专利名称：电磁式驱动器及使用其的曝光量调节构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装配于数码相机等图像设备上的电磁式驱动器及使用该电磁式驱动器的曝光量调节构件，特别涉及小型且可得到高转矩输出的电磁式驱动器及使用它的曝光量调节构件。
背景技术：
在下述的专利文献1中，记述有关于相机的兼用作光圈的快门装置的方案。在该装置上，设有相互同步动作的多个叶片和驱动所述各叶片的螺线管。在所述螺线管上，可以自由进退地支撑有铁芯。另外，在所述铁芯上，设有向突出的方向施力的施力构件。通过给螺线管通电，而反抗所述施力构件的施力，各叶片向打开的方向动作，通过解除对螺线管的通电，就可以利用所述施力构件的施力使各叶片向关闭方向动作。
在下述的专利文献2中，显示有装配在光学器件上的电磁驱动装置。在该装置上，设置在旋转构件的外周部设有一对线圈的定子、将N极和S极交替地被磁化的转子，所述转子通过齿轮与所述旋转构件咬合。所述转子被可以自由旋转地支撑于所述定子和定子之间。当向所述各线圈通电时，就会使所述转子旋转，从而使所述旋转构件旋转。
特开平7-168246号公报[专利文献2]特开2000-152595号公报但是，所述专利文献1中所示的装置由于使用螺线管和施力构件之类不同特性的构件，因此无法将铁芯的移动量和转矩强度的关系线性地输出，所以铁芯的移动量的控制很困难。另外，专利文献2中所示的装置由于是使可动元件阶段性地动作的装置，因此在步进驱动时会产生声音，对于一体组装了麦克风的器件会产生该声音传入麦克风的问题。
另外，将CCD(电荷耦合元件)作为拍摄元件装配的数字式照相机，设置有在将拍摄的图像数据读入存储器中时，通过关闭机械快门而阻断对CCD的曝光的机构。在关闭了机械快门的状态下，图像数据被记录在存储器中。当机械快门在数据的记录中打开而使CCD曝光时，会在图像数据中产生噪音。所以，在数据记录中，为了防止所述快门无意中打开，有必要对所述快门在施加高转矩的负荷的状态下进行驱动。
但是，当以专利文献1所示装置输出高转矩时，有必要增大作为可动部的磁铁的体积，其结果是，装置会变得大型化。
发明内容
为了解决所述的以往的问题，本发明的目的在于提供小型、能够以高转矩驱动并且可以线性驱动的电磁式驱动器及使用它的曝光量调节构件。
本发明的特征是，具有可以在筒体内往复移动地被支撑的可动部、向所述可动部提供驱动力的驱动机构、在所述可动部的一端形成朝一个方向的磁路的第1磁回路、在所述可动部的另一端形成朝另一个方向的磁路的第2磁回路。
例如，所述第1磁回路和第2磁回路分别由第1磁轭、磁铁、第2磁轭、所述可动部的一部分构成，所述第1磁回路和第2磁回路相对于所述可动部的移动方向对称地配置。
本发明的电磁式驱动器由于没有必要以线圈或磁铁作为可动部，因此即使为了提高转矩输出而可增大例如磁铁的体积、或增加线圈的绕线数，也不会增加可动部的重量。所以就能够用低重量的可动部输出高转矩。另外，可以使对于可动部的变位量和保持转矩或吸引力的关系成线性变化。
另外，可以为所述第1磁轭、磁铁及第2磁轭是各自在中心形成了通孔的环形形状，并将所述可动部可以移动地插入所述各通孔内。
另外，所述筒体被制成包覆所述可动部、驱动机构、第1磁回路及第2磁回路的全体的形状。这样就可以增强形成于各磁回路中的磁通的强度。
另外，所述第1磁回路和第2磁回路的任意一方的磁铁被制成沿所述可动部的移动方向较长的形状。这样就可以在较长磁铁的一侧的磁回路中获得较大的驱动力。
