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図面 (20)

課題

限られたスペースコイルを配置可能で、レンズの設置や信号線等の引き出しスペースも確保でき、球面の精度も比較的要求されず、簡単な構造で大きな駆動力を得ることができる駆動装置を提供する。

解決手段

回転自在に支持された球面体1または多面体の表面に、N極に着磁された磁石2aとS極に着磁された磁石2bを設置し、球面体1または多面体の周囲にこれら磁石2a、2bを周回する少なくとも1つの環状コイル3を、特に3次元駆動する場合には2つ以上の環状コイルを配設した。

概要

背景

近年、カメラロボットの関節等に、人間の目、手、首と同様な3次元的な動きを持たせることが要求されている。

この種の駆動装置の従来の技術として、圧電素子モータを使用する方法が知られている。例えば、特開平10−225155号公報には、2組の圧電素子を90度の機械位相差球体面に接するように配置したものが開示されている。

また、電磁的手段を使用したものとして、特公平7−34639号公報には、2極着磁された球面体磁石の内部に、XYZの互いに直交する軸を持つ3つのリング状コイルを配置したものが開示されている。

概要

限られたスペースコイルを配置可能で、レンズの設置や信号線等の引き出しスペースも確保でき、球面の精度も比較的要求されず、簡単な構造で大きな駆動力を得ることができる駆動装置を提供する。

回転自在に支持された球面体1または多面体の表面に、N極に着磁された磁石2aとS極に着磁された磁石2bを設置し、球面体1または多面体の周囲にこれら磁石2a、2bを周回する少なくとも1つの環状コイル3を、特に3次元駆動する場合には2つ以上の環状コイルを配設した。

目的

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、限られたスペースにコイルを配置可能で、レンズの設置や信号線等の引き出しスペースも確保でき、球面の精度も比較的要求されず、簡単な構造で大きな駆動力を得ることができる駆動装置及びレンズ駆動機構を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

回転自在に支持された球面体または多面体の表面に、N極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これら磁石を周回する少なくとも1つの環状コイルを配設したことを特徴とする駆動装置

請求項2

回転自在に支持された球面体または多面体の表面に、N極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これら磁石を周回する少なくとも2つの環状コイルを配設し、これら環状コイルの一部は、永久磁石に対する距離が他の部分よりも離したことを特徴とする駆動装置。

請求項3

回転自在に支持された球面体または多面体の表面に、N極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これら磁石を周回する少なくとも2つの環状コイルを配設し、これら環状コイルの一部を、磁気的にシールドしたことを特徴とする駆動装置。

請求項4

少なくとも2つの環状コイルを概ね同軸上に配設したことを特徴とする請求項2又は3に記載の駆動装置。

請求項5

少なくとも2つの環状コイルにおいて、磁石から離れた部分または磁気的にシールドされた部分と、磁石に近づけた部分または非シールド部分とを互いに交互に位置させたことを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載の駆動装置。

請求項6

シールド手段として球面体または多面体の表面に近接する位置に、一部に切欠を有するヨークを設置したことを特徴とする請求項3〜5の何れかに記載の駆動装置。

請求項7

次元的に回転自在に支持された球面体または多面体の表面にN極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これらの磁石に近接して球面体または多面体の周囲に、これら磁石を周回しない少なくとも2つの環状コイルを互いに約90度の間隔で配置したことを特徴とする駆動装置。

請求項8

2つの環状コイルは、環状の一辺が磁石に近接し、他の一辺は磁石から離れた位置に配置したことを特徴とする請求項7記載の駆動装置。

請求項9

三次元的に回転自在に支持された球面体または多面体の表面にN極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これら磁石に近接して球面体または多面体の周囲に、少なくとも3つの環状コイルを、互いに約120度の間隔でかつその中間部が磁極の異なる磁石の境界線に近接するように配置したことを特徴とする駆動装置。

請求項10

磁石と環状コイルは、球面体または多面体の内側に設置したことを特徴とする請求項1〜9の何れかに記載の駆動装置。

請求項11

三次元的に回転自在に支持された球面体または多面体の表面にN極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これら磁石を囲む位置に少なくとも1つの環状コイルを配設し、球面体または多面体の内面に前記永久磁石と90度回転位置にN極とS極に着磁された磁石を配置し、これら永久磁石の内周面にこれら永久磁石を周回する少なくとも1つの環状コイルを配置したことを特徴とする駆動装置。

