特開 2023-149297 ボイスコイルモータ、レンズ鏡筒

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023149297

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】ボイスコイルモータ、レンズ鏡筒

(51)【国際特許分類】

   H02K 33/18 20060101AFI20231005BHJP

   G02B 7/04 20210101ALI20231005BHJP

   G02B 7/08 20210101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

H02K33/18 B

G02B7/04 E

G02B7/08 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022057794

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000131326

【氏名又は名称】株式会社シグマ

(72)【発明者】

【氏名】川崎 倫宏

(72)【発明者】

【氏名】福地 将

【テーマコード（参考）】

2H044

5H633

【Ｆターム（参考）】

2H044BE02

2H044BE10

2H044BE20

2H044DA01

2H044DB02

5H633BB02

5H633GG03

5H633GG04

5H633GG06

5H633GG07

5H633HH02

5H633HH05

5H633HH10

(57)【要約】

【課題】配置と推進の効率を向上させることで製品外径の増大を抑えたボイスコイルモータ、レンズ鏡筒を提供すること
【解決手段】第１ヨークと第２ヨークとマグネットとコイルを有するボイスコイルモータにおいて、前記第１ヨークは、前記コイルに挿通され、凸部を有する多角形状であり、前記コイルは、通電により前記第１ヨークに沿って移動し、前記第２ヨークは、前記凸部に沿って配置され、前記第１ヨーク側にマグネットを保持することを特徴とするボイスコイルモータ
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ヨークと第２ヨークとマグネットとコイルを有するボイスコイルモータにおいて、
前記第１ヨークは、前記コイルに挿通され、凸部を有する多角形状であり、
前記コイルは、通電により前記第１ヨークに沿って移動し、
前記第２ヨークは、前記凸部に沿って配置され、前記第１ヨーク側にマグネットを保持する
ことを特徴とするボイスコイルモータ。

【請求項2】

前記第１ヨークの断面形状は、凸多角形であることを特徴とする請求項１に記載のボイスコイルモータ。

【請求項3】

前記第１ヨークは、矩形のヨークを積み重ねた構成であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のボイスコイルモータ。

【請求項4】

前記第１ヨークは、前記矩形のヨークを前記コイルの移動方向に直交する方向に積み重ねる構成であり、前記第２ヨーク側に重ねるに従って、前記矩形のヨークの幅が狭くなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のボイスコイルモータ。

【請求項5】

前記第２ヨークと前記マグネットは、分割されることで前記凸部と正対することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載のボイスコイルモータ。

【請求項6】

前記コイルは、前記凸部に位置する前記第２ヨーク端部と前記マグネット端部を結ぶ前記第１ヨーク側の直線を範囲内に収まることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のボイスコイルモータ。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のボイスコイルモータと、
前記第２ヨークを保持するヨーク保持部材と、
前記コイルと係合するレンズ保持枠とを有し、
前記コイルへ通電することで前記レンズ保持枠を移動させることでレンズを移動させることを特徴とするレンズ鏡筒。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイスコイルモータ、レンズ鏡筒に関する。

【背景技術】

【0002】

デジタルカメラや交換レンズなど撮像装置は、野外へ持ち出して使用することが多いことから小型・軽量化の要望が高い。また、合焦速度の向上も要望が高い。

【0003】

加えて、最近は静止画の撮影だけでなく動画撮影も撮像装置の機能として求められる。動画撮影の場合、フォーカスレンズ駆動時の駆動音も撮影音として記録されてしまい好ましくない、従って、フォーカス駆動時の静音化も求められる。

【0004】

そこで、小型でありながら推力があり、フォーカス駆動時の駆動音も抑制されたアクチュエータとしてボイスコイルモータが挙げられる。

【0005】

しかし、合焦速度の向上やより大きなフォーカスレンズ群を駆動させるためには、ボイスコイルモータの推力向上が必要となる。しかし、ボイスコイルモータの推力向上を行おうとするとボイスコイルモータを構成する部材であるマグネットやヨークなどが大型化し重量も増加する。

【0006】

特許文献１は、ボイスコイルモータを構成するヨークにおいて、マグネットを保持する側のヨーク長辺を長くしたボイスコイルモータを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許６４５７７０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１に記載のボイスコイルモータは、マグネットを保持する側のヨーク長辺を長くしていることから、このボイスコイルモータを円筒形状内に納める場合、ヨーク配置径を大きくとる必要があるという課題を有する。

【0009】

次に、前述したようにヨーク長辺が長くなるほど、円筒とヨーク長辺にスペースが存在してしまう。このスペースは推力に寄与しないので構造上無駄なスペースを有するという課題を有する。

【0010】

これらの課題を有するボイスコイルモータを交換レンズなどに採用した場合、交換レンズなどの製品外径の増大につながり大型化してしまうという課題を有する。

【0011】

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、配置と推進の効率を向上させることで製品外径の増大を抑えたボイスコイルモータ、レンズ鏡筒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】