另外，在所述第1磁回路和第2磁回路的至少一方的附近，也可以设置能够检测泄漏磁通量的强度的检测元件。这样就可以检测出可动部的位置，并可以使可动部保持在中途的位置上。
另外，本发明的曝光量调节构件的特征是设有基于所述电磁式驱动器的可动部的动作而动作的多个叶片构件，所述叶片构件至少可以被设定为完全开放开口部的全开姿势和完全封闭开口部的全闭姿势。
通过使用所述的电磁式驱动器，就可以高速进行叶片构件的动作，从而例如可以实现高速的快门速度。
图1是表示本发明的实施方式1的电磁式驱动器的外观的一个例子的俯视图。
图2是实施方式1的电磁式驱动器的剖视图。
图3是表示实施方式1的电磁式驱动器内部的磁场的流向的示意图。
图4是表示对轴的吸引力和变位量的关系的曲线图。
图5是表示由线圈产生的驱动力和变位量的关系的曲线图。
图6是表示本发明的实施方式2的电磁式驱动器的剖视图。
图7是表示实施方式2的电磁式驱动器的相对于变位量的驱动力的变化的曲线图。
图8是表示实施方式1的电磁式驱动器的变形例的剖视图。
图9是表示本发明的曝光量调节构件的一个例子的俯视图。
图中，R2、R5第1磁回路；R3、R6第2磁回路；1、10、20电磁式驱动器；2、11、21筒体；3A、3B、13A、13B磁铁；4A、4B、14A、14B第1磁轭；5A、5B、15A、15B第2磁轭；3a、4a、5a通孔；7、17旋转轴(可动部)；8臂；9驱动线圈(驱动机构)具体实施方式
图1是表示本发明的电磁式驱动器的外观的一个例子的俯视图，图2是电磁式驱动器的剖视图，图3是表示电磁式驱动器内部的磁场的流向的示意图，图4是表示对轴的吸引力和变位量的关系的曲线图，图5是表示由线圈产生的驱动力和变位量的关系的曲线图。
如图1所示，本实施方式的电磁式驱动器1具有圆筒状的筒体2。筒体2由铁或铁氧体等磁性原材料制成。另外，在筒体2上形成沿其弯曲面贯通的四边形的开口2a。
如图2所示，在所述筒体2的X1侧和X2侧，分别设有以永久磁铁制成的磁铁3A、3B。各磁铁3A、3B是在中心形成了圆形的通孔3a、3b的环形。在所述筒体2和磁铁3A、3B之间，设有第1磁轭4A、4B，以将该第1磁轭4A、4B夹在之间的状态固定所述筒体2和所述磁铁3A、3B。
所述第1磁轭4A、4B是在中心形成了通孔4a、4b的圆板形状。在所述磁铁3A、3B的X1侧和X2侧的环状的外侧面上，固定有第2磁轭5A、5B。第2磁轭5A、5B是形成有直径比所述通孔4a、4b大的通孔5a、5b的圆板形状。而且，所述第1磁轭4A、4B及第2磁轭5A、5B也与所述筒体2相同，由铁或铁氧体等磁性材料制成。
如图2所示，在形成于所述磁铁3A、3B上的通孔3a、3b中，分别插入环状的轴承6A、6B。所述轴承6A、6B的外径尺寸与所述磁铁3A、3B的内径尺寸相同或大致相同，所述轴承6A、6B以嵌合在所述磁铁3A、3B中的状态被固定。而且，虽然如图2所示，所述轴承6A、6B为滑动轴承，但是并不限定于此，也可以是例如滚珠轴承。另外，轴承的材料可以从以高硬度合成树脂形成的材料或金属制的材料中选择。
而且，在本实施方式中，如图2所示，所述磁铁3A、3B、第1磁轭4A、4B、第2磁轭5A、5B及轴承6A、 6B形成相对于以X轴方向的中心线O-O线切割时的面呈对称的形状。
在所述轴承6A、6B的圆柱状的轴孔6a、6b中，插入可以沿X轴方向自由移动的棒状的旋转轴7。旋转轴7由铁等磁性材料制成。另外，旋转轴7的长度尺寸如图1所示，比从第2磁轭5A到5B的尺寸L短，而且被制成可以同时插入所述轴承6A、6B的轴孔6a、6b中的尺寸。而且，所述旋转轴7是本实施方式中的可动部。