請求項12

球面体または多面体は1つの軸で回転自在に支持され、この軸の支持体は円環状または多角形状であり、この支持体も1つの軸で回転自在に支持され、球面体または多面体が2軸軸受構造で支持されていることを特徴とする請求項1〜11の何れかに記載の駆動装置。

請求項13

軸部分に弾性体ブレーキ材を設置したことを特徴とする請求項12記載の駆動装置。

請求項14

磁石を設置した内部球面体と、内部球面体を囲む外部球面体を備え、内部球面体と外部球面体の間に隙間を有し、内部球面体と外部球面体の少なくとも何れか一方又は両方の一部に、内部球面体より小さな球形窪みを有し、この球形窪みに弾性体からなるボールを配置したことを特徴とする請求項1〜11の何れかに記載の駆動装置。

請求項15

球面体または多面体の表面にばねにて圧接される1つの車輪と、この車輪と直交する位置に同様に球面体または多面体の表面にばねにて圧接される1つの車輪と、これら2つの車輪に連結された回転角検出器を備えたことを特徴とする請求項1〜14の何れかに記載の駆動装置。

請求項16

球面体または多面体の表面に接する弾性体で形成された1つの車輪と、この車輪と直交する位置に同様に球面体または多面体の表面に接する弾性体で形成された1つの車輪と、これら2つの車輪に連結された回転角検出器を備えたことを特徴とする請求項1〜14の何れかに記載の駆動装置。

請求項17

球面体または多面体の表面に設置された磁石とは別に、近接する磁石とは逆極性に着磁された検出用磁石を球面体または多面体に設置し、これら磁石の位置を検出する磁気検出素子を設けたことを特徴とする請求項1〜16の何れかに記載の駆動装置。

請求項18

球面体または多面体に設置した永久磁石は、この球面体または多面体と一体に成形したことを特徴とする請求項1〜17の何れかに記載の駆動装置。

請求項19

請求項1〜18の何れかに記載の駆動装置の球面体にレンズを配置したことを特徴とするレンズ駆動機構

技術分野

0001

本発明は駆動装置に関し、特にカメラ用やロボット用などに好適に利用できる3次元駆動可能な駆動装置、及びそれを用いたレンズ駆動機構に関するものである。

背景技術

0002

近年、カメラやロボットの関節等に、人間の目、手、首と同様な3次元的な動きを持たせることが要求されている。

0003

この種の駆動装置の従来の技術として、圧電素子モータを使用する方法が知られている。例えば、特開平10−225155号公報には、2組の圧電素子を90度の機械位相差球体面に接するように配置したものが開示されている。

0004

また、電磁的手段を使用したものとして、特公平7−34639号公報には、2極着磁された球面体磁石の内部に、XYZの互いに直交する軸を持つ3つのリング状コイルを配置したものが開示されている。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、特開平10−225155号公報に開示されている方法では、2組の圧電素子を制御することによって、球面体を3次元動作させることができるが、圧電素子の性質上、駆動時に球面体に接触させておく必要があり、寿命信頼性の面で課題がある。また、球面体に接触する圧電素子及び振動増幅素子を精度良く作成することはコスト高に繋がり、球面体に配置する摩擦材も精度の良い球状にする必要があり、材料・製造面で課題がある。

0006

一方、圧電素子を使用しない特公平7−34639号公報に開示された方法では、3次元動作をさせるために直交する3軸を中心に持つ巻線を設ける必要があり、巻線スペースが3次元的に全方位にわたって必要であり、例えばカメラのように、レンズを装着するスペース、またレンズから出る信号線を引き出すためのスペース、及びこの信号線が移動するためのスペースが必要となる用途には不向きになるという欠点を有する。また、コイルが回転する構造であり、整流子スリップリングを必要とし、構造上複雑な物となるという問題がある。

0007

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、限られたスペースにコイルを配置可能で、レンズの設置や信号線等の引き出しスペースも確保でき、球面の精度も比較的要求されず、簡単な構造で大きな駆動力を得ることができる駆動装置及びレンズ駆動機構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

