電磁駆動装置
【課題】駆動用磁石や駆動用コイルを小型化しても動作の直線性がよくかつ強力な駆動力を有する電磁駆動装置を提供する。
【解決手段】可動部材であるレンズホルダー１２と、レンズホルダー１２を当該レンズホルダー１２の軸線方向に移動可能に支持する固定部材であるケース１３と、レンズホルダー１２の軸線周りに巻き回された駆動用コイル１５と、前記軸線に対して放射方向に着磁された駆動用磁石１６とを備えるとともに、駆動用磁石１６をレンズホルダー１２の軸線周りに配置し、駆動用コイル１５を駆動用磁石１６の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方の側または両方の側に、駆動用磁石１６と同軸に、かつ、駆動用磁石１６の磁極面とは異なる面と空隙を隔てて対向して配置した。
【解決手段】可動部材であるレンズホルダー１２と、レンズホルダー１２を当該レンズホルダー１２の軸線方向に移動可能に支持する固定部材であるケース１３と、レンズホルダー１２の軸線周りに巻き回された駆動用コイル１５と、前記軸線に対して放射方向に着磁された駆動用磁石１６とを備えるとともに、駆動用磁石１６をレンズホルダー１２の軸線周りに配置し、駆動用コイル１５を駆動用磁石１６の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方の側または両方の側に、駆動用磁石１６と同軸に、かつ、駆動用磁石１６の磁極面とは異なる面と空隙を隔てて対向して配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、オートフォーカス用レンズ駆動装置やリニアアクチュエータ等に用いられる電磁駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等に搭載されるカメラは、イメージセンサーの画素数が増大されて撮影画像の高品質化が進んでいる。しかし、従来の固定焦点のカメラモジュールでは焦点ボケが生じて高画素数イメージセンサーの分解能に対応することができないため、可動焦点のカメラモジュールが採用されるようになってきている。この可動焦点のカメラモジュールにおけるレンズの駆動方式としては、図１８に示すような、電磁駆動方式のレンズ駆動装置５０が多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
レンズ駆動装置５０は軟鉄等の磁性体から成るヨーク５１と、ヨーク５１の内壁側に取付けられる駆動用磁石５２と、中央位置にレンズ５３を保持するレンズホルダー５４と、レンズホルダー５４に装着される駆動用コイル５５と、内周側にヨーク５１が装着されるケース５６と、レンズホルダー５４とケース５６とを連結する前側及び後側の板バネ５７Ａ，５７Ｂとを備えている。
【０００３】
駆動用磁石５２としては、レンズホルダー５４の軸線に対して放射方向に着磁された円筒状の磁石、あるいは、複数の円弧上の磁石をヨーク５１の内壁側に環状に配置したものが用いられる。
ヨーク５１は、ケース５６の内周側に配置されるアウター部５１ａと、駆動用コイル５５の内周側に挿入されるインナー部５１ｂと、アウター５１ａとインナー部５１ｂとを連結する連結部５１ｃとを備える。
駆動用コイル５５は、ヨーク５１のインナー部５１ｂと駆動用磁石５２との間に、それぞれ、空隙を隔てて配置される。駆動用コイル５５には、駆動用磁石５２とヨーク５１のインナー部５１ｂとにより放射状の磁界が印加されるので、駆動用コイル５５に通電すると、駆動用コイル５５には被写体方向へ向けたローレンツ力が発生して、レンズホルダー５４を前側及び後側の板バネ５７Ａ，５７Ｂの復元力と釣り合った位置に移動させることができる。したがって、駆動用コイル５５に通電する電流値を制御することにより、レンズホルダー５４の移動量を調整して、レンズ５３の位置を所定の位置に移動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８００３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、携帯電話の小型化や薄型化、多機能化に伴う電子回路部品の占める容積の増大等により、カメラモジュールの占有可能な空間は減少の一途を辿っている。このため、レンズ駆動装置に対しても一層の小型化が求められるが、レンズ５３に対しては撮影画像の高画素化に伴う高解像度化が要求されている。そのため、レンズ径やレンズ厚の小型化よりも、レンズ性能の向上が優先されている。こうした背景から、レンズ駆動装置においては、レンズ寸法を維持したまま寸法、特に、幅方向の外形寸法ＯＤ（図１８参照）を縮小することが必要とされている。
従来のレンズ駆動装置５０において外形寸法ＯＤを縮小して小型化を実現するためには、レンズ５３と外形寸法ＯＤとの間の空間に配置される構成部品の寸法を縮小する必要がある。そこで、例えば、図１９に示すように、駆動用磁石５２の寸法を外形寸法ＯＤの縮小に合わせてカットして、外縁が矩形を成すヨーク５１のアウター部５１ａの四隅に配置した構成とするか、もしくは、ヨーク５１のインナー部５１ｂを削除して空間を確保する方法などが考えられる。
【０００６】
しかしながら、駆動用磁石５２をヨーク５１のアウター部５１ａの四隅に配置する構成とした場合には、駆動用磁石５２の体積が減少して発生磁力が弱まるとともに、駆動用コイル５５との対向面積が減少し駆動用コイル５５の利用率が下がるため、駆動力が低下してしまうといった問題点があった。
また、ヨーク５１のインナー部５１ｂを削除した構成とした場合には、駆動用磁石５２からの磁束を駆動用コイル５５と交差する方向に有効に導くことが困難となり、駆動用コイル５５に十分な量の磁束を印加できなくなるため駆動力が低下してしまうという問題点がある。更に、磁石の小型化に伴って磁界の均一性が損なわれてしまい、その結果、駆動感度の直線性が悪くなるといった問題が生じてしまう。
【０００７】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、駆動用磁石や駆動用コイルを小型化しても動作の直線性がよくかつ強力な駆動力を有する電磁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】
【０００８】
本願の請求項１に記載の発明は、柱状もしくは筒状の可動部材と、前記可動部材を当該可動部材の軸線方向に移動可能に懸架支持する固定部材と、前記可動部材の軸線周りに巻き回された駆動用コイルと、前記軸線に対して放射方向に着磁された駆動用磁石とを備えた電磁駆動装置であって、前記駆動用磁石は前記可動部材の軸線周りに配置され、前記駆動用コイルは、前記駆動用磁石の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方の側または両方の側に、前記駆動用磁石と同軸に、かつ、前記駆動用磁石の磁極面とは異なる面と空隙を隔てて対向して配置されていることを特徴とする。
ここで、前記可動部材の軸線方向を、図１の矢印で示す＋Ｚ方向とすると、駆動用コイルは、駆動用磁石の＋Ｚ側及び−Ｚ側のいずれか一方の側または両方の側に配置される。
このように、駆動用磁石と駆動用コイルとを可動部材の軸線方向に沿って配置する構成とすることで、電磁駆動装置の駆動部を小型化しても駆動用磁石の径方向の厚さを確保できるようにしたので、駆動用コイルに均一でかつ強力な磁界を印加することができる。したがって、動作の直線性に優れるとともに強力な駆動力を有する電磁駆動装置を得ることができる。また、巻線の断面形状を径方向に幅広にすることもできるので、駆動電流を少なくできるという利点もある。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁駆動装置であって、前記駆動用磁石の内周側磁極面から前記可動部材の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方または両方に延長されて前記駆動用コイルの内周側と空隙を隔てて対向して配置される内側磁気ヨークと、前記駆動用磁石の外周側磁極面から前記可動部材の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方の側または両方の側に延長されて前記駆動用コイルの外周側と空隙を隔てて対向して配置される外側磁気ヨークのいずれか一方または両方を備えたことを特徴とする。
このように、駆動用磁石の磁極面と軸線方向に垂直な面とにそれぞれ当接する断面がＬ字型もしくはコの字型の磁気ヨークを設けたので、駆動用磁石からの磁界を駆動用コイルに効果的に導くことができる。したがって、電磁駆動装置の駆動力と動作の直線性とを更に向上させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電磁駆動装置であって、前記可動部材がバネ部材により前記固定部材に対して移動可能に支持されていることを特徴とする。
これにより、簡単な構成で可動部材を可動部材の軸線方向に移動可能に支持することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電磁駆動装置であって、前記可動部材が、軟磁性体より成るリング部材と、補助磁石と、前記可動部材を軸線方向に案内する案内部材とを備えた支持手段より前記固定部材に対して移動可能に支持され、前記リング部材と前記補助磁石のいずれか一方が前記固定部材に取付けられ、他方が前記可動部材に取付けられていることを特徴とする。
これにより、可動部材を可動部材の軸線方向に確実に移動可能に支持することができるので、可動部材を安定して移動させることができる。また、補助磁石の形状や磁化の強さやリング部材の形状等を変更するだけで、可動部材の初期位置を容易に変更できるという利点も有する。
【００１１】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレンズ駆動装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】実施の形態１に係るレンズ駆動装置の駆動部の要部斜視図と要部断面斜視図である。
【図３】実施の形態１に係るレンズ駆動装置の分解斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置における駆動用コイル、駆動用磁石、及び、磁気ヨークの配置と寸法記号とを示す図である。
【図５】実施の形態１に係るレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置における駆動部近傍の磁界の分布を示す断面図である。
【図６】実施の形態１に係るレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置におけるＺ軸方向の磁束密度分布を示す図である。
【図７】実施の形態１のレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置の駆動感度を比較した図である。
【図８】本実施の形態１のレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置の変位特性を比較した図である。
【図９】本発明によるレンズ駆動装置の他の例を示す図である。
【図１０】本発明によるレンズ駆動装置の駆動部の他の構成を示す図である。
【図１１】外形寸法ＯＤを縮小したレンズ駆動装置を示す図である。