另外，在所述旋转轴7上，在比中心O-O线更靠近X2一侧，固定有沿与轴向垂直延伸的臂8。该臂8被制成从形成于所述筒体2上的开口2a向外突出的长度尺寸，所述臂8以可向X1-X2方向移动的方式被支撑。而且，该臂8的尺寸被设定为在朝X1方向移动至最大位置时，旋转轴7不会从轴承6B中拔出，在朝X2方向移动至最大位置时，旋转轴7也不会从轴承6B中拔出。
如图2所示，在所述筒体2的内侧，在所述旋转轴7的周围，设有作为本实施方式的驱动机构发挥作用的驱动线圈9。该驱动线圈9通过在所述旋转轴7的周围卷绕铜线等线材而形成。另外，所述驱动线圈9位于比所述开口2a的X1侧。此时，驱动线圈9不会与旋转轴7接触，驱动线圈9的X1侧的端部被固定在所述第1磁轭4A的X2侧的面上。而且，所述驱动线圈9也可以是将铜线等线材卷绕在合成树脂制的线轴上，所述线轴和驱动线圈被固定在所述第1磁轭4A上的结构。
下面将对本实施方式的电磁式驱动器1的动作进行说明。
如图3所示，所述磁铁3A将X1侧磁化为S极，将X2侧磁化为N极，所述磁铁3B将X1侧磁化为N极，将X2侧磁化为S极。对于所述驱动线圈9，以×标记表示的一侧为电流从纸背面侧流向面前侧的方式通电，以O标记表示的一侧为电流从纸面前侧流向背面侧的方式通电，如此控制，就会产生以实线B1表示的磁力线的流向。即，由驱动线圈9、第1磁轭4A、旋转轴7及第1磁轭4B构成磁回路R1。
另外，在本实施方式中，还会产生以虚线B2、B3表示的环状的磁通。即，由磁铁3A的N极、第1磁轭4A、旋转轴7、第2磁轭5A及磁铁3A的S极构成以虚线B2表示的第1磁回路R2。另外，由磁铁3B的N极、第1磁轭4B、旋转轴7、第2磁轭5B及磁铁3B的S极构成以虚线B3表示的第2磁回路R3。
在以磁回路R1的磁通和第1磁回路R2的磁通重叠的虚线围成四边形的范围Q1中，由于磁力线的朝向相互一致，因此在该范围Q1内产生的磁通的强度被增强，相反，在磁回路R1的磁通和第1磁回路R2的磁通重叠的范围Q2中，由于磁力线的朝向相互反向，因此在该范围Q2内产生的磁通的强度被减弱。所以，此时，在旋转轴7上，以箭头表示的驱动力F就会发生作用。另外，在图3所示的状态中，通过使流经驱动线圈9的电流的方向与所述方向相反，就可以使所述驱动力F在旋转轴7上产生反向的驱动力。通过使旋转轴7朝X1-X2方向移动，就可以使臂8也在开口2a内朝X1-X2方向移动。
当以图3所示的状态的旋转轴7的位置为基准位置(变位量为零)时，当使旋转轴7向X1方向移动时，与向X1方向的变位量(移动量)对应，旋转轴7被拉向X1方向的吸引力变大。另外，当使旋转轴7从所述基准位置向X2方向移动时，与向X2方向的变位量(移动量)对应，吸引力增大。所以，在变位量为图4中所示的符号S表示的狭窄范围内，可以使对旋转轴7的吸引力相对于旋转轴7的变位量成线性变化。所以可以容易地进行旋转轴7的位置控制。
本实施方式如图4所示，当旋转轴7的长度尺寸L1比基准的长度长时，就会如虚线所示，对于旋转轴7的变位量的吸引力的增加量ΔH(＝b/a)会变小。即，当旋转轴7被制得长时，旋转轴7的X1侧的端部进入轴承6A内的尺寸变大，虽然旋转轴7受到来自第1磁回路R2的吸引力增加，但是由于旋转轴7的X2侧的端部还较多地残留在轴承6B内，因此受到的来自第2磁回路R3的吸引力不会减少很多，因而吸引力对于旋转轴7的变位量的变化量ΔH较小。