本発明の駆動装置は、回転自在に支持された球面体または多面体の表面に、N極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これら磁石を周回する少なくとも1つの環状コイルを配設したものであり、両磁石を周回する少なくとも1つの環状コイルに任意の方向に電流を流すことにより磁石を設置した球面体または多面体を回転することができ、球面の精度も比較的要求されず、簡単な構造で大きな駆動力を得ることができる。

0009

また、回転自在に支持された球面体または多面体の表面に、N極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これら磁石を周回する少なくとも2つの環状コイルを配設し、これら環状コイルの一部は、永久磁石に対する距離が他の部分よりも離した構成とすると、コイルの磁石に近い部分には磁石からの磁束が多く鎖交してコイルに電流を流したときに相互作用による力が大きく作用し、離れた部分に作用する力は小さいことにより、部分的に永久磁石に近づけられた少なくとも2つのコイルと磁石の相互作用によって、永久磁石を含む球面体または多面体に任意に3次元動作をさせることができ、球面の精度も比較的要求されず、簡単な構造で大きな駆動力が得られ、概ね上下、左右に180度程度の回転自由度を確保することができる。

0010

また、回転自在に支持された球面体または多面体の表面に、N極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これら磁石を囲む位置に少なくとも2つの環状コイルを配設し、これら環状コイルの一部を、磁気的にシールドした構成としても、同様の作用が得られるとともに、シールドした部分としない部分で磁石からの鎖交磁束の差が確実に得られ、上記作用が効率的に得られる。

0011

また、少なくとも2つの環状コイルを概ね同軸上に配設しても上記作用を奏することができ、そうすることで球面体または多面体にレンズを設置したり、その信号線等の引き出しスペースを容易に確保することができる。

0012

また、少なくとも2つの環状コイルにおいて、磁石から離れた部分または磁気的にシールドされた部分と、磁石に近づけた部分または非シールド部分とを互いに交互に位置させた構成とすると、容易に球面体または多面体に任意の3次元動作をさせることができる。

0013

また、上記シールド手段として球面体または多面体の表面に近接する位置に、一部に切欠を有するヨークを設置するのが好適である。

0014

また、三次元的に回転自在に支持された球面体または多面体の表面にN極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これらの磁石に近接して球面体または多面体の周囲に、これら磁石を周回しない少なくとも2つの環状コイルを互いに約90度の間隔で配置すると、これら2つの環状コイルに適宜の向きに電流を流すことにより、磁石の相互作用によって球面体または多面体に任意の3次元動作をさせることができる。

0015

特に、その2つの環状コイルは、環状の一辺が磁石に近接し、他の一辺は磁石から離れた位置に配置すると、磁石から近い部分と遠い部分で鎖交磁束との相互作用の大きさが差があり、より効率的に球面体または多面体に任意の3次元動作をさせることができる。

0016

また、三次元的に回転自在に支持された球面体または多面体の表面にN極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これら磁石に近接して球面体または多面体の周囲に、少なくとも3つの環状コイルを、互いに約120度の間隔でかつその中間部が磁極の異なる磁石の境界線に近接するように配置すると、コイルに通電する電流の向きによって両磁石に対して吸引力又は反発力が作用し、球面体または多面体に任意の3次元動作をさせることができる。

0017

また、上記磁石と環状コイルは、球面体または多面体の内側に設置しても、同様の作用を奏することができる。

0018

また、三次元的に回転自在に支持された球面体または多面体の表面にN極に着磁された磁石とS極に着磁された磁石を設置し、これら磁石を囲む位置に少なくとも1つの環状コイルを配設し、球面体または多面体の内面に前記永久磁石と90度回転した位置にN極とS極に着磁された磁石を配置し、これら永久磁石の内周面にこれら永久磁石を周回する少なくとも1つの環状コイルを配置した構成としても、外面又は内面の磁石を周回するコイルに適宜方向に電流を流すことにより、球面体又は多面体を3次元回転駆動することができる。

0019

また、球面体または多面体は1つの軸で回転自在に支持され、この軸の支持体は円環状または多角形状であり、この支持体も1つの軸で回転自在に支持され、球面体または多面体が2軸軸受構造で支持されていると、球面体又は多面体を小さい抵抗で3次元回転自在に支持できる。

