極磁石は前記磁極が所定間隔で配置され、前記コイル体を構成するコイルは円周方向の長さが前記所定間隔に対応する所定寸法に形成され、かつ所定の電流が所定の方向及びタイミングで通流制御されるように構成したことを特徴とする回転型アクチュエータ。
【請求項２】
前記コイルは円周方向に沿って複数個設けられ、これらコイルの円周方向の間隔が前記多極磁石の磁極の所定間隔の整数分の一の寸法であることを特徴とする請求項１に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項３】
前記多極磁石は円弧状をした複数の永久磁石を各磁石の同極が対向するように円周方向に配列して円環状又は円弧状とし、これらをホルダで一体保持していることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項４】
前記多極磁石は円環状又は円弧状をした等方性磁石にＳ極とＮ極を円周方向に沿って交互に着磁したことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項５】
前記コイル体は円周方向に配列したｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの３つのコイル、又はその整数倍の数のコイルで構成され、これらｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの通電タイミングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の回転型アクチュエータ。
【請求項６】
前記ｕコイル、ｗコイル、ｖコイルの円周方向の長さは等しく、これらのコイルは前記磁極の所定間隔のほぼ１／３の間隔寸法で配列されていることを特徴とする請求項５に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項７】
前記コイル体のｕコイル、ｗコイル、ｖコイルはＹ字結線あるいはデルタ結線されていることを特徴とする請求項６に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項８】
前記多極磁石を固定子とし、前記コイル体を可動子として構成したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転型アクチュエータ。
【請求項９】
前記多極磁石を可動子とし、前記コイル体を固定子として構成したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転型アクチュエータ。
【請求項１０】
カメラの撮影レンズのフォーカス機構に適用され、前記コイル体と多極磁石の一方をレンズ鏡筒内に固定支持し、前記多極磁石とコイル体の他方をフォーカス設定時に回転動作されるフォーカスリング連動環に連結し、フォーカス制御用の電流を前記コイル体に通流するように構成していることを特徴とする請求項８又は９に記載の回転型アクチュエータ。
【請求項１１】
前記カメラは前記撮影レンズに設けたレンズ側カプラーとカメラボディ側に設けたボディ側カプラーとが係合され、カメラボディ内に設けたモータの回転力を前記両カプラーを介して前記フォーカスリング連動環に伝達するように構成されており、前記フォーカスリング連動環はレンズ側カプラーからフォーカスリング連動環に向けての回転力のみを伝達する一方向クラッチを介してレンズ側カプラーに連結されていることを特徴とする請求項１０に記載の回転型アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１１５７２（Ｐ２０１０−１１５７２Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６５４９９（Ｐ２００８−１６５４９９）
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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