另外，当旋转轴7的长度尺寸L1比基准的长度尺寸短时，如粗实线所示，变化量ΔH变大。即，当旋转轴7被制得短时，旋转轴7的X1侧的端部进入轴承6A内的尺寸变大，旋转轴7受到的来自第1磁回路R2的吸引力增加，并且旋转轴7的X2侧的端部残留在轴承6B内的尺寸变小，所以来自第2磁回路R3的吸引力大大减小，使得吸引力对于旋转轴7的变位的变化量ΔH比所述的大。
而且，本实施方式中提供给旋转轴7的力是图4所示的吸引力和由图5所示的驱动线圈9产生的力的合力。如图5所示，由驱动线圈9提供给旋转轴7的驱动力总是被设定为定值或大致为定值。但是，由驱动线圈9产生的驱动力被设定为能够比所述吸引力的最大值还要大的输出。这是因为，在保持轴被向一个方向吸引的状态时，能够防止不向相反方向移动。
当旋转轴7移动至X1方向的端部，对旋转轴7产生以图4的P1点所示的吸引力的稳定状态下，通过对驱动线圈9提供能够产生比所述吸引力大的驱动力的电流，就可以使旋转轴7向X2方向移动。此时，由磁回路R1产生的驱动力超过由第1磁回路R2产生的驱动力，将旋转轴7向X2侧移动，旋转轴7最终被移动至X2侧的端部。而且，在将旋转轴7从X1侧的端部移动至X2侧的端部的情况下，对驱动线圈9仅通电很少的时间即可。
另外，本实施方式中，在旋转轴7处于X1侧及X2侧的各端部时，即使分别解除通电状态，也可以将旋转轴7保持在其位置上。这样就可以在不通电状态下使旋转轴7产生2个稳定点。
图6是表示本发明的实施方式2的电磁式驱动器的剖视图。图7是表示对于轴的变位量和保持力的关系的曲线图。
图6所示的电磁式驱动器10与所述的电磁式驱动器1具有相同的基本构造。该电磁式驱动器10具有圆筒状的筒体11，在所述筒体11的X方向的两端，固定有制成环状的第1磁轭12A、12B。在所述第1磁轭12A、12B的外侧，分别固定有磁铁13A、13B。所述磁铁13A、13B是在X方向具有通孔13a、13b的筒状，磁铁13B比磁铁13A向X方向上长。
在所述磁铁13A、13B的侧方，固定圆板状的第2磁轭14A、14B，在所述第2磁轭14A、14B上，在其中心形成有与所述通孔13a、13b相同直径的通孔14a、14b。
轴承16A被插入由所述磁铁13A的通孔13a和第2磁轭14A的通孔4a形成的凹部15a内，轴承16B被插入由所述磁铁13B的通孔13b和第2磁轭14B的通孔14b形成的凹部15b内。所述轴承16A和16B都是相同的形状，在其中央形成沿X方向贯通的轴孔16a、16b。而且，该轴承16A、16B并不限定于滑动轴承，也可以是滚珠轴承等其他类型的轴承。
在所述轴承16A和16B中，插入可以自由滑动的圆柱状的旋转轴(可动部)17。在所述旋转轴17的周围，设有驱动线圈18，所述驱动线圈18的两个端部被固定在所述第1磁轭12A、12B上。而且，虽然并未图示，但是在旋转轴17上，固定有沿与轴向垂直延伸的臂，该臂可以沿X1-X2方向移动。
图6所示的实施方式2通过对驱动线圈18通电，而以旋转轴17、第1磁轭12A、12B及筒体11形成一个磁回路R4。
另外，由所述磁铁13A、第1磁轭12A、第2磁轭14A及旋转轴17形成第1磁回路R5。由所述磁铁13B、第1磁轭12B、第2磁轭14B及旋转轴17形成第2磁回路R6。这样，由第2磁回路R6提供给旋转轴17的驱动力就会比由第1磁回路R5产生的驱动力更大。
图7表示有旋转轴17的可动范围和比其窄的使用范围，在使用范围内，按照向X2方向作用的力变大的方式设定。而且，可动范围和使用范围也可以是相同的范围。