【図１２】外形寸法ＯＤを縮小した本発明のレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置とを比較した図である。
【図１３】外形寸法ＯＤを更に縮小したレンズ駆動装置の構成を示す図である。
【図１４】本実施の形態２に係るレンズ駆動装置の構成を示す図である。
【図１５】本実施の形態２に係るレンズ駆動装置の分解斜視図である。
【図１６】本実施の形態３に係るリニアアクチュエータの構成を示す図である。
【図１７】本発明によるリニアアクチュエータの他の例を示す図である。
【図１８】従来の電磁駆動方式のレンズ駆動装置の構成を示す図である。
【図１９】外形寸法ＯＤを縮小した従来のレンズ駆動装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る電磁駆動装置としてのレンズ駆動装置１０の構成を示す図、図２（ａ），（ｂ）は駆動部１０Ｋの要部斜視図と要部断面斜視図、図３は分解斜視図である。各図において、１２は可動部材としてのレンズホルダー、１３は固定部材としてのケース、１４Ａ，１４Ｂはレンズホルダー１２をケース１３に懸架支持するためのバネ部材、１５は駆動用コイル、１６は駆動用磁石、１７Ａは内側磁気ヨーク、１７Ｂは外側磁気ヨークである。駆動用コイル１５と駆動用磁石１６と内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとにより、レンズ駆動装置１０の駆動部１０Ｋを構成する。
レンズホルダー１２は、内側に対物レンズや接眼レンズの組み合わせから成るレンズ１１を保持する筒状のホルダー本体１２ａを有する部材で、ホルダー本体１２ａの軸線方向は、レンズ１１を搭載したときのレンズ１１の光軸の方向と一致する。以下、ホルダー本体１２ａの軸線方向をＺ軸方向、図１の矢印で示す、レンズ１１を搭載したときの被写体方向をＺ軸前方という。
レンズホルダー１２のホルダー本体１２ａのＺ軸後方には、ホルダー本体１２ａの外側に突出する中空円盤状のフランジ部１２ｂが設けられている。また、フランジ部１２ｂの外縁部には、フランジ部１２ｂからＺ軸前方に突出するコイル支持部１２ｃが設けられている。
【００１５】
ケース１３は、図３にも示すように、中心に円形の開口部１３ｈが形成された正方形板状の台座１３ａと、台座１３ａの４隅に上側に突出するように設けられた４個の駆動部支持柱１３ｂと、開口部１３ｈの内縁側にレンズホルダー１２に向かって突出するように設けられてレンズホルダー１２の後端に当接する係止部１３ｃとを備える。駆動部支持柱１３ｂは開口部１３ｈ側には、外側磁気ヨーク１７Ｂ外周側を取付けるための取付用段差部１３ｋが形成されている。
バネ部材１４Ａ，１４Ｂは、図３に示すように、それぞれ、円環状の外輪１４ａと、円環状の内輪１４ｂと、外輪１４ａと内輪１４ｂとを連結する略円弧状の４本の腕部１４ｃとを備える。以下、Ｚ軸前方に配置されるバネ部材１４Ａを前側バネ部材、Ｚ軸後方に配置されるバネ部材１４Ｂを後側バネ部材という。前側バネ部材１４Ａの外輪１４ａはケース１３の駆動部支持柱１３ｂの上端側に固定され、内輪１４ｂはレンズホルダー１２のＺ軸前方の外縁部に固定される。一方、後側バネ部材１４Ｂの外輪１４ａはケース１３の台座１３ａの開口部１３ｈと駆動部支持柱１３ｂとの間に固定され、内輪１４ｂはレンズホルダー１２のＺ軸後方の外縁部に固定される。４本の腕部１４ｃがレンズホルダー１２をケース１３にＺ軸方向に可動自在に懸架支持するバネとして機能する。
本例では、ケース１３にレンズホルダー１２の後端に当接する係止部１３ｃを設けてバネ部材１４Ａ，１４Ｂにオフセットを加えることで、レンズホルダー１２を常にＺ軸後方に付勢するようにしている。
【００１６】
駆動部１０Ｋは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、Ｚ軸周りに巻き回されて環状を成す駆動用コイル１５と、駆動用コイル１５のＺ軸前方に、駆動用コイル１５と空隙を隔てて同軸にかつ環状に配置される駆動用磁石１６と、駆動用磁石の内周面側と外周面側とにそれぞれ配置される内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとを備える。
駆動用コイル１５は、レンズホルダー１２のコイル支持部１２ｃに装着される。
駆動用磁石１６は、図２（ｂ）の太い矢印で示すように、レンズホルダー１２のホルダー本体１２ａの軸線に対して放射方向、すなわち、Ｚ軸を含む平面内においてＺ軸と直交する方向に着磁されている。
駆動用磁石１６の磁極面は、例えば、内周面側をＮ極とすると外周面側がＳ極となるので、本例の駆動用コイル１５は、駆動用磁石１６のレンズホルダー１２の軸線方向の前方に駆動用磁石１６と同軸で、かつ、駆動用磁石１６の磁極面とは異なる面と空隙を隔てて対向していることになる。なお、駆動用磁石１６としては、環状の磁石であってもよいし、弧状の磁石を環状に連ねて配置したものであってもよい。
内側磁気ヨーク１７Ａは軟鉄等の軟磁性材料から成り、駆動用磁石１６の内周側磁極面に当接して配置される環状部１７１と環状部１７１のＺ軸後方からＺ軸に直交する方向に駆動用コイル１５の巻線部の内周側と空隙を隔てて対向するように突出するフランジ部１７２とを備える。
外側磁気ヨーク１７Ｂは、駆動用磁石１６の外周側磁極面に当接して配置される環状部１７３と環状部１７３のＺ軸後方からＺ軸に直交する方向に駆動用コイル１５の巻線部の外周側と空隙を隔てて対向するように突出するフランジ部１７４とを備える。外側磁気ヨーク１７Ｂも軟鉄等の軟磁性材料から構成される。
【００１７】
駆動部１０Ｋでは、駆動用コイル１５が内側磁気ヨーク１７Ａのフランジ部１７２の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４の内周面との間に配置されている。駆動用磁石１６の内周側の面であるＮ極からの磁力線は主に内側磁気ヨーク１７Ａの環状部１７１からフランジ部１７２を通って外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４に導かれ、外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４を通って駆動用磁石１６の外周側の面であるＳ極に達するので、駆動用コイル１５には、駆動用磁石１６の磁化方向とは反対方向を向く磁束が交差する。したがって、駆動用コイル１５に通電すると、駆動用コイル１５にはＺ軸前方またはＺ軸後方を向いたローレンツ力が発生する。
内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとがない場合でも、駆動用コイル１５には駆動用磁石１６の磁化方向とはほぼ反対方向を向く磁束が交差するが、本例では、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとが設けられているので、駆動用コイル１５の配置されている内側磁気ヨーク１７Ａのフランジ部１７２の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４の内周面との間の磁束密度を高くかつ均一にすることができる。その結果、駆動用コイル１５には、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとがない場合に比較して、強力でかつ均一なローレンツ力が発生するので、強力でかつ直線性に優れた駆動力を得ることができる。したがって、本例のレンズ駆動装置１０では、レンズホルダー１２を前側及び後側のバネ部材１４Ａ，１４Ｂの復元力と釣り合う位置に効率よくかつ高精度に移動させることができる。
【００１８】
次に、図１に示したレンズ駆動装置１０の性能について、図１８に示した従来のレンズ駆動装置５０と比較しながら説明する。
図４（ａ）は、レンズ駆動装置１０の駆動部１０Ｋを構成する駆動用コイル１５、駆動用磁石１６、内側磁気ヨーク１７Ａ、及び、外側磁気ヨーク１７Ｂの配置と寸法記号とを示す図で、図４（ｂ）は、従来のレンズ駆動装置５０の駆動部５０Ｋを構成する駆動用コイル５５、駆動用磁石５２、及び、ヨーク５１の配置と寸法記号とを示す図である。寸法記号に対応する具体的な寸法数値を以下の表１に示す。
【表１】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、従来のレンズ駆動装置５０では、駆動用磁石５２の内周側に、駆動用コイル５５とヨーク５１のインナー部５１ｂとがそれぞれ空隙を隔てて配設されているのに対し、本実施の形態１のレンズ駆動装置１０では、駆動用コイル１５が駆動用磁石１６のＺ軸後方に配設されている。したがって、レンズ駆動装置１０では、駆動用磁石１６を径方向に拡大できるので、駆動用磁石１６を径方向に厚い形状、すなわち、外径と内径との差の大きな形状にすることができる。
【００１９】
図５（ａ）は、レンズ駆動装置１０における駆動部１０Ｋ近傍の磁界の分布を示す断面図で、図５（ｂ）は、従来のレンズ駆動装置５０における駆動部５０Ｋ近傍の磁界の分布を示す断面図である。
従来のレンズ駆動装置５０では、駆動用コイル５５に交差する磁力線が移動範囲前方において放射方向から傾いているのに対し、レンズ駆動装置１０では、駆動用コイル１５に交差する磁力線がほぼ直線的に放射方向に向けて効率的に印加されていることが分かる。
駆動用コイル１５及び駆動用コイル５５に通電すると、駆動用コイル１５及び駆動用コイル５５にはローレンツ力が発生するので、駆動用コイル１５及び駆動用コイル５５は、それぞれ、図５（ａ），（ｂ）に示すＺ軸の矢印方向（Ｚ軸前方）に移動する。
レンズ駆動装置１０では、通電前は、駆動用コイル１５のＺ軸後側の端部（以下、下端という）の巻線平均径上の点ＰのＺ軸方向の位置が、内側磁気ヨーク１７Ａ及び外側磁気ヨーク１７Ｂの下端のＺ軸方向の位置と同じ位置にあり、通電によって、駆動用コイル１５のＺ軸前方側の端部（以下、上端という）が、駆動用磁石１６の下端Ｑに当接する位置まで移動する。
従来のレンズ駆動装置５０では、駆動用コイル５５の下端の巻線平均径上の点Ｐ’のＺ軸方向の位置が、駆動用磁石５２の下端のＺ軸方向の位置と同じ位置にあり、通電によって、駆動用コイル５５の上端が連結部５１ｃの下端Ｑ’に当接する位置まで移動する。
図４（ａ），（ｂ）及び表１に示すように、レンズ駆動装置１０の駆動用コイル１５の移動可能範囲である点Ｐ〜点Ｑ間の距離（Ｈy−Ｈm）と駆動用コイル１５の巻線高さ（Ｈcとの差と、従来のレンズ駆動装置５０の移動可能範囲である点Ｐ’〜点Ｑ’間の距離（駆動用磁石の高さＨm）と駆動用コイル５５巻線の高さ（Ｈc）との差はともに０．３ｍｍである。
【００２０】
図６は、本実施の形態１のレンズ駆動装置１０及び従来のレンズ駆動装置５０における駆動用コイル１５，５５の移動範囲におけるＺ軸方向の磁束密度分布を示す図である。同図の横軸は点Ｐまたは点Ｐ’と点Ｐまたは点Ｐ’と計測点との距離［ｍｍ］、縦軸は磁束密度［Tesla］である。また、同図の○印はレンズ駆動装置１０のデータで、×印は従来のレンズ駆動装置５０のデータである。
図６に示すように、従来のレンズ駆動装置５０では磁束密度は急激に変化している。また、磁束密度は部分的には本実施の形態１のレンズ駆動装置１０よりも大きいものの、点Ｐ’（ｈ＝０ｍｍ）近傍、及び、点Ｑ’（ｈ＝１ｍｍ）近傍においては、磁束密度の低下が著しいことが分かる。このように、従来のレンズ駆動装置５０では、磁束密度が急激に変化している領域に、巻線高さが高くかつ径方向に薄い駆動用コイル５５が配置されているので、駆動用コイル５５は磁束密度が低い領域にも広く巻線されていることになる。その結果、駆動用コイル５５に交差する磁束の総量が低下してしまうことになる。