0020

また、その軸部分に弾性体ブレーキ材を設置すると、球面体や多面体にブレーキが働き、特別なブレーキ機構を設けることなく、非通電時の球面体又は多面体を保持できる。

0021

また、磁石を設置した内部球面体と、内部球面体を囲む外部球面体を備え、内部球面体と外部球面体の間に隙間を有し、内部球面体と外部球面体の少なくとも何れか一方又は両方の一部に、内部球面体より小さな球形窪みを有し、この球形窪みに弾性体からなるボールを配置すると、ボールを多少圧縮される状態で配置することで、球面体又は多面体にブレーキが働き、特別なブレーキ機構を設けることなく、非通電時の球面体又は多面体を保持できる。

0022

また、球面体または多面体の表面にばねにて圧接される1つの車輪と、この車輪と直交する位置に同様に球面体または多面体の表面にばねにて圧接される1つの車輪と、これら2つの車輪に連結された回転角検出器を備えると、球面体または多面体の3次元的な位置を的確に検出でき、3次元駆動時の位置制御を適切に行うことができる。

0023

また、球面体または多面体の表面に接する弾性体で形成された1つの車輪と、この車輪と直交する位置に同様に球面体または多面体の表面に接する弾性体で形成された1つの車輪と、これら2つの車輪に連結された回転角検出器を備えても、同様に3次元駆動時の位置制御を適切に行うことができる。

0024

また、球面体または多面体の表面に設置された磁石とは別に、近接する磁石とは逆極性に着磁された検出用磁石を球面体または多面体に設置し、これら磁石の位置を検出する磁気検出素子を設けると、球面体または多面体の3次元駆動制御時の原点位置を適切に検出することができる。

0025

また、球面体または多面体に設置した磁石は、この球面体または多面体と一体に成形すると、磁石の配置構成が簡単かつコンパクトにできる。

0026

また、本発明のレンズ駆動機構は、上記駆動装置の球面体にレンズを配置したものであり、レンズの設置や信号線等の引き出しスペースも確保でき、コンパクトな構成にてレンズの3次元調整することができる。

発明を実施するための最良の形態

0027

以下、本発明の駆動装置の各実施形態について、図1図21を参照して説明する。

0028

(第1の実施形態)本発明の駆動装置の第1の実施形態について、図1を参照して説明する。本実施形態の駆動装置は、上下又は左右の一方向にだけ回転する駆動装置である。

0029

図1において、1は球面体、2aは球面体1の外面に設置されたN極磁石、2bは球面体1の外面に設置されたS極磁石、3は磁石2a、2bを周回するコイル、3aはコイル3の給電部、4は球面体1を回転自在に支持する軸であり、磁石2a、2bを区切る平面を通るとともにコイル3の配置平面と平行に配設されている。

0030

以上の構成による動作を説明すると、コイル3には、磁石2aによって球面体1から外部に向かう磁束が、磁石2bによって外部から球面体1に向かう磁束がそれぞれ鎖交しており、ここでコイル3に矢印5a、5bの向きに電流を流すと、磁束と電流の相互作用で、図1のコイル3の上半部には右から左に押す力が、コイル3の下半部には左から右に押す力が作用する。ここで、コイル3が固定子側として回転しない構成とすれば、上記力の反作用で球面体1を軸4の回りに白抜き矢印6a、6bの向きに回転させる力が作用する。コイル3に流す電流を逆向きにすれば、球面体1を白抜き矢印6a、6bとは逆向きに回転させる力が作用する。かくして、コイル3に流す電流の向きによって球面体1を軸4を中心とした任意の向きに回転させることができる。

0031

(第2の実施形態)次に、本発明の駆動装置の第2の実施形態について、図2図8を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行する実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

0032

図2図3において、球面体1の外面にN極とS極の磁石2a、2bが設置され、球面体1を軸4を中心として回転自在に支持する環状部材7が設けられている。球面体1の回りに、磁石2a、2bを周回する2つのコイル8、9が同軸上若しくはほぼ同軸上に配設されている。コイル8、9には、磁石2a、2bに近い部分8a、8b、9a、9bと、遠い部分8c、8d、9c、9dがそれぞれ90°間隔で2箇所づつ設けられ、かつ8a、8bと9c、9dが対向位置し、8c、8dと9a、9bが対向位置するように配設されている。これらコイル8、9はフレーム10に固定され、またこのフレーム10に環状部材7が軸4とは直交する軸11を中心として回転自在に支持されている。