图8是表示所述电磁式驱动器1的变形例的剖视图。该电磁式驱动器20从X1侧的端部到X2侧的端部形成以磁性材料制成的筒体21，而且是按照包覆第1磁轭4A、4B、磁铁3A、3B及第2磁轭5A、5B的方式形成的。通过用此种形状的筒体21进行包覆，就可以增强图3的虚线B2、B3所示的环状的磁通强度，从而可以有效地驱动旋转轴7。而且，其他的构成由于与电磁式驱动器1相同，因此使用相同的符号，其说明省略。
另外，在所述电磁式驱动器1中，如图3所示，通过装配检测元件40，就可以检测出旋转轴7的位置。该检测元件40由霍尔元件等构成，被设置在与第2磁轭5A相面对的位置上。当旋转轴7的位置在X1-X2方向移动时，磁阻发生变化，磁通即发生变化。例如，当旋转轴7从图3所示的位置向X1方向移动时，磁通B2变大。通过用所述检测元件40检测出此时的磁通的增加(或减少)，就可以检测出旋转轴7的位置。通过像这样检测出旋转轴7的位置，不仅可以在X1侧的端部和X2侧的端部2个稳定点上，而且可以通过对提供给驱动线圈9的驱动电流进行控制，使旋转轴7保持在其中途的位置上。这样，就可以使旋转轴7保持在3个以上的位置上。
图9是表示本发明的曝光量调节构件的一个例子的俯视图。该曝光量调节构件可以应用于数码相机、数码摄像机、具有相机功能的携带电话、个人电脑用相机等图像设备中。
该曝光量调节构件30由所述的电磁式驱动器1(或10)、叶片构件31a、31b、31c、驱动所述叶片构件31a～31c的驱动部32构成。
所述驱动部32具有环状的基部33，所述基部33被固定在图像设备的筐体侧。在该基部33的中央，形成圆形的开口部33a，另外，在所述基部33的一面上，以等角度(120度)间隔形成突出的轴突起34b、34c、34d。在所述基部33的周围，支撑有可以自由旋转的环状的旋转构件35。在所述旋转构件35上，以等角度(120度)间隔形成有长孔35a、35b、35c。该长孔35a、35b、35c形成以轴突起34b、34c、34d为中心的弧度，并沿着与旋转构件35的旋转方向交叉的方向延伸。
所述叶片构件31a～31c都为相同形状，具有半圆状的开闭部31a1、31b1、31c1。而且，在所述开闭部31a1、31b1、31c1上一体形成安装部31a2、31b2、31c2，在所述安装部31a2、31b2、31c2上固定有导引销36a、36b、36c，该导引销36a、36b、36c可以自由滑动地插入所述长孔35a、35b、35c中。另外，所述安装部31a2、31b2、31c2由所述轴突起34b、34c、34d可以自由转动地支撑。
设于所述电磁式驱动器1上的臂8延伸至所述旋转构件35，该旋转构件35由轴8a与所述臂8连接。而且，所述轴8a可以相对于旋转构件35沿与X方向正交的方向自由移动。
下面将参照图9对本实施方式的曝光量调节构件30的动作进行说明。图9显示了全开放状态和全封闭状态的中间的状态。
如图9所示，当使臂8沿X1方向直线移动时，旋转构件35沿顺时针旋转方向(W1方向)旋转，导引销36a、36b、36c在长孔35a、35b、35c内被向靠近基部33的外周边缘部的方向导引。此时的各叶片构件31a、31b、31c向关闭所述开口部33a的方向，以轴突起34b、34c、34d为支点相互同步地旋转。而且，叶片构件31a～31c的开闭部31a1～31c1相互重合，将所述开口部33a关闭。