【００２１】
これに対して、本実施の形態１のレンズ駆動装置１０では、磁束密度が平坦であり、かつ、点Ｐ〜点Ｑ間（ｈ＝０〜０．５ｍｍ）の全域に亘って高い磁束密度が維持されている。しかも、駆動用コイル１５は駆動用磁石１６のＺ軸後方に配置されているので、駆動用磁石１６の寸法に合わせて、巻線の断面形状を径方向に幅広にすることができる。すなわち、駆動用コイル１５を、Ｚ軸方向の巻線高さＨcが小さな扁平幅広とすることができる。
このように、レンズ駆動装置１０では、平坦で高い磁束密度を有する領域に駆動用コイル１５を配置できるので、レンズホルダー１２がＺ軸方向に移動しても駆動用コイル１５に交差する磁束の総量（磁力線の数）の変化が小さい。
以上のことは、レンズ駆動装置１０が、単位電流当たりの駆動力が大きくてかつ変化しにくい、すなわち、駆動感度が安定した高リニアリティのレンズ駆動装置であることを示唆している。このことを以下に実証する。
図７は、本実施の形態１のレンズ駆動装置１０と従来のレンズ駆動装置５０の駆動感度を比較した図である。同図の横軸は駆動用コイル１５，５５の移動距離［ｍｍ］、縦軸は駆動感度［ｍＮ/ｍＡ］で、○印はレンズ駆動装置１０のデータで、×印は従来のレンズ駆動装置５０のデータである。
同図に示すように、レンズ駆動装置１０の駆動感度は従来のレンズ駆動装置５０の駆動感度よりも１６〜４１％も大きく、かつ、ほほ一定レベルで安定していることが分かる。
【００２２】
図８は、本実施の形態１のレンズ駆動装置１０と従来のレンズ駆動装置５０の変位特性を比較した図で、横軸は駆動電流［ｍＡ］、縦軸はレンズホルダー１２の移動量（変位量）［ｍｍ］である。○印はレンズ駆動装置１０のデータで、×印は従来のレンズ駆動装置５０のデータである。
レンズ駆動装置１０では、図１に示すように、レンズホルダー１２を、前側バネ部材１４Ａと後側バネ部材１４Ｂとによりケース１３に懸架支持している。このとき、前側及び後側バネ部材１４Ａ，１４Ｂは、ケース１３側における支点の位置がレンズホルダー１２側の支点の位置よりＺ軸後方になるように、それぞれ、曲げモーメントが加えられて撓んだ状態となるようにしてケース１３とレンズホルダー１２とに取付けられている。
従来のレンズ駆動装置５０においても、図１８に示すように、レンズホルダー５４を、前側の板バネ５７Ａと後側の板バネ５７Ｂとによりケース５６に懸架支持するとともに、前側及び後側の板バネ５７Ａ，５７Ｂは、ケース５６側の支点の位置がレンズホルダー５４側の支点の位置よりＺ軸後方になるように、それぞれ、曲げモーメントが加えられて撓んだ状態となるようにしてケース５６とレンズホルダー５４とに取付けられている。
なお、前側及び後側バネ部材１４Ａ，１４Ｂのバネ係数と前側及び後側の板バネ５７Ａ，５７Ｂのバネ係数とは同じである。また、レンズホルダー１２にもレンズホルダー５４にも同一のオフセット量０．１ｍｍが付勢されるようにした。
図８から明らかなように、レンズ駆動装置１０では、駆動電流が２５ｍＡに達したときにレンズホルダー１２がＺ軸前方に移動を開始するのに対し、従来のレンズ駆動装置５０では、駆動電流が２９ｍＡに達したときにレンズホルダー５４がＺ軸前方に移動を開始する。これは、図７に示したように、レンズホルダー１２の移動時におけるレンズ駆動装置１０の駆動感度が従来のレンズ駆動装置５０の駆動感度よりも１６％大きいためである。
また、駆動電流を増加させていくと変位量の差が大きくなっていく。これは、以下の表２に示すように、駆動電流に対する変位感度の差がレンズホルダーの前進に伴って拡大していくからである。すなわち、レンズ駆動装置１０の駆動感度がほぼ一定で安定しているのに対し、従来のレンズ駆動装置５０では駆動感度は最大変位位置において半減するなど、変化が著しいからである。
【表２】
このように、実施の形態１のレンズ駆動装置１の変位特性は、感度が高くかつリニアリティに優れていることが分かる。
【００２３】
なお、前記実施の形態１では、駆動用コイル１５を駆動用磁石１６のＺ軸後方に配置したが、図９（ａ）に示すように、駆動用磁石１６のＺ軸前方に駆動用コイル１５を配置してもよい。このとき、内側磁気ヨーク１７Ａのフランジ部１７２と外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４とを、Ｚ軸方向前方、すなわち、駆動用コイル１５と空隙を隔てて対向するように突設する構成とするとともに、駆動用コイル１５を駆動用磁石１６の上端側に当接する位置に配置する。この場合も、実施の形態１と同様に、駆動用コイル１５の配置されている、内側磁気ヨーク１７Ａのフランジ部１７２の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４の内周面との間の磁束密度は大きくかつ均一であるので、強力でかつ直線性に優れた駆動力を得ることができる。したがって、レンズホルダー１２を前側及び後側のバネ部材１４Ａ，１４Ｂの復元力と釣り合う位置に効率よくかつ高精度に移動させることができる。
【００２４】
あるいは、図９（ｂ）に示すように、駆動用磁石１６のＺ軸前方とＺ軸後方とに前側及び後側駆動用コイル１５Ａ，１５Ｂをそれぞれ配置してもよい。この場合には、内側磁気ヨーク１７Ａに前，後の２つのフランジ部１７５，１７６を設けるとともに、外側磁気ヨーク１７Ｂにも前，後の２つのフランジ部１７７，１７８を設けて、前側駆動用コイル１５Ａが内側磁気ヨーク１７Ａの前フランジ部１７５の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂの前フランジ部１７７の内周面との間に配置され、後側駆動用コイル１５Ｂが内側磁気ヨーク１７Ａの後フランジ部１７６の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂの後フランジ部１７８の内周面との間に配置されるようにすれば、前側及び後側駆動用コイル１５Ａ，１５Ｂに駆動用磁石１６の磁化方向とは反対方向を向く磁束を効率よく交差させることができる。
このとき、前側駆動用コイル１５Ａの下端を駆動用磁石１６の上端に接する位置に配置するとともに、後側駆動用コイル１５Ｂの下端を内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂの下端の位置に配置し、前側及び後側駆動用コイル１５Ａ，１５Ｂに、同図の矢印で示すようなＺ軸前方を向いたローレンズ力を発生させるように通電すれば、レンズホルダー１２をＺ軸前方に効率よく駆動することができる。
【００２５】
図９（ｂ）の配置においては、内側磁気ヨーク１７Ａの前，後のフランジ部１７５，１７６の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂの前，後のフランジ部１７７，１７８の内周面との間の磁束密度は大きくかつ均一である上、前側駆動用コイル１５Ａが駆動用磁石１６寄りにあるときには後側駆動用コイル１５Ｂが駆動用磁石１６から離れており、前側駆動用コイル１５Ａが駆動用磁石１６から離れているときには後側駆動用コイル１５Ｂが駆動用磁石１６寄りにあるので、駆動用磁石１６との遠近差によるローレンツ力の違いを前側及び後側駆動用コイル１５Ａ，１５Ｂで互いに補うことができるので、駆動力の均一性が更に向上する。また、巻数も増加するので、駆動感度の更に高いレンズ駆動装置１０を得ることができる。
【００２６】
また、前記例では、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとを別体で構成したが、図１０に示すように、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとを連結する連結部１７Ｃを設けて、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂの一部を繋ぎ、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとを一体に構成してもよい。
【００２７】
また、前記例では、駆動用磁石１６を円環状としたが、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、駆動用磁石１６の外周部を矩形状にカットすることで、外形寸法を更に縮小したレンズ駆動装置１０Ａを得ることができる。（ａ）図は、駆動用磁石１６，内側磁気ヨーク１７Ａ，外側磁気ヨーク１７Ｂを示す平面図、（ｂ）図は駆動用磁石１６のＺ軸後方に駆動用コイル１５を配置した例を示す平面図、（ｃ）図は（ｂ）図の対角線方向のカット線Ａ−Ａ’における断面図、（ｄ）図は（ｂ）図の辺方向のカット線Ｂ−Ｂ’における断面図である。なお、図１１（ａ）〜（ｄ）においては、ケース１３と前側及び後側のバネ部材１４Ａ，１４Ｂを省略している。
図１１（ａ），（ｂ）に示すように、内側磁気ヨーク１７Ａは円環状のままであるが、外側磁気ヨーク１７Ｂは、外形寸法の縮小に伴って矩形環状とした。図１１（ｃ），（ｄ）に示すように、駆動用コイル１５の内周面と外周面とは、それぞれ、内側磁気ヨーク１７Ａの外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂの内周面とに空隙を隔ててＺ軸と直交する方向に対向して配置されている。
このような構成を採ることにより、駆動用磁石１６を、図１９に示した従来のレンズ駆動装置５０の外形寸法を縮小したレンズ駆動装置（以下、レンズ駆動装置５０Ａという）の駆動用磁石５２よりも、内径方向に拡大することができるので、駆動用磁石１６を駆動用コイル１５の全周に亘って配設することが可能となる。したがって、駆動用コイル１５の全周に亘って磁束を交差させることが可能になるので、大きな駆動力を得ることができる。
【００２８】
図１２は、外形寸法ＯＤを縮小したレンズ駆動装置１０Ａとレンズ駆動装置５０Ａとを比較した図で、左半分がレンズ駆動装置１０Ａで右半分が従来のレンズ駆動装置５０Ａである。本図もケース１３、ケース５６、前側及び後側のバネ部材１４Ａ，１４Ｂ、及び、前側及び後側の板バネ５７Ａ，５７Ｂを省略している。
同図から明らかなように、レンズ駆動装置１０Ａでは駆動用磁石１６の内周側に駆動用コイル１５が存在しないために、駆動用磁石１６の内周側を拡大して径方向に肉厚にすることができるのに対し、レンズ駆動装置５０Ａでは、駆動用磁石５２の内周側に駆動用コイル５５が存在するので、外周側の矩形部の４辺中央部には駆動用磁石５２を設ける空間がなくなり、その結果、駆動用磁石５２はヨーク５１のアウター部５１ａの四隅にしか配置できなくなることが分かる。
このように、外形寸法ＯＤを縮小したレンズ駆動装置１０Ａは、駆動用コイル１５の全周に亘って駆動用磁石１６を配置できるので、駆動用コイル１５の全周に磁束を交差させることができる。したがって、駆動用コイル１５の使用効率を高めることが可能となり、レンズ駆動装置１０の小型化を進めたときにも、高感度で高いリニアリティを維持することが可能となる。
【００２９】
図１３（ａ），（ｂ）は、レンズ駆動装置１０Ａの外形寸法を更に縮小したレンズ駆動装置１０Ｂの構成を示す図で、駆動用磁石１６は図示しない矩形のケースの四隅に分割されて配置され、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂも図示しない矩形のケースの四隅に分割されて配置されている。