0033

以上の構成による動作を図3を参照して説明する。まず、コイル8を例にとって説明すると、図3に示す状態において、コイル8の磁石に近い部分8aには磁石2aにより中心から外向きの磁束が、磁石に近い部分8bには磁石2bにより外部から中心部向きの磁束が作用している。このコイル8に給電部8eから矢印12a、12bの向きに電流を流すと、磁石に近い部分8aでは紙面の表面から裏面に押す力が、磁石に近い部分8bでは紙面の裏面から表面に押す力が作用する。一方、磁石から遠い部分8c、8dは、近い部分8a、8bに比べて鎖交磁束が相対的に少ないので、作用する力は小さい。かくして、矢印12a、12b向きに電流を流すと、コイル8には軸11に対して左部が紙面の裏面に、右部が紙面の表面に向けて回転する回転力が作用する。

0034

次に、コイル9に関しても、給電部9eから矢印13a、13bの向きに電流を流すと、コイル9には軸4に対して上部が紙面の裏面に、下部が紙面の表面に向けて回転する回転力が作用する。また、コイル8、9共に、電流の向きを逆にすれば回転力は逆に作用する。

0035

ここで、コイル8、9はともにフレーム10に固定されているので、コイル8、9に作用する力の反作用で、磁石2a、2bを固定した球面体1に回転力が作用し、コイル8、9に作用した力と逆向きに回転される。この2つの動きを各々任意の移動量だけ組み合わせれば、球面体1は上下左右に任意の方向に自在に回転させることができる。

0036

図4図5は、本実施形態の第1の変形例を示す。図4図5の例では、各コイル8、9の磁石から遠い部分8c、8d、9c、9dを、球面体1外面の磁石2a、2bに対して磁気的にシールドする磁気シールド14を配設している。このように、磁気シールド14を設けることで、各コイル8、9の磁石から遠い部分8c、8d、9c、9dに作用する力を減少させることができる。

0037

図6図7は、磁気シールドをヨーク15にて構成した本実施形態の第2の変形例を示す。円環状のヨーク15に球面体1が入り込むように配設されるとともに、このヨーク15に切欠15a〜15dが形成され、コイル8はこれらの切欠15a〜15dにて分割されたヨーク部15e〜15hに対して交互に内外に位置するように巻付けられ、コイル9はコイル8に対して内外関係が逆になるように巻付けられている。

0038

図8は、ヨーク15の形態を変化させた本実施形態の第3の変形例を示す。図8の例では、ヨーク部15e〜15hに筒状シールド16が形成され、この筒状シールド16にコイル8、9の磁石から遠い部分8c、8d、9c、9dを挿通している。これにより、コイル8、9の磁石から遠い部分8c、8d、9c、9dがヨーク部15e〜15hの磁石とは反対側に配置されるだけでなく、回りを囲まれることで、より完全にシールド効果が発揮される。

0039

(第3の実施形態)次に、本発明の駆動装置の第3の実施形態について、図9図10を参照して説明する。

0040

図9図10において、N極とS極の磁石2a、2bが外面に設置された球面体1の周囲に、磁石2a、2bを周回しない4つの環状コイル17、18、19、20がほぼ90度間隔で配置され、かつこれら環状コイル17、18、19、20の一部17a、18a、19a、20aは磁石2a、2bの近くに、残りの一部17b、18b、19b、20bは磁石2a、2bから遠く離して配置されている。

0041

以上の構成による動作を図10を参照して説明する。まず、コイル17、18を例にとって説明すると、図10に示す状態において、コイル17の磁石に近い部分17aには中心から外向きの磁束が、コイル18の磁石に近い部分18aには外部から中心向きの磁束が作用している。その状態でコイル17に給電部17cから矢印21a、21bの向きに電流を流すと、コイル17の磁石に近い部分17aでは紙面の表面から裏面に押す力、磁石から遠い部分17bでは紙面の裏面から表面に押す力が作用する。磁石から遠い部分17bは磁石に近い部分17aに比べて鎖交磁束が少ないので、作用する力は磁石から近い部分17aに比べて小さい。

0042

同様に、コイル18に給電部18cから矢印22a、22bの向きに電流を流すと、コイル18の磁石に近い部分18aでは紙面の裏面から表面に押す力、磁石から遠い部分18bでは紙面の表面から裏面に押す力が作用する。磁石から遠い部分18bは磁石に近い部分18aに比べて鎖交磁束が少ないので、作用する力は磁石から近い部分18aに比べて小さい。