另外，当使臂8沿X2方向直线移动时，旋转构件35向逆时针旋转方向(W方向)旋转，导引销36a～36c在长孔35a～35c内被沿着与所述靠近基部33的外周边缘部的方向相反的方向移动。利用该动作就可以使各叶片构件31a～31c相互同步地沿打开开口部33a的方向旋转。
所以，在本实施方式的曝光量调节构件30中，可以将叶片构件31a～31c设定为全部打开开口部33a的全开状态和全部关闭开口部33a的全闭状态。
另外，在将曝光量调节构件30装配于数码相机等上的情况下，所述叶片构件31a～31c被配置在CCD和光学镜头之间，可以设定为将开口部33a的整体开放的全开状态和将开口部33a的整体关闭的全闭状态。在此种相机中，为了成为耐冲击性高的相机，即为了在将图像数据记录于存储器中防止无意地打开叶片构件，如图6所示，非对称地形成磁铁13A、13B，从而提高朝一个方向(在该情况下为关闭方向)的吸引力即可。或者，也可以将图1至图13所示的电磁式驱动器1的旋转轴7制得更短，从而不会产生大的吸引力。这样就可以防止在将图像数据记录于存储器中时因无意中打开叶片构件而造成画质劣化的情况。
(发明效果)如上说明的本发明的电磁式驱动器可以用低重量的可动部获得较高的驱动力，而且可以使对于可动部的变位量和驱动力线性变化。
另外，在将本发明的曝光量调节构件装配于数码相机等图像设备上时，可以使叶片构件高速动作。
权利要求
1.一种电磁式驱动器，其特征是，具有可以在筒体内往复移动地被支撑的可动部、向所述可动部提供驱动力的驱动机构、在所述可动部的一端形成朝一个方向的磁路的第1磁回路、在所述可动部的另一端形成朝另一个方向的磁路的第2磁回路。
2.根据权利要求1所述的电磁式驱动器，其特征是所述第1磁回路和第2磁回路分别由第1磁轭、磁铁、第2磁轭、所述可动部的一部分构成，所述第1磁回路和第2磁回路相对于所述可动部的移动方向对称配置。
3.根据权利要求2所述的电磁式驱动器，其特征是所述第1磁轭、磁铁及第2磁轭是分别在中心形成有通孔的环形形状，并在所述各通孔内可以移动地插入所述可动部。
4.根据权利要求1所述的电磁式驱动器，其特征是所述筒体为包覆所述可动部、驱动机构、第1磁回路及第2磁回路的全体的形状。
5.根据权利要求1所述的电磁式驱动器，其特征是所述第1磁回路和第2磁回路的任意一方的磁铁以在所述可动部的移动方向较长的方式形成。
6.根据权利要求1所述的电磁式驱动器，其特征是在所述第1磁回路和第2磁回路的至少一方的附近，设有可以检测泄漏磁通的强度的检测元件。
7.一种曝光量调节构件，其特征是设有基于权利要求1所述的电磁式驱动器的可动部的动作而动作的多个叶片构件，所述叶片构件至少可以被设定为完全开放开口部的全开姿势和完全封闭开口部的全闭姿势。
全文摘要
一种电磁式驱动器及使用其的曝光量调节构件，轴(7)的两端侧由轴承(6A)、(6B)可以自由滑动地支撑，在所述轴承(6A)、(6B)的周围，设有第1磁轭(4A)、(4B)、磁铁(3A)、(3B)及第2磁轭(5A)、(5B)，构成第1磁回路和第2磁回路。另外，在轴(7)的周围，设有驱动线圈(9)。对驱动线圈(9)进行驱动时产生的磁回路与第1磁回路或第2磁回路重合部分的一方磁通变大，另一方磁通变小，使得轴(7)向磁通大的方向移动。因此，可动部质量低而且能够输出高转矩。
文档编号G03B9/08GK1538603SQ20041003331
公开日2004年10月20日 申请日期2004年4月2日 优先权日2003年4月18日
发明者涌田宏 申请人:阿尔卑斯电气株式会社