この場合、前述したレンズ駆動装置１０Ａに比較して駆動力は低下するが、四隅に分割されて配置されている駆動用磁石１６の径方向の厚さは、図１９に示したレンズ駆動装置５０Ａの駆動用磁石５２の径方向の厚さよりも厚くすることができるので、駆動用磁石１６からの磁界が強くなるだけでなく、駆動用コイル１５と対向している駆動用磁石１６の長さ（周方向の対向長）を大きくとれるので、駆動用コイル１５に交差する磁束量が多くなる。したがって、レンズ駆動装置５０Ａよりも小型で高感度のレンズ駆動装置１０Ｂを得ることができる。
【００３０】
実施の形態２．
図１４は本実施の形態２に係る電磁駆動装置としてのレンズ駆動装置２０の構成を示す図、図１５は分解斜視図である。
レンズ駆動装置２０は、レンズホルダー２１と、ケース２２と、駆動用コイル１５と、駆動用磁石１６と、内側磁気ヨーク１７Ａと、外側磁気ヨーク１７Ｂと、ガイドピン２３と、スライドガイド２４と、円環状の補補助磁石２５と、吸引リング２６とを備える。駆動用コイル１５〜外側磁気ヨーク１７Ｂまでの実施の形態１と同符号の部品とその配置については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
レンズホルダー２１は、内側に対物レンズや接眼レンズの組み合わせから成るレンズ１１を保持する筒状のホルダー本体２１ａと、ホルダー本体２１ａのＺ軸方向後方に設けられ、ホルダー本体２１ａの外側に突出する中空円盤状のフランジ部２１ｂと、このフランジ部２１ｂの外縁部からＺ軸前方に突出するように設けられたコイル支持部２１ｃとを備えている。また、ホルダー本体２１ａの下端には補助磁石２５が取り付けられ、コイル支持部２１ｃの側面にはガイド孔２４ｈを備えたスライドガイド２４が取付けられている。
一方、ケース２２は、中心に円形の開口部２２ｈが形成された正方形板状の台座２２ａと台座２２ａの４隅に上側に突出するように設けられた４個の駆動部支持柱２２ｂとを備え、台座２２ａの外周を形成する辺の中央部からガイドピン２３がＺ軸前方に突出するように設けられている。また、ガイドピン２３は、スライドガイド２４のガイド孔２４ｈに挿入されて、レンズホルダー２１をＺ軸方向に可動自在に支持する。
吸引リング２６は軟磁性体から成る円環状の部材で、補助磁石２５と吸引リング２６との間に作用する吸引力により、レンズホルダー２１をＺ軸後方に引き戻す力を付勢する。
駆動用コイル１５は、実施の形態１と同様に、駆動用磁石１６の内周側と外周側とにそれぞれ配置される内側磁気ヨーク１７Ａのフランジ部１７２の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４の内周面との間に配置されているので、駆動用コイル１５には、駆動用磁石１６の磁化方向とは反対方向を向く磁束が交差する。したがって、駆動用コイル１５に通電すると、駆動用コイル１５にはＺ軸前方またはＺ軸後方を向いたローレンツ力が発生するので、レンズホルダー２１は、ローレンツ力と、補助磁石２５と吸引リング２６との間に作用する吸引力とが釣り合う位置まで移動する。
このように、本実施の形態２では、バネ部材１４Ａ，１４Ｂに代えて、吸引リング２６と補助磁石２５とにより、レンズホルダー２１をＺ軸後方に引き戻す構成とするとともに、レンズホルダー２１をガイドピン２３に沿って移動させるようにしたので、レンズホルダー２１をＺ軸方向に確実に移動させることができる。
【００３１】
実施の形態３．
図１６（ａ），（ｂ）は、電磁駆動装置としてのリニアアクチュエータ３０の構成を示す図で、（ａ）図はリニアアクチュエータ３０の外観を示す斜視図、（ｂ）図は断面図である。
各図において、３１は固定部材としてのケース、３２は可動部材としての可動シャフト、３３Ａ，３３Ｂは駆動用コイル、３４は駆動用磁石、３５は外側磁気ヨークである。
以下、可動シャフト３２の延長方向をＺ軸方向とし、図１６の上側をＺ軸前方、下側をＺ軸後方といい、駆動用コイル３３Ａを前側駆動用コイル、駆動用コイル３３Ｂを後側駆動用コイルという。
ケース３１は、円筒状の筒体３１ａと、筒体３１ａのＺ軸前方とＺ軸後方とにそれぞれ取付けられる、中央部に可動シャフト３２が挿入される貫通孔を備えた上蓋３１ｂと下蓋３１ｃとを備えたもので、筒体３１ａの内周側には駆動用磁石３４を保持する外側磁気ヨーク３５が取付けられている。
可動シャフト３２はＺ軸方向に延長する円柱状の部材で、外周面のＺ軸方向前方と後方とに、当該可動シャフト３２と同軸に、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂが巻回・保持されている。前側駆動用コイル３３Ａは駆動用磁石３４のＺ軸方向前方に位置し、後側駆動用コイル３３Ｂは駆動用磁石３４のＺ軸方向後方に位置するよう配置される。
外側磁気ヨーク３５は、内周面である可動シャフト３２の側面に取付け凹部３５ｓが形成された円環状の部材で、取付け凹部３５ｓに、Ｚ軸に直交する方向に着磁された円環状の駆動用磁石３４が装着される。また、外側磁気ヨーク３５の取付け凹部３５ｓの前，後の部分である、可動シャフト３２に突出している部分（以下、案内部という）は、それぞれ、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂに空隙を隔てて対向している。
【００３２】
これにより、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂには、駆動用磁石３４の磁化方向とは反対方向を向く磁束が交差するので、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂに通電すると、駆動用コイル３３Ａ，３３ＢにはＺ軸前方またはＺ軸後方を向いたローレンツ力が発生する。したがって、可動シャフト３２をＺ軸方向に高精度に移動させることができる。
このとき、可動シャフト３２を軟磁性体で構成すれば、可動シャフト３２に実施の形態１の内側磁気ヨーク１７Ａと同じ機能を持たせることができるので、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂに交差する磁束密度を高めることができる。したがって、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂに通電することにより、可動シャフト３２をＺ軸方向に、更に強力に駆動できるとともに、駆動感度のリニアリティについても更に向上させることができる。
【００３３】
なお、前記実施の形態３では、駆動用磁石３４のＺ軸前方とＺ軸後方とに駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂを配置したが、図１７に示すように、ケース３１に外側磁気ヨーク３５と駆動用コイル３３とを配置し、可動シャフト３２に、可動シャフト３２と同軸に、前後の駆動用磁石３４Ａ，３４Ｂを保持してもよい。
この場合には、ケース３１の内周側に円筒状の外側磁気ヨーク３５を配置し、外側磁気ヨーク３５の内周面の中央部に駆動用コイル３３を配置する。前後の駆動用磁石３４Ａ，３４Ｂは、Ｚ軸に直交する方向に着磁された円環状を成し、前側駆動用磁石３４Ａが駆動用コイル３３のＺ軸方向前方に位置し、後側駆動用磁石３４Ｂが駆動用コイル３３のＺ軸方向後方に位置するよう配置すればよい。これにより、駆動用コイル３３には、駆動用磁石３４Ａ，３４Ｂの磁化方向とは反対方向を向く磁束が交差するので、駆動用コイル３３に通電すると、駆動用コイル３３にはＺ軸前方またはＺ軸後方を向いたローレンツ力が発生する。駆動用コイル３３は固定部材であるケース３１に取付けられているので、可動シャフト３２に取付けられている前後の駆動用磁石３４Ａ，３４Ｂには、前記ローレンツ力の反力であるＺ軸後方またはＺ軸前方を向いた力が作用するので、可動シャフト３２をＺ軸方向に高精度に移動させることができる。
この場合も、可動シャフト３２を軟磁性体で構成すれば、可動シャフト３２に内側磁気ヨーク１７Ａと同じ機能を持たせることができるので、可動シャフト３２をＺ軸方向に更に強力に駆動できるとともに、駆動感度のリニアリティについても更に向上させることができる。
なお、実施の形態３のリニアアクチュエータ３０は、移動や振動の駆動源として利用できるだけでなく、スピーカー等の音響発生装置としても利用することができる。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、均一で強力な磁界を駆動用コイルに効率よく印加できるので、駆動力とリニアリティに優れた、小型化が可能な電磁駆動装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０ レンズ駆動装置、１１ レンズ、１２ レンズホルダー、
１２ａ ホルダー本体、１２ｂ フランジ部、１２ｃ コイル支持部、１３ ケース、
１３ａ 台座、１３ｂ 駆動部支持柱、１３ｃ 係止部、１３ｈ 開口部、
１３ｋ 取付用段差部、１４Ａ 前側バネ部材、１４Ｂ 後側バネ部材、
１５ 駆動用コイル、１６ 駆動用磁石、１７Ａ 内側磁気ヨーク、
１７Ｂ 外側磁気ヨーク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、オートフォーカス用レンズ駆動装置やリニアアクチュエータ等に用いられる電磁駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等に搭載されるカメラは、イメージセンサーの画素数が増大されて撮影画像の高品質化が進んでいる。しかし、従来の固定焦点のカメラモジュールでは焦点ボケが生じて高画素数イメージセンサーの分解能に対応することができないため、可動焦点のカメラモジュールが採用されるようになってきている。この可動焦点のカメラモジュールにおけるレンズの駆動方式としては、図１８に示すような、電磁駆動方式のレンズ駆動装置５０が多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
レンズ駆動装置５０は軟鉄等の磁性体から成るヨーク５１と、ヨーク５１の内壁側に取付けられる駆動用磁石５２と、中央位置にレンズ５３を保持するレンズホルダー５４と、レンズホルダー５４に装着される駆動用コイル５５と、内周側にヨーク５１が装着されるケース５６と、レンズホルダー５４とケース５６とを連結する前側及び後側の板バネ５７Ａ，５７Ｂとを備えている。
【０００３】
駆動用磁石５２としては、レンズホルダー５４の軸線に対して放射方向に着磁された円筒状の磁石、あるいは、複数の円弧上の磁石をヨーク５１の内壁側に環状に配置したものが用いられる。
ヨーク５１は、ケース５６の内周側に配置されるアウター部５１ａと、駆動用コイル５５の内周側に挿入されるインナー部５１ｂと、アウター５１ａとインナー部５１ｂとを連結する連結部５１ｃとを備える。
駆動用コイル５５は、ヨーク５１のインナー部５１ｂと駆動用磁石５２との間に、それぞれ、空隙を隔てて配置される。駆動用コイル５５には、駆動用磁石５２とヨーク５１のインナー部５１ｂとにより放射状の磁界が印加されるので、駆動用コイル５５に通電すると、駆動用コイル５５には被写体方向へ向けたローレンツ力が発生して、レンズホルダー５４を前側及び後側の板バネ５７Ａ，５７Ｂの復元力と釣り合った位置に移動させることができる。したがって、駆動用コイル５５に通電する電流値を制御することにより、レンズホルダー５４の移動量を調整して、レンズ５３の位置を所定の位置に移動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８００３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、携帯電話の小型化や薄型化、多機能化に伴う電子回路部品の占める容積の増大等により、カメラモジュールの占有可能な空間は減少の一途を辿っている。このため、レンズ駆動装置に対しても一層の小型化が求められるが、レンズ５３に対しては撮影画像の高画素化に伴う高解像度化が要求されている。そのため、レンズ径やレンズ厚の小型化よりも、レンズ性能の向上が優先されている。こうした背景から、レンズ駆動装置においては、レンズ寸法を維持したまま寸法、特に、幅方向の外形寸法ＯＤ（図１８参照）を縮小することが必要とされている。