0043

ここで、コイル17、18ともにフレーム10に固定されているので、コイル17、18に作用する力の反作用で、球面体1に回転力が作用し、コイル17、18に作用した力とは逆向きの力、すなわち図10の水平な軸4に対して球面体1の上部が紙面の表面側に、下部が紙面の裏面側に回転する力が作用する。

0044

コイル19、20に関しても、給電部19c、20cから矢印23a、23b及び24a、24bの向きに電流を流すと、上記と同様に力が作用し、コイル19、20共にフレーム10に固定されているので、これらコイル19、20に作用する力の反作用で、球面体1に回転力が作用し、コイル19、20に作用した力と逆向きに回転し、垂直な軸11に対し、左部が紙面の表面に、右部が紙面の裏面に向けて回転する回転力が作用する。

0045

この2つの動きを各々任意の移動量だけ組み合わせれば、球面体1は上下左右任意の方向に自在に回転させることができる。

0046

(第4の実施形態)次に、本発明の駆動装置の第4の実施形態について、図11を参照して説明する。

0047

図11において、上記第3の実施形態においては、球面体1の外面に磁石2a、2bとコイル17、18、19、20を配設したのに対して、本実施形態では球面体1の内面に磁石2a、2bと、コイル17、18、19、20を配設している。

0048

25は球面体1に配設したレンズ部、26は信号線、27は球面体1内でコイル17〜20を支持するフレーム、28はフレーム27の固定支持部材、29は巻線枠である。42はフレーム27と球面体1内面との間に介装されたボールであり、詳細は後述する。

0049

(第5の実施形態)次に、本発明の駆動装置の第5の実施形態について、図12図14を参照して説明する。

0050

図12図13において、球面体1の磁石2a、2bの境界線30を挟む位置において球面体1の周囲を囲むように、3つのコイル31、32、33が球面体1及び磁石2a、2bに対して隙間をあけて配設されている。

0051

ここで、コイル31に矢印34の向きに通電したときにコイル31から出る磁束は、コイル31の磁石と対向している面から反対面に向けて出ることになり、磁石2a、2bと対向している面がS極となるので、球面体1に装着されたN極の磁石2aが吸引され、S極の磁石2bは反発力を受け、球面体1は反時計回りの力を受ける。電流の向きを逆にすれば、この力は逆向きとなる。コイル32、33でも同様に通電の方向によって球面体1に作用する力の向きを制御することができる。この力を任意に組み合わせれば、球面体1は任意の3次元動作をさせることができる。

0052

なお、図12図13に示した例では3つのコイル31〜33を配設しているので、図14に示すように、通常の三相モータと同様のY結線とし、この3つのコイル31〜33に流す電流を正弦波的に制御し、球面体1に任意の動きをさせることも可能である。勿論、コイル31〜33はΔ結線としてもよい。なお、図14中、31a、31b、32a、32b、33a、33bは三相電流を制御するスイッチング素子である。

0053

(第6の実施形態)次に、本発明の駆動装置の第6の実施形態について、図15図16を参照して説明する。

0054

図15図16において、本実施形態では第1の実施形態における球面体1の内面側に、さらにそれぞれN極とS極に着磁された磁石2c、2dが装着され、その内側を周回するコイル35が配設されている。磁石2c、2dは、磁石2a、2bとは直交する境界線36で磁極が分かれている。境界線36は、軸11を通り軸4と直交する平面上に位置している。

0055

以上の構成による動作を説明すると、コイル3に給電部3aから矢印5a、5bの向きに電流を流せば、上述のように球面体1は軸4を中心に白抜き矢印し6aの向きに回転力を受ける。また、コイル35に給電部35aから矢印37a、37bの向きに電流を流すと、コイル35には磁石2c、2dとの作用で、図15のコイル35の手前の部分を左から右に回転させる力が作用し、コイル35は固定されているので、球面体1は矢印38の向きに回転力を受ける。

0056

コイル3、35共にこの電流の向きを逆にすれば、球面体1の受ける回転力も逆になる。これらの力を組み合わせれば、球面体1は任意の方向に回転させることができる。

0057

(第7の実施形態)次に、本発明の駆動装置の第7の実施形態について、図17を参照して説明する。本実施形態は、上記第2の実施形態における球面体1の支持構成の具体例である。