【0012】

上記課題を解決するために、本発明のボイスコイルモータは、第１ヨークと第２ヨークとマグネットとコイルを有するボイスコイルモータにおいて、前記第１ヨークは、前記コイルに挿通され、凸部を有する多角形状であり、前記コイルは、通電により前記第１ヨークに沿って移動し、前記第２ヨークは、前記凸部に沿って配置され、前記第１ヨーク側にマグネットを保持することを特徴とする。

【0013】

また、本発明のレンズ鏡筒は、前記ボイスコイルモータと、前記第２ヨークを保持するヨーク保持部材と、前記コイルと係合するレンズ保持枠とを有し、前記コイルへ通電することで前記レンズ保持枠を移動させることでレンズを移動させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、配置と推進の効率を向上させることで製品外径の増大を抑えたボイスコイルモータ、レンズ鏡筒を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例に係るボイスコイルモータを示す構成図

【図2】本発明の実施例に係るボイスコイルモータの断面図

【図3】本発明の実施例と従来例に係るボイスコイルモータの断面比較図

【図4】本発明の実施例に係る別実施形態のボイスコイルモータ断面図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付の図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。また、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

【0017】

図１は、本発明の一実施の形態に係るボイスコイルモータ１を示す構成図である。尚、図１は、本発明の説明を簡単にするために簡略化されている。図２は、図１の点線部分にて切断し、Ｋ側から見たボイスコイルモータ１の断面図である。図３は、中央に位置する点線Ｃの左側に図示した本願発明のボイルコイルモータ１と右側に図示した従来のボイスコイルモータのそれぞれの断面図を比較した図面である。図４は、本願発明の別実施形態を示すボイスコイルモータ１の断面図である。

【0018】

また、各図面のボイスコイルモータ１をレンズ鏡筒に納める場合、各図面上側がレンズ鏡筒の外径側となり、下側が内径側となり、図中のコイル１１に係合した不図示の移動レンズ群はレンズ内径側に位置することとなる。

【0019】

各図面に示すように、本願発明のボイスコイルモータ１は、第１ヨーク１０、コイル１１、マグネット１２、第２ヨーク１３、端部ヨーク１４を備える。

【0020】

第１ヨーク１０は、磁性体からなる。コイル１１の進行方向に垂直な面での断面形状は凸部を有する形状をしている。図１に記載の第１ヨーク１０は磁性体である矩形の鉄板を積み重ねることで構成される。

【0021】

コイル１１は、第１ヨーク１０の外周に沿った形状に銅線などの電線部材を繰り返し巻くことで形成される。コイル１１の進行方向に垂直な面での断面形状は凸部を有する多角形である。

【0022】

コイル１１とマグネット１２による磁場において、コイル１１への通電時に電磁力が発生する。駆動制御することでコイル１１は第１ヨーク１０に沿った方向つまり図１中の矢印方向に移動する。

【0023】

マグネット１２は、第２ヨーク１３の第１ヨーク１０側に固定される。

【0024】

第２ヨーク１３は、第１ヨーク１０と同様に磁性体からなる。第１ヨークの凸部側に配置される。本願実施例の第２ヨーク１３は、左右に分割して第１ヨーク１０の凸部に沿った配置となっている。

【0025】

端部ヨーク１４は、第１ヨーク１０や第２ヨーク１３と同様に磁性体からなる。第１ヨーク１０と第２ヨーク１３は、図１中の矢印方向に沿って平行な位置関係にあるので、端部ヨーク１４によって両者を連結する。具体的には、第１ヨーク１０と第２ヨーク１３はそれぞれ突出部を有し、端部ヨーク１４は、それぞれの突出部が嵌合する嵌合部を有する。第１ヨーク１０と第２ヨーク１３のそれぞれの突出部が端部ヨーク１４の嵌合部へ嵌合することで第１ヨーク１０と第２ヨーク１３は端部ヨーク１４と連結する。その結果、コイル１１とマグネット１２による磁束の漏れを減らした磁気回路が構成される。

【0026】

ここで、コイル１１について説明する。本願実施例のコイル１０は、第１ヨーク１０が挿通されており、第１ヨーク１０の外周を囲むように銅線が繰り返し巻かれたものであるので、凸部を有する形状となる。

【0027】

図２は、ボイスコイルモータ１をコイル１１の移動方向に垂直である図１の点線部分を含む断面図である。

【0028】

図２を用いてコイル１１を説明する。コイル１１の断面形状は、凸部を有する多角形であり、本願実施例のコイル１１の断面形状は凸部を有する五角形となる。ＬａとＬｅの辺から凸部が形成される。ＬｂとＬｄが側辺となり、Ｌｃが底辺となる。コイル１１に通電すると、Ｌａ→Ｌｂ→Ｌｃ→Ｌｄ→Ｌｅの順に流れる。また制御によって反対回りに流すことも可能である。