従来のレンズ駆動装置５０において外形寸法ＯＤを縮小して小型化を実現するためには、レンズ５３と外形寸法ＯＤとの間の空間に配置される構成部品の寸法を縮小する必要がある。そこで、例えば、図１９に示すように、駆動用磁石５２の寸法を外形寸法ＯＤの縮小に合わせてカットして、外縁が矩形を成すヨーク５１のアウター部５１ａの四隅に配置した構成とするか、もしくは、ヨーク５１のインナー部５１ｂを削除して空間を確保する方法などが考えられる。
【０００６】
しかしながら、駆動用磁石５２をヨーク５１のアウター部５１ａの四隅に配置する構成とした場合には、駆動用磁石５２の体積が減少して発生磁力が弱まるとともに、駆動用コイル５５との対向面積が減少し駆動用コイル５５の利用率が下がるため、駆動力が低下してしまうといった問題点があった。
また、ヨーク５１のインナー部５１ｂを削除した構成とした場合には、駆動用磁石５２からの磁束を駆動用コイル５５と交差する方向に有効に導くことが困難となり、駆動用コイル５５に十分な量の磁束を印加できなくなるため駆動力が低下してしまうという問題点がある。更に、磁石の小型化に伴って磁界の均一性が損なわれてしまい、その結果、駆動感度の直線性が悪くなるといった問題が生じてしまう。
【０００７】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、駆動用磁石や駆動用コイルを小型化しても動作の直線性がよくかつ強力な駆動力を有する電磁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】
【０００８】
本願の請求項１に記載の発明は、柱状もしくは筒状の可動部材と、前記可動部材を当該可動部材の軸線方向に移動可能に懸架支持する固定部材と、前記可動部材の軸線周りに巻き回された駆動用コイルと、前記軸線に対して放射方向に着磁された駆動用磁石とを備えた電磁駆動装置であって、前記駆動用磁石は前記可動部材の軸線周りに配置され、前記駆動用コイルは、前記駆動用磁石の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方の側または両方の側に、前記駆動用磁石と同軸に、かつ、前記駆動用磁石の磁極面とは異なる面と空隙を隔てて対向して配置されていることを特徴とする。
ここで、前記可動部材の軸線方向を、図１の矢印で示す＋Ｚ方向とすると、駆動用コイルは、駆動用磁石の＋Ｚ側及び−Ｚ側のいずれか一方の側または両方の側に配置される。
このように、駆動用磁石と駆動用コイルとを可動部材の軸線方向に沿って配置する構成とすることで、電磁駆動装置の駆動部を小型化しても駆動用磁石の径方向の厚さを確保できるようにしたので、駆動用コイルに均一でかつ強力な磁界を印加することができる。したがって、動作の直線性に優れるとともに強力な駆動力を有する電磁駆動装置を得ることができる。また、巻線の断面形状を径方向に幅広にすることもできるので、駆動電流を少なくできるという利点もある。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁駆動装置であって、前記駆動用磁石の内周側磁極面から前記可動部材の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方または両方に延長されて前記駆動用コイルの内周側と空隙を隔てて対向して配置される内側磁気ヨークと、前記駆動用磁石の外周側磁極面から前記可動部材の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方の側または両方の側に延長されて前記駆動用コイルの外周側と空隙を隔てて対向して配置される外側磁気ヨークのいずれか一方または両方を備えたことを特徴とする。
このように、駆動用磁石の磁極面と軸線方向に垂直な面とにそれぞれ当接する断面がＬ字型もしくはコの字型の磁気ヨークを設けたので、駆動用磁石からの磁界を駆動用コイルに効果的に導くことができる。したがって、電磁駆動装置の駆動力と動作の直線性とを更に向上させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電磁駆動装置であって、前記可動部材がバネ部材により前記固定部材に対して移動可能に支持されていることを特徴とする。
これにより、簡単な構成で可動部材を可動部材の軸線方向に移動可能に支持することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電磁駆動装置であって、前記可動部材が、軟磁性体より成るリング部材と、補助磁石と、前記可動部材を軸線方向に案内する案内部材とを備えた支持手段より前記固定部材に対して移動可能に支持され、前記リング部材と前記補助磁石のいずれか一方が前記固定部材に取付けられ、他方が前記可動部材に取付けられていることを特徴とする。
これにより、可動部材を可動部材の軸線方向に確実に移動可能に支持することができるので、可動部材を安定して移動させることができる。また、補助磁石の形状や磁化の強さやリング部材の形状等を変更するだけで、可動部材の初期位置を容易に変更できるという利点も有する。
【００１１】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレンズ駆動装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】実施の形態１に係るレンズ駆動装置の駆動部の要部斜視図と要部断面斜視図である。
【図３】実施の形態１に係るレンズ駆動装置の分解斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置における駆動用コイル、駆動用磁石、及び、磁気ヨークの配置と寸法記号とを示す図である。
【図５】実施の形態１に係るレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置における駆動部近傍の磁界の分布を示す断面図である。
【図６】実施の形態１に係るレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置におけるＺ軸方向の磁束密度分布を示す図である。
【図７】実施の形態１のレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置の駆動感度を比較した図である。
【図８】本実施の形態１のレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置の変位特性を比較した図である。
【図９】本発明によるレンズ駆動装置の他の例を示す図である。
【図１０】本発明によるレンズ駆動装置の駆動部の他の構成を示す図である。
【図１１】外形寸法ＯＤを縮小したレンズ駆動装置を示す図である。
【図１２】外形寸法ＯＤを縮小した本発明のレンズ駆動装置と従来のレンズ駆動装置とを比較した図である。
【図１３】外形寸法ＯＤを更に縮小したレンズ駆動装置の構成を示す図である。
【図１４】本実施の形態２に係るレンズ駆動装置の構成を示す図である。
【図１５】本実施の形態２に係るレンズ駆動装置の分解斜視図である。
【図１６】本実施の形態３に係るリニアアクチュエータの構成を示す図である。
【図１７】本発明によるリニアアクチュエータの他の例を示す図である。
【図１８】従来の電磁駆動方式のレンズ駆動装置の構成を示す図である。
【図１９】外形寸法ＯＤを縮小した従来のレンズ駆動装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る電磁駆動装置としてのレンズ駆動装置１０の構成を示す図、図２（ａ），（ｂ）は駆動部１０Ｋの要部斜視図と要部断面斜視図、図３は分解斜視図である。各図において、１２は可動部材としてのレンズホルダー、１３は固定部材としてのケース、１４Ａ，１４Ｂはレンズホルダー１２をケース１３に懸架支持するためのバネ部材、１５は駆動用コイル、１６は駆動用磁石、１７Ａは内側磁気ヨーク、１７Ｂは外側磁気ヨークである。駆動用コイル１５と駆動用磁石１６と内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとにより、レンズ駆動装置１０の駆動部１０Ｋを構成する。
レンズホルダー１２は、内側に対物レンズや接眼レンズの組み合わせから成るレンズ１１を保持する筒状のホルダー本体１２ａを有する部材で、ホルダー本体１２ａの軸線方向は、レンズ１１を搭載したときのレンズ１１の光軸の方向と一致する。以下、ホルダー本体１２ａの軸線方向をＺ軸方向、図１の矢印で示す、レンズ１１を搭載したときの被写体方向をＺ軸前方という。
レンズホルダー１２のホルダー本体１２ａのＺ軸後方には、ホルダー本体１２ａの外側に突出する中空円盤状のフランジ部１２ｂが設けられている。また、フランジ部１２ｂの外縁部には、フランジ部１２ｂからＺ軸前方に突出するコイル支持部１２ｃが設けられている。
【００１５】
ケース１３は、図３にも示すように、中心に円形の開口部１３ｈが形成された正方形板状の台座１３ａと、台座１３ａの４隅に上側に突出するように設けられた４個の駆動部支持柱１３ｂと、開口部１３ｈの内縁側にレンズホルダー１２に向かって突出するように設けられてレンズホルダー１２の後端に当接する係止部１３ｃとを備える。駆動部支持柱１３ｂは開口部１３ｈ側には、外側磁気ヨーク１７Ｂ外周側を取付けるための取付用段差部１３ｋが形成されている。
バネ部材１４Ａ，１４Ｂは、図３に示すように、それぞれ、円環状の外輪１４ａと、円環状の内輪１４ｂと、外輪１４ａと内輪１４ｂとを連結する略円弧状の４本の腕部１４ｃとを備える。以下、Ｚ軸前方に配置されるバネ部材１４Ａを前側バネ部材、Ｚ軸後方に配置されるバネ部材１４Ｂを後側バネ部材という。前側バネ部材１４Ａの外輪１４ａはケース１３の駆動部支持柱１３ｂの上端側に固定され、内輪１４ｂはレンズホルダー１２のＺ軸前方の外縁部に固定される。一方、後側バネ部材１４Ｂの外輪１４ａはケース１３の台座１３ａの開口部１３ｈと駆動部支持柱１３ｂとの間に固定され、内輪１４ｂはレンズホルダー１２のＺ軸後方の外縁部に固定される。４本の腕部１４ｃがレンズホルダー１２をケース１３にＺ軸方向に可動自在に懸架支持するバネとして機能する。
本例では、ケース１３にレンズホルダー１２の後端に当接する係止部１３ｃを設けてバネ部材１４Ａ，１４Ｂにオフセットを加えることで、レンズホルダー１２を常にＺ軸後方に付勢するようにしている。
【００１６】
駆動部１０Ｋは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、Ｚ軸周りに巻き回されて環状を成す駆動用コイル１５と、駆動用コイル１５のＺ軸前方に、駆動用コイル１５と空隙を隔てて同軸にかつ環状に配置される駆動用磁石１６と、駆動用磁石の内周面側と外周面側とにそれぞれ配置される内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとを備える。