0058

図17において、29はコイル8、9の巻線枠で、フレーム10に連設されている。39は、軸11の部分のフレーム10と環状部材7の間に介装された弾性体のブレーキ材である。また、このブレーキ材39は、環状部材7と球面体1との間にも、スペーサ40を介して配設されている。

0059

以上の構成において、フレーム10と軸11による環状部材7の支持構成及び環状部材7と軸4による球面体1の支持構成は損失が少なく、効率が良いという特色があるが、その反面非通電時のように力が作用していない場合、信号線26のたわみや、球面体1の質量バランスによる重力作用のような外力によって動き易いという欠点があるが、本実施形態ではブレーキ材39があるため、球面体1はコイル非通電時にも回転することなく保持することができる。このブレーキ材39による摩擦力は、駆動装置の駆動力、外部から作用する力を案して適当に設定される。

0060

(第8の実施形態)次に、本発明の駆動装置の第8の実施形態について、図18を参照して説明する。本実施形態も、上記第2の実施形態における球面体1の支持構成の具体例であり、特に環状部材7を用いた構成程効率や耐久性には優れないが、もう少し簡便な球面体1の支持構成である。

0061

図18において、フレーム10の一部に窪み41を設け、この窪み41と球面体1との間にボール42を介装している。このボール42を球面体1とフレーム10の間に僅かに摩擦力が働く程度の嵌め合いに設定することにより、コイル8、9に通電がないときにも球面体1に静止力が働くことになる。また、コイル8、9に通電し、球面体1が運動する時には、ボール42がより摩擦力の大きい面で回転し、運動を助ける。勿論、このボール42の運動を完全なものにしたい時は、ボール42の巡回路をフレーム10又はその近傍に設ければよい。また、ボール42の巡回路は設けずに、ボール42をゴム質の弾性体で作成し、窪み41に嵌め合うだけにすれば、静止時のブレーキ効果を大きくでき、かつ一層簡便な構造とすることができる。

0062

(第9の実施形態)次に、本発明の駆動装置の第9の実施形態について、図19を参照して説明する。本実施形態は、上記第2の実施形態において3次元駆動を制御する際に必要となるセンサの具体例である。

0063

図19において、球面体1に接触する車輪43とこの車輪43と同軸に結合したセンサ44を設け、また車輪43と直交するように球面体1に接触する車輪45とこの車輪45と同軸に結合したセンサ46を設けている。

0064

センサ44、46は、例えばポテンショメータ光学式エンコーダ磁気式エンコーダレゾルバ等、角度を検出できるものであれば任意のものを使用できる。また、車輪43、45はゴム等の弾性体で構成するか、またはばね等で球面体1に押し付けるように設置すれば、車輪43又は45に対し、球面体1が直交する向きに回転するときは、車輪が球面体1から浮き上がるようになり、軸と直交する方向の回転を拾わない構造を実現できる。

0065

なお、本実施形態の説明では、車輪43、45、センサ44、46を球面体1の外面に配設した例のみを説明したが、図11に示した第4の実施形態や、図15図16に示した第6実施形態のように、球面体1の内面側にコイル17〜20や、コイル35を配設するような構成の場合に、球面体1の内面側に配設されるフレーム27にこれら車輪43、45、センサ44、46を配設してもよいことは言うまでもない。

0066

(第10の実施形態)次に、本発明の駆動装置の第10の実施形態について、図20図21を参照して説明する。本実施形態は、上記第2の実施形態において3次元駆動を制御する際に必要となる原点位置検出手段の具体例である。

0067

図20及び図21(a)に示すように、磁石2aの近傍で磁石2aとは逆極性に着磁された検出用磁石47と、同様に磁石2bの近傍で磁石2bとは逆極性に着磁された検出用磁石48が、球面体1の信号線26の取り出し部近傍に配設され、これと近接してフレーム10に検出器49、50が装着されている。また、図21(b)に示すように、検出器49は、検出用磁石47と磁石2aの2箇所をそれぞれ検出する検出手段49a、49b、49cを有している。検出器50は、検出用磁石48と磁石2bの2箇所を検出する検出手段50a、50b、50cを有している。検出器49、50は、例えばホール素子磁気抵抗素子で構成できる。