【0029】

コイル１１に流す電流の方向と生じる推力の関係は、磁場の向きが分かっているのでフレミング左手の法則が成り立つ。従って、コイル１１に生じさせたい推力に応じて電流の方向が決定する。いずれの方向の電流であっても、マグネット１２から生じる磁束に対して、凸部を形成するＬａとＬｅの辺から推力が生じる。同時に、凸部を形成するＬａとＬｅの辺に対して、第１ヨーク１０を介した位置に位置する底辺Ｌｃに流れる電流は前述の磁束に対して逆向きとなる。従って、底辺Ｌｃからは逆向きの推力が生じることとなる。

【0030】

次に、コイル１１に生じる推力を説明する。
コイルに生じる推力をＦ（Ｎ）、コイルに流れる電流をＩ（Ａ）、磁束密度をＢ（Ｔ）、磁束を通過するコイルの長さＬ（ｍ）とすると、以下の式が成り立つ。
Ｆ＝Ｉ×Ｂ×Ｌ （１）

【0031】

ここで、図３は本願発明と従来型のコイルである矩形形状のコイルの断面を比較した図である。本願実施例に用いるコイル１１も従来型のコイルも左右対称であるのでそれぞれの片側を用いて説明する。点線Ｃは、それぞれのコイルの線対称となる対称軸であり、左側は本願発明のコイル１１とマグネット１２と第２ヨーク１３を表し、右側は従来型の矩形形状のコイルに合わせてマグネット１２と第２ヨーク１３を配置した場合を表す。コイル１１の凸部に着目すると、推力が生じるマグネット１２とコイル１１の重なる部分の長さをＬ０、同様に従来型のコイルとマグネットの重なる部分の長さをＬ１とする。Ｌ０とＬ１は、Ｌ０を斜辺、Ｌ１を底辺とした直角三角形とすることが出来ることから、以下の式が成り立つ。
Ｌ０＞Ｌ１ （２）

【0032】

そうすると、各コイルに対する磁束密度をＢ、流れる電流をＩとした時、式（１）と式（２）から以下の式（３）が成り立つ。
Ｉ×Ｂ×Ｌ０＞Ｉ×Ｂ×Ｌ１ （３）

【0033】

これは、式（１）からわかるように発生する推力は、磁束が通過するコイルの長さに比例することがわかる。この長さは、従来型のコイルよりも本願発明のコイル１１の方が長いことが式（２）からもわかるので、本願発明のコイル１１に発生する推力は従来型のコイルに発生する推力よりも大きいことが式（３）から確認できる。

【0034】

次に、これまで述べてきたようにボイスコイルモータを駆動するためにコイルへ電流を流すと、各コイルのマグネット１２とヨーク側に位置する図３中のＬ０とＬ１部分からは推力が生じる。一方、前述したように本願発明のコイル１１も従来型のコイルも電線部材が繰り返し巻かれる構成となっているので、マグネット１２と第２ヨーク１３とは反対側に位置するコイルにも逆方向の電流が流れる。その結果、本願発明も従来型のコイルもマグネット１２と第２ヨーク１３の反対側の部分から逆方向の推力が発生する。

【0035】

ここで、それぞれのコイル内部に位置するヨークに着目する。本願発明のコイル１１と従来型のコイルを比較すると、本願発明のコイル１１の方がコイルに囲まれる空間が大きいことが図３からもわかる。そうすると、本願発明のコイル１１に囲まれる空間に図２に記載のように第１ヨーク１０を入れることが可能である。よって、第１ヨーク１０は、従来型のコイルに囲まれる空間に入れられるヨークよりも体積が大きくなる。つまり、本願発明のボイスコイルモータ１は、逆方向の推力を発生するコイルへ漏れる磁束が従来型のコイルを用いたボイスコイルモータよりも小さい。従って、本願発明のコイル１１の底辺（図２中のＬｃに該当）の磁束密度Ｂは従来型のコイルよりも小さくなる。

【0036】

よって、逆方向の推力の大きさも式（１）が成り立つことから。本願発明のコイル１１が生じる逆方向の推力は、従来型のコイルが生じる逆方向の推力よりも小さくなることがわかる。

【0037】

以上のことから、本願発明のボイスコイルモータは、従来型のコイルを用いたボイスコイルモータと比較すると、磁束を通過するコイルの長さを長くすることで発生する推力が大きくなり、コイルへ挿通するヨークの体積を大きくすることで逆方向の推力を生じさせるコイルへ漏れる磁束を小さくすることで逆方向の推力を小さくすることが可能となっている。

【0038】

また、図２に記載の第１ヨーク１０の断面は、凸部を有する多角形状であり、本願実施例の第１ヨーク１０は、矩形形状の鉄板を第２ヨーク１３側へ積み重ねた構成となっている。具体的には、第１ヨーク１０の挿通されるコイル１１の移動方向に垂直な面で切った断面図として、積み重ねた矩形形状の鉄板の幅は、第２ヨーク１３側へ重ねるにしたがって狭くなることで、第１