駆動用コイル１５は、レンズホルダー１２のコイル支持部１２ｃに装着される。
駆動用磁石１６は、図２（ｂ）の太い矢印で示すように、レンズホルダー１２のホルダー本体１２ａの軸線に対して放射方向、すなわち、Ｚ軸を含む平面内においてＺ軸と直交する方向に着磁されている。
駆動用磁石１６の磁極面は、例えば、内周面側をＮ極とすると外周面側がＳ極となるので、本例の駆動用コイル１５は、駆動用磁石１６のレンズホルダー１２の軸線方向の前方に駆動用磁石１６と同軸で、かつ、駆動用磁石１６の磁極面とは異なる面と空隙を隔てて対向していることになる。なお、駆動用磁石１６としては、環状の磁石であってもよいし、弧状の磁石を環状に連ねて配置したものであってもよい。
内側磁気ヨーク１７Ａは軟鉄等の軟磁性材料から成り、駆動用磁石１６の内周側磁極面に当接して配置される環状部１７１と環状部１７１のＺ軸後方からＺ軸に直交する方向に駆動用コイル１５の巻線部の内周側と空隙を隔てて対向するように突出するフランジ部１７２とを備える。
外側磁気ヨーク１７Ｂは、駆動用磁石１６の外周側磁極面に当接して配置される環状部１７３と環状部１７３のＺ軸後方からＺ軸に直交する方向に駆動用コイル１５の巻線部の外周側と空隙を隔てて対向するように突出するフランジ部１７４とを備える。外側磁気ヨーク１７Ｂも軟鉄等の軟磁性材料から構成される。
【００１７】
駆動部１０Ｋでは、駆動用コイル１５が内側磁気ヨーク１７Ａのフランジ部１７２の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４の内周面との間に配置されている。駆動用磁石１６の内周側の面であるＮ極からの磁力線は主に内側磁気ヨーク１７Ａの環状部１７１からフランジ部１７２を通って外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４に導かれ、外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４を通って駆動用磁石１６の外周側の面であるＳ極に達するので、駆動用コイル１５には、駆動用磁石１６の磁化方向とは反対方向を向く磁束が交差する。したがって、駆動用コイル１５に通電すると、駆動用コイル１５にはＺ軸前方またはＺ軸後方を向いたローレンツ力が発生する。
内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとがない場合でも、駆動用コイル１５には駆動用磁石１６の磁化方向とはほぼ反対方向を向く磁束が交差するが、本例では、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとが設けられているので、駆動用コイル１５の配置されている内側磁気ヨーク１７Ａのフランジ部１７２の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４の内周面との間の磁束密度を高くかつ均一にすることができる。その結果、駆動用コイル１５には、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとがない場合に比較して、強力でかつ均一なローレンツ力が発生するので、強力でかつ直線性に優れた駆動力を得ることができる。したがって、本例のレンズ駆動装置１０では、レンズホルダー１２を前側及び後側のバネ部材１４Ａ，１４Ｂの復元力と釣り合う位置に効率よくかつ高精度に移動させることができる。
【００１８】
次に、図１に示したレンズ駆動装置１０の性能について、図１８に示した従来のレンズ駆動装置５０と比較しながら説明する。
図４（ａ）は、レンズ駆動装置１０の駆動部１０Ｋを構成する駆動用コイル１５、駆動用磁石１６、内側磁気ヨーク１７Ａ、及び、外側磁気ヨーク１７Ｂの配置と寸法記号とを示す図で、図４（ｂ）は、従来のレンズ駆動装置５０の駆動部５０Ｋを構成する駆動用コイル５５、駆動用磁石５２、及び、ヨーク５１の配置と寸法記号とを示す図である。寸法記号に対応する具体的な寸法数値を以下の表１に示す。
【表１】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、従来のレンズ駆動装置５０では、駆動用磁石５２の内周側に、駆動用コイル５５とヨーク５１のインナー部５１ｂとがそれぞれ空隙を隔てて配設されているのに対し、本実施の形態１のレンズ駆動装置１０では、駆動用コイル１５が駆動用磁石１６のＺ軸後方に配設されている。したがって、レンズ駆動装置１０では、駆動用磁石１６を径方向に拡大できるので、駆動用磁石１６を径方向に厚い形状、すなわち、外径と内径との差の大きな形状にすることができる。
【００１９】
図５（ａ）は、レンズ駆動装置１０における駆動部１０Ｋ近傍の磁界の分布を示す断面図で、図５（ｂ）は、従来のレンズ駆動装置５０における駆動部５０Ｋ近傍の磁界の分布を示す断面図である。
従来のレンズ駆動装置５０では、駆動用コイル５５に交差する磁力線が移動範囲前方において放射方向から傾いているのに対し、レンズ駆動装置１０では、駆動用コイル１５に交差する磁力線がほぼ直線的に放射方向に向けて効率的に印加されていることが分かる。
駆動用コイル１５及び駆動用コイル５５に通電すると、駆動用コイル１５及び駆動用コイル５５にはローレンツ力が発生するので、駆動用コイル１５及び駆動用コイル５５は、それぞれ、図５（ａ），（ｂ）に示すＺ軸の矢印方向（Ｚ軸前方）に移動する。
レンズ駆動装置１０では、通電前は、駆動用コイル１５のＺ軸後側の端部（以下、下端という）の巻線平均径上の点ＰのＺ軸方向の位置が、内側磁気ヨーク１７Ａ及び外側磁気ヨーク１７Ｂの下端のＺ軸方向の位置と同じ位置にあり、通電によって、駆動用コイル１５のＺ軸前方側の端部（以下、上端という）が、駆動用磁石１６の下端Ｑに当接する位置まで移動する。
従来のレンズ駆動装置５０では、駆動用コイル５５の下端の巻線平均径上の点Ｐ’のＺ軸方向の位置が、駆動用磁石５２の下端のＺ軸方向の位置と同じ位置にあり、通電によって、駆動用コイル５５の上端が連結部５１ｃの下端Ｑ’に当接する位置まで移動する。
図４（ａ），（ｂ）及び表１に示すように、レンズ駆動装置１０の駆動用コイル１５の移動可能範囲である点Ｐ〜点Ｑ間の距離（Ｈy−Ｈm）と駆動用コイル１５の巻線高さ（Ｈcとの差と、従来のレンズ駆動装置５０の移動可能範囲である点Ｐ’〜点Ｑ’間の距離（駆動用磁石の高さＨm）と駆動用コイル５５巻線の高さ（Ｈc）との差はともに０．３ｍｍである。
【００２０】
図６は、本実施の形態１のレンズ駆動装置１０及び従来のレンズ駆動装置５０における駆動用コイル１５，５５の移動範囲におけるＺ軸方向の磁束密度分布を示す図である。同図の横軸は点Ｐまたは点Ｐ’と点Ｐまたは点Ｐ’と計測点との距離［ｍｍ］、縦軸は磁束密度［Tesla］である。また、同図の○印はレンズ駆動装置１０のデータで、×印は従来のレンズ駆動装置５０のデータである。
図６に示すように、従来のレンズ駆動装置５０では磁束密度は急激に変化している。また、磁束密度は部分的には本実施の形態１のレンズ駆動装置１０よりも大きいものの、点Ｐ’（ｈ＝０ｍｍ）近傍、及び、点Ｑ’（ｈ＝１ｍｍ）近傍においては、磁束密度の低下が著しいことが分かる。このように、従来のレンズ駆動装置５０では、磁束密度が急激に変化している領域に、巻線高さが高くかつ径方向に薄い駆動用コイル５５が配置されているので、駆動用コイル５５は磁束密度が低い領域にも広く巻線されていることになる。その結果、駆動用コイル５５に交差する磁束の総量が低下してしまうことになる。
【００２１】
これに対して、本実施の形態１のレンズ駆動装置１０では、磁束密度が平坦であり、かつ、点Ｐ〜点Ｑ間（ｈ＝０〜０．５ｍｍ）の全域に亘って高い磁束密度が維持されている。しかも、駆動用コイル１５は駆動用磁石１６のＺ軸後方に配置されているので、駆動用磁石１６の寸法に合わせて、巻線の断面形状を径方向に幅広にすることができる。すなわち、駆動用コイル１５を、Ｚ軸方向の巻線高さＨcが小さな扁平幅広とすることができる。
このように、レンズ駆動装置１０では、平坦で高い磁束密度を有する領域に駆動用コイル１５を配置できるので、レンズホルダー１２がＺ軸方向に移動しても駆動用コイル１５に交差する磁束の総量（磁力線の数）の変化が小さい。
以上のことは、レンズ駆動装置１０が、単位電流当たりの駆動力が大きくてかつ変化しにくい、すなわち、駆動感度が安定した高リニアリティのレンズ駆動装置であることを示唆している。このことを以下に実証する。
図７は、本実施の形態１のレンズ駆動装置１０と従来のレンズ駆動装置５０の駆動感度を比較した図である。同図の横軸は駆動用コイル１５，５５の移動距離［ｍｍ］、縦軸は駆動感度［ｍＮ/ｍＡ］で、○印はレンズ駆動装置１０のデータで、×印は従来のレンズ駆動装置５０のデータである。
同図に示すように、レンズ駆動装置１０の駆動感度は従来のレンズ駆動装置５０の駆動感度よりも１６〜４１％も大きく、かつ、ほほ一定レベルで安定していることが分かる。
【００２２】
図８は、本実施の形態１のレンズ駆動装置１０と従来のレンズ駆動装置５０の変位特性を比較した図で、横軸は駆動電流［ｍＡ］、縦軸はレンズホルダー１２の移動量（変位量）［ｍｍ］である。○印はレンズ駆動装置１０のデータで、×印は従来のレンズ駆動装置５０のデータである。
レンズ駆動装置１０では、図１に示すように、レンズホルダー１２を、前側バネ部材１４Ａと後側バネ部材１４Ｂとによりケース１３に懸架支持している。このとき、前側及び後側バネ部材１４Ａ，１４Ｂは、ケース１３側における支点の位置がレンズホルダー１２側の支点の位置よりＺ軸後方になるように、それぞれ、曲げモーメントが加えられて撓んだ状態となるようにしてケース１３とレンズホルダー１２とに取付けられている。
従来のレンズ駆動装置５０においても、図１８に示すように、レンズホルダー５４を、前側の板バネ５７Ａと後側の板バネ５７Ｂとによりケース５６に懸架支持するとともに、前側及び後側の板バネ５７Ａ，５７Ｂは、ケース５６側の支点の位置がレンズホルダー５４側の支点の位置よりＺ軸後方になるように、それぞれ、曲げモーメントが加えられて撓んだ状態となるようにしてケース５６とレンズホルダー５４とに取付けられている。
なお、前側及び後側バネ部材１４Ａ，１４Ｂのバネ係数と前側及び後側の板バネ５７Ａ，５７Ｂのバネ係数とは同じである。また、レンズホルダー１２にもレンズホルダー５４にも同一のオフセット量０．１ｍｍが付勢されるようにした。
図８から明らかなように、レンズ駆動装置１０では、駆動電流が２５ｍＡに達したときにレンズホルダー１２がＺ軸前方に移動を開始するのに対し、従来のレンズ駆動装置５０では、駆動電流が２９ｍＡに達したときにレンズホルダー５４がＺ軸前方に移動を開始する。これは、図７に示したように、レンズホルダー１２の移動時におけるレンズ駆動装置１０の駆動感度が従来のレンズ駆動装置５０の駆動感度よりも１６％大きいためである。
また、駆動電流を増加させていくと変位量の差が大きくなっていく。これは、以下の表２に示すように、駆動電流に対する変位感度の差がレンズホルダーの前進に伴って拡大していくからである。すなわち、レンズ駆動装置１０の駆動感度がほぼ一定で安定しているのに対し、従来のレンズ駆動装置５０では駆動感度は最大変位位置において半減するなど、変化が著しいからである。
【表２】
このように、実施の形態１のレンズ駆動装置１の変位特性は、感度が高くかつリニアリティに優れていることが分かる。
【００２３】