0068

以上の構成において、図21(b)に模式的に展開して示すように、検出器49の検出手段49aに検出用磁石47が、検出手段49b、49cに磁石2aが対向し、検出器50の検出手段50aに検出用磁石48が、検出手段50b、50cに磁石2bが対向したときを検出すれば、原点位置にあることを検出できる。勿論、検出用磁石と検出器は1組だけ用いる簡便な検出構成も可能である。

0069

以上の実施形態の説明では、球面体1の例についてのみ説明したが、球面体1に代えて多面体を用いることもできる。

0070

また、以上の実施形態の駆動装置は、小型で簡便な構造で、大きな駆動力を出すことができるので、例えば非常な小型化が要求される携帯電話などの携帯機器に設置されるカメラのレンズ駆動機構等に好適に適用できる。また、大型化も容易であるため、ロボット等の関節駆動装置としても使用できる。

発明の効果

0071

本発明の駆動装置によれば、以上の説明から明らかなように、球面体又は多面体の表面又は内面に2極に着磁された磁石を設け、これら磁石を周回する少なくとも1つ、3次元駆動する場合には2つ以上の環状コイルを設けるという、極く簡単な構成で、球面体又は多面体の全面にわたって駆動のためのコイル等を配置することなく、球面体または多面体を駆動することができる。このため、カメラ等を組み込んでも、レンズの配置や信号線の引き出し、及びそのレンズの動作の妨げとなることがない。また、コイルを静止側に配設できるので、ブラシ等の機械的な給電装置を必要とせず、ブラシレス構造にすることができ、簡単な構成で信頼性の高い駆動装置を提供できる。

0072

また、上記磁石を周回しない少なくとも2つの環状コイルを球面体または多面体の周囲に90°間隔で配置したり、3つの環状コイルを球面体または多面体の周囲に120°間隔で、その中間部が磁極の異なる磁石の境界線に近接するように配置しても、同様の作用効果を奏することができる。

0073

また、球面体又は多面体を軸回りに回転自在に支持する環状部材を設けたり、球面体又は多面体とフレームとの間にボールを配置することにより、球面体又は多面体を簡単な構成で3次元駆動可能に支持することができる。

図面の簡単な説明

0074

図1本発明の駆動装置の第1の実施形態の概略構成を示す斜視図である。
図2本発明の駆動装置の第2の実施形態の概略構成を示す斜視図である。
図3同実施形態の構成を正面から見た模式図である。
図4同実施形態の第1の変形例の概略構成を示す斜視図である。
図5同実施形態の第1の変形例の構成を正面から見た模式図である。
図6同実施形態の第2の変形例の概略構成を示す斜視図である。
図7同実施形態の第2の変形例の構成を正面から見た模式図である。
図8同実施形態の第3の変形例の要部の斜視図である。
図9本発明の駆動装置の第3の実施形態の概略構成を示す斜視図である。
図10同実施形態の構成を正面から見た模式図である。
図11本発明の駆動装置の第4の実施形態の概略構成を示す縦断側面図である。
図12本発明の駆動装置の第5の実施形態の概略構成を示す側面図である。
図13同実施形態の正面図である。
図14同実施形態のコイルの結線駆動回路を示す図である。
図15本発明の駆動装置の第6の実施形態の概略構成を示す斜視図である。
図16同実施形態の縦断側面図である。
図17本発明の駆動装置の第7の実施形態の概略構成を示す縦断側面図である。
図18本発明の駆動装置の第8の実施形態の概略構成を示す縦断側面図である。
図19本発明の駆動装置の第9の実施形態の概略構成を示す側面図である。
図20本発明の駆動装置の第10の実施形態の概略構成を示す縦断側面図である。
図21同実施形態の要部構成を示し、(a)は検出用磁石の配置状態を示す背面図、(b)は原点検出状態を展開して示す模式図である。

--

0075

1球面体
2a N極磁石
2b S極磁石
2c N極磁石
2d S極磁石
3コイル
8、9 コイル
14磁気シールド
15ヨーク
15a〜15d切欠
17〜20 コイル
25レンズ部
31〜33 コイル
35 コイル
39ブレーキ材
41 窪み
42ボール
43、45車輪
44、46センサ(回転角検出器)
47、48検出用磁石
49、50検出器(磁気検出手段)

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