なお、前記実施の形態１では、駆動用コイル１５を駆動用磁石１６のＺ軸後方に配置したが、図９（ａ）に示すように、駆動用磁石１６のＺ軸前方に駆動用コイル１５を配置してもよい。このとき、内側磁気ヨーク１７Ａのフランジ部１７２と外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４とを、Ｚ軸方向前方、すなわち、駆動用コイル１５と空隙を隔てて対向するように突設する構成とするとともに、駆動用コイル１５を駆動用磁石１６の上端側に当接する位置に配置する。この場合も、実施の形態１と同様に、駆動用コイル１５の配置されている、内側磁気ヨーク１７Ａのフランジ部１７２の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４の内周面との間の磁束密度は大きくかつ均一であるので、強力でかつ直線性に優れた駆動力を得ることができる。したがって、レンズホルダー１２を前側及び後側のバネ部材１４Ａ，１４Ｂの復元力と釣り合う位置に効率よくかつ高精度に移動させることができる。
【００２４】
あるいは、図９（ｂ）に示すように、駆動用磁石１６のＺ軸前方とＺ軸後方とに前側及び後側駆動用コイル１５Ａ，１５Ｂをそれぞれ配置してもよい。この場合には、内側磁気ヨーク１７Ａに前，後の２つのフランジ部１７５，１７６を設けるとともに、外側磁気ヨーク１７Ｂにも前，後の２つのフランジ部１７７，１７８を設けて、前側駆動用コイル１５Ａが内側磁気ヨーク１７Ａの前フランジ部１７５の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂの前フランジ部１７７の内周面との間に配置され、後側駆動用コイル１５Ｂが内側磁気ヨーク１７Ａの後フランジ部１７６の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂの後フランジ部１７８の内周面との間に配置されるようにすれば、前側及び後側駆動用コイル１５Ａ，１５Ｂに駆動用磁石１６の磁化方向とは反対方向を向く磁束を効率よく交差させることができる。
このとき、前側駆動用コイル１５Ａの下端を駆動用磁石１６の上端に接する位置に配置するとともに、後側駆動用コイル１５Ｂの下端を内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂの下端の位置に配置し、前側及び後側駆動用コイル１５Ａ，１５Ｂに、同図の矢印で示すようなＺ軸前方を向いたローレンズ力を発生させるように通電すれば、レンズホルダー１２をＺ軸前方に効率よく駆動することができる。
【００２５】
図９（ｂ）の配置においては、内側磁気ヨーク１７Ａの前，後のフランジ部１７５，１７６の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂの前，後のフランジ部１７７，１７８の内周面との間の磁束密度は大きくかつ均一である上、前側駆動用コイル１５Ａが駆動用磁石１６寄りにあるときには後側駆動用コイル１５Ｂが駆動用磁石１６から離れており、前側駆動用コイル１５Ａが駆動用磁石１６から離れているときには後側駆動用コイル１５Ｂが駆動用磁石１６寄りにあるので、駆動用磁石１６との遠近差によるローレンツ力の違いを前側及び後側駆動用コイル１５Ａ，１５Ｂで互いに補うことができるので、駆動力の均一性が更に向上する。また、巻数も増加するので、駆動感度の更に高いレンズ駆動装置１０を得ることができる。
【００２６】
また、前記例では、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとを別体で構成したが、図１０に示すように、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとを連結する連結部１７Ｃを設けて、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂの一部を繋ぎ、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂとを一体に構成してもよい。
【００２７】
また、前記例では、駆動用磁石１６を円環状としたが、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、駆動用磁石１６の外周部を矩形状にカットすることで、外形寸法を更に縮小したレンズ駆動装置１０Ａを得ることができる。（ａ）図は、駆動用磁石１６，内側磁気ヨーク１７Ａ，外側磁気ヨーク１７Ｂを示す平面図、（ｂ）図は駆動用磁石１６のＺ軸後方に駆動用コイル１５を配置した例を示す平面図、（ｃ）図は（ｂ）図の対角線方向のカット線Ａ−Ａ’における断面図、（ｄ）図は（ｂ）図の辺方向のカット線Ｂ−Ｂ’における断面図である。なお、図１１（ａ）〜（ｄ）においては、ケース１３と前側及び後側のバネ部材１４Ａ，１４Ｂを省略している。
図１１（ａ），（ｂ）に示すように、内側磁気ヨーク１７Ａは円環状のままであるが、外側磁気ヨーク１７Ｂは、外形寸法の縮小に伴って矩形環状とした。図１１（ｃ），（ｄ）に示すように、駆動用コイル１５の内周面と外周面とは、それぞれ、内側磁気ヨーク１７Ａの外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂの内周面とに空隙を隔ててＺ軸と直交する方向に対向して配置されている。
このような構成を採ることにより、駆動用磁石１６を、図１９に示した従来のレンズ駆動装置５０の外形寸法を縮小したレンズ駆動装置（以下、レンズ駆動装置５０Ａという）の駆動用磁石５２よりも、内径方向に拡大することができるので、駆動用磁石１６を駆動用コイル１５の全周に亘って配設することが可能となる。したがって、駆動用コイル１５の全周に亘って磁束を交差させることが可能になるので、大きな駆動力を得ることができる。
【００２８】
図１２は、外形寸法ＯＤを縮小したレンズ駆動装置１０Ａとレンズ駆動装置５０Ａとを比較した図で、左半分がレンズ駆動装置１０Ａで右半分が従来のレンズ駆動装置５０Ａである。本図もケース１３、ケース５６、前側及び後側のバネ部材１４Ａ，１４Ｂ、及び、前側及び後側の板バネ５７Ａ，５７Ｂを省略している。
同図から明らかなように、レンズ駆動装置１０Ａでは駆動用磁石１６の内周側に駆動用コイル１５が存在しないために、駆動用磁石１６の内周側を拡大して径方向に肉厚にすることができるのに対し、レンズ駆動装置５０Ａでは、駆動用磁石５２の内周側に駆動用コイル５５が存在するので、外周側の矩形部の４辺中央部には駆動用磁石５２を設ける空間がなくなり、その結果、駆動用磁石５２はヨーク５１のアウター部５１ａの四隅にしか配置できなくなることが分かる。
このように、外形寸法ＯＤを縮小したレンズ駆動装置１０Ａは、駆動用コイル１５の全周に亘って駆動用磁石１６を配置できるので、駆動用コイル１５の全周に磁束を交差させることができる。したがって、駆動用コイル１５の使用効率を高めることが可能となり、レンズ駆動装置１０の小型化を進めたときにも、高感度で高いリニアリティを維持することが可能となる。
【００２９】
図１３（ａ），（ｂ）は、レンズ駆動装置１０Ａの外形寸法を更に縮小したレンズ駆動装置１０Ｂの構成を示す図で、駆動用磁石１６は図示しない矩形のケースの四隅に分割されて配置され、内側磁気ヨーク１７Ａと外側磁気ヨーク１７Ｂも図示しない矩形のケースの四隅に分割されて配置されている。
この場合、前述したレンズ駆動装置１０Ａに比較して駆動力は低下するが、四隅に分割されて配置されている駆動用磁石１６の径方向の厚さは、図１９に示したレンズ駆動装置５０Ａの駆動用磁石５２の径方向の厚さよりも厚くすることができるので、駆動用磁石１６からの磁界が強くなるだけでなく、駆動用コイル１５と対向している駆動用磁石１６の長さ（周方向の対向長）を大きくとれるので、駆動用コイル１５に交差する磁束量が多くなる。したがって、レンズ駆動装置５０Ａよりも小型で高感度のレンズ駆動装置１０Ｂを得ることができる。
【００３０】
実施の形態２．
図１４は本実施の形態２に係る電磁駆動装置としてのレンズ駆動装置２０の構成を示す図、図１５は分解斜視図である。
レンズ駆動装置２０は、レンズホルダー２１と、ケース２２と、駆動用コイル１５と、駆動用磁石１６と、内側磁気ヨーク１７Ａと、外側磁気ヨーク１７Ｂと、ガイドピン２３と、スライドガイド２４と、円環状の補補助磁石２５と、吸引リング２６とを備える。駆動用コイル１５〜外側磁気ヨーク１７Ｂまでの実施の形態１と同符号の部品とその配置については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
レンズホルダー２１は、内側に対物レンズや接眼レンズの組み合わせから成るレンズ１１を保持する筒状のホルダー本体２１ａと、ホルダー本体２１ａのＺ軸方向後方に設けられ、ホルダー本体２１ａの外側に突出する中空円盤状のフランジ部２１ｂと、このフランジ部２１ｂの外縁部からＺ軸前方に突出するように設けられたコイル支持部２１ｃとを備えている。また、ホルダー本体２１ａの下端には補助磁石２５が取り付けられ、コイル支持部２１ｃの側面にはガイド孔２４ｈを備えたスライドガイド２４が取付けられている。
一方、ケース２２は、中心に円形の開口部２２ｈが形成された正方形板状の台座２２ａと台座２２ａの４隅に上側に突出するように設けられた４個の駆動部支持柱２２ｂとを備え、台座２２ａの外周を形成する辺の中央部からガイドピン２３がＺ軸前方に突出するように設けられている。また、ガイドピン２３は、スライドガイド２４のガイド孔２４ｈに挿入されて、レンズホルダー２１をＺ軸方向に可動自在に支持する。
吸引リング２６は軟磁性体から成る円環状の部材で、補助磁石２５と吸引リング２６との間に作用する吸引力により、レンズホルダー２１をＺ軸後方に引き戻す力を付勢する。
駆動用コイル１５は、実施の形態１と同様に、駆動用磁石１６の内周側と外周側とにそれぞれ配置される内側磁気ヨーク１７Ａのフランジ部１７２の外周面と外側磁気ヨーク１７Ｂのフランジ部１７４の内周面との間に配置されているので、駆動用コイル１５には、駆動用磁石１６の磁化方向とは反対方向を向く磁束が交差する。したがって、駆動用コイル１５に通電すると、駆動用コイル１５にはＺ軸前方またはＺ軸後方を向いたローレンツ力が発生するので、レンズホルダー２１は、ローレンツ力と、補助磁石２５と吸引リング２６との間に作用する吸引力とが釣り合う位置まで移動する。
このように、本実施の形態２では、バネ部材１４Ａ，１４Ｂに代えて、吸引リング２６と補助磁石２５とにより、レンズホルダー２１をＺ軸後方に引き戻す構成とするとともに、レンズホルダー２１をガイドピン２３に沿って移動させるようにしたので、レンズホルダー２１をＺ軸方向に確実に移動させることができる。
【００３１】
実施の形態３．
図１６（ａ），（ｂ）は、電磁駆動装置としてのリニアアクチュエータ３０の構成を示す図で、（ａ）図はリニアアクチュエータ３０の外観を示す斜視図、（ｂ）図は断面図である。
各図において、３１は固定部材としてのケース、３２は可動部材としての可動シャフト、３３Ａ，３３Ｂは駆動用コイル、３４は駆動用磁石、３５は外側磁気ヨークである。
以下、可動シャフト３２の延長方向をＺ軸方向とし、図１６の上側をＺ軸前方、下側をＺ軸後方といい、駆動用コイル３３Ａを前側駆動用コイル、駆動用コイル３３Ｂを後側駆動用コイルという。
ケース３１は、円筒状の筒体３１ａと、筒体３１ａのＺ軸前方とＺ軸後方とにそれぞれ取付けられる、中央部に可動シャフト３２が挿入される貫通孔を備えた上蓋３１ｂと下蓋３１ｃとを備えたもので、筒体３１ａの内周側には駆動用磁石３４を保持する外側磁気ヨーク３５が取付けられている。
可動シャフト３２はＺ軸方向に延長する円柱状の部材で、外周面のＺ軸方向前方と後方とに、当該可動シャフト３２と同軸に、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂが巻回・保持されている。前側駆動用コイル３３Ａは駆動用磁石３４のＺ軸方向前方に位置し、後側駆動用コイル３３Ｂは駆動用磁石３４のＺ軸方向後方に位置するよう配置される。
外側磁気ヨーク３５は、内周面である可動シャフト３２の側面に取付け凹部３５ｓが形成された円環状の部材で、取付け凹部３５ｓに、Ｚ軸に直交する方向に着磁された円環状の駆動用磁石３４が装着される。また、外側磁気ヨーク３５の取付け凹部３５ｓの前，後の部分である、可動シャフト３２に突出している部分（以下、案内部という）は、それぞれ、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂに空隙を隔てて対向している。
【００３２】
これにより、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂには、駆動用磁石３４の磁化方向とは反対方向を向く磁束が交差するので、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂに通電すると、駆動用コイル３３Ａ，３３ＢにはＺ軸前方またはＺ軸後方を向いたローレンツ力が発生する。したがって、可動シャフト３２をＺ軸方向に高精度に移動させることができる。
このとき、可動シャフト３２を軟磁性体で構成すれば、可動シャフト３２に実施の形態１の内側磁気ヨーク１７Ａと同じ機能を持たせることができるので、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂに交差する磁束密度を高めることができる。したがって、駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂに通電することにより、可動シャフト３２をＺ軸方向に、更に強力に駆動できるとともに、駆動感度のリニアリティについても更に向上させることができる。
【００３３】
なお、前記実施の形態３では、駆動用磁石３４のＺ軸前方とＺ軸後方とに駆動用コイル３３Ａ，３３Ｂを配置したが、図１７に示すように、ケース３１に外側磁気ヨーク３５と駆動用コイル３３とを配置し、可動シャフト３２に、可動シャフト３２と同軸に、前後の駆動用磁石３４Ａ，３４Ｂを保持してもよい。
この場合には、ケース３１の内周側に円筒状の外側磁気ヨーク３５を配置し、外側磁気ヨーク３５の内周面の中央部に駆動用コイル３３を配置する。前後の駆動用磁石３４Ａ，３４Ｂは、Ｚ軸に直交する方向に着磁された円環状を成し、前側駆動用磁石３４Ａが駆動用コイル３３のＺ軸方向前方に位置し、後側駆動用磁石３４Ｂが駆動用コイル３３のＺ軸方向後方に位置するよう配置すればよい。これにより、駆動用コイル３３には、駆動用磁石３４Ａ，３４Ｂの磁化方向とは反対方向を向く磁束が交差するので、駆動用コイル３３に通電すると、駆動用コイル３３にはＺ軸前方またはＺ軸後方を向いたローレンツ力が発生する。駆動用コイル３３は固定部材であるケース３１に取付けられているので、可動シャフト３２に取付けられている前後の駆動用磁石３４Ａ，３４Ｂには、前記ローレンツ力の反力であるＺ軸後方またはＺ軸前方を向いた力が作用するので、可動シャフト３２をＺ軸方向に高精度に移動させることができる。
この場合も、可動シャフト３２を軟磁性体で構成すれば、可動シャフト３２に内側磁気ヨーク１７Ａと同じ機能を持たせることができるので、可動シャフト３２をＺ軸方向に更に強力に駆動できるとともに、駆動感度のリニアリティについても更に向上させることができる。
なお、実施の形態３のリニアアクチュエータ３０は、移動や振動の駆動源として利用できるだけでなく、スピーカー等の音響発生装置としても利用することができる。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、均一で強力な磁界を駆動用コイルに効率よく印加できるので、駆動力とリニアリティに優れた、小型化が可能な電磁駆動装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０ レンズ駆動装置、１１ レンズ、１２ レンズホルダー、
１２ａ ホルダー本体、１２ｂ フランジ部、１２ｃ コイル支持部、１３ ケース、
１３ａ 台座、１３ｂ 駆動部支持柱、１３ｃ 係止部、１３ｈ 開口部、
１３ｋ 取付用段差部、１４Ａ 前側バネ部材、１４Ｂ 後側バネ部材、
１５ 駆動用コイル、１６ 駆動用磁石、１７Ａ 内側磁気ヨーク、
１７Ｂ 外側磁気ヨーク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状もしくは筒状の可動部材と、前記可動部材を当該可動部材の軸線方向に移動可能に支持する固定部材と、前記可動部材の軸線周りに巻き回された駆動用コイルと、前記軸線に対して放射方向に着磁された駆動用磁石とを備えた電磁駆動装置であって、
前記駆動用磁石は前記可動部材の軸線周りに配置され、
前記駆動用コイルは、前記駆動用磁石の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方の側または両方の側に、前記駆動用磁石と同軸に、かつ、前記駆動用磁石の磁極面とは異なる面と空隙を隔てて対向して配置されていることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項２】
前記駆動用磁石の内周側磁極面から前記可動部材の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方または両方に延長されて前記駆動用コイルの内周側と空隙を隔てて対向して配置される内側磁気ヨークと、
前記駆動用磁石の外周側磁極面から前記可動部材の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方の側または両方の側に延長し前記駆動用コイルの外周側と空隙を隔てて対向して配置される外側磁気ヨークのいずれか一方または両方を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動装置。
【請求項３】
前記可動部材がバネ部材により前記固定部材に対して移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁駆動装置。
【請求項４】
前記可動部材が、
軟磁性体より成るリング部材と、補助磁石と、前記可動部材を軸線方向に案内する案内部材とを備えた支持手段により前記固定部材に対して移動可能に支持され、
前記リング部材と前記補助磁石のいずれか一方が前記固定部材に取付けられ、他方が前記可動部材に取付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁駆動装置。
【請求項１】
柱状もしくは筒状の可動部材と、前記可動部材を当該可動部材の軸線方向に移動可能に支持する固定部材と、前記可動部材の軸線周りに巻き回された駆動用コイルと、前記軸線に対して放射方向に着磁された駆動用磁石とを備えた電磁駆動装置であって、
前記駆動用磁石は前記可動部材の軸線周りに配置され、
前記駆動用コイルは、前記駆動用磁石の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方の側または両方の側に、前記駆動用磁石と同軸に、かつ、前記駆動用磁石の磁極面とは異なる面と空隙を隔てて対向して配置されていることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項２】
前記駆動用磁石の内周側磁極面から前記可動部材の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方または両方に延長されて前記駆動用コイルの内周側と空隙を隔てて対向して配置される内側磁気ヨークと、
前記駆動用磁石の外周側磁極面から前記可動部材の軸線方向の一方の側及び軸線方向の他方の側のいずれか一方の側または両方の側に延長し前記駆動用コイルの外周側と空隙を隔てて対向して配置される外側磁気ヨークのいずれか一方または両方を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動装置。
【請求項３】
前記可動部材がバネ部材により前記固定部材に対して移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁駆動装置。
【請求項４】
前記可動部材が、
軟磁性体より成るリング部材と、補助磁石と、前記可動部材を軸線方向に案内する案内部材とを備えた支持手段により前記固定部材に対して移動可能に支持され、
前記リング部材と前記補助磁石のいずれか一方が前記固定部材に取付けられ、他方が前記可動部材に取付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁駆動装置。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−８５３３１（Ｐ２０１３−８５３３１Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１９５２（Ｐ２０１１−２２１９５２）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（５０７１８６６０９）マイクロウインテック株式会社 (26)
【出願人】（５０２４２６０６１）大立光電股▲ふん▼有限公司 (34)
【出願人】（５０９０３５６１３）
【出願人】（５１１１１６１７７）厦▲門▼新▲鴻▼洲精密科技有限公司 (10)
【氏名又は名称原語表記】ＸＩＮＨＯＮＧＺＨＯＵ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ，．ＬＴＤ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１１ Ｘｉｎｔｉａｎ Ｒｏａｄ，Ｘｉｎｃｈｕｎ，Ｈｏｕｘｉ Ｔｏｗｎ，Ｊｉｍｅｉ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｘｉａｍｅｎ，Ｃｈｉｎａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（５０７１８６６０９）マイクロウインテック株式会社 (26)
【出願人】（５０２４２６０６１）大立光電股▲ふん▼有限公司 (34)
【出願人】（５０９０３５６１３）
【出願人】（５１１１１６１７７）厦▲門▼新▲鴻▼洲精密科技有限公司 (10)
【氏名又は名称原語表記】ＸＩＮＨＯＮＧＺＨＯＵ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ，．ＬＴＤ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１１ Ｘｉｎｔｉａｎ Ｒｏａｄ，Ｘｉｎｃｈｕｎ，Ｈｏｕｘｉ Ｔｏｗｎ，Ｊｉｍｅｉ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｘｉａｍｅｎ，Ｃｈｉｎａ
【Ｆターム（参考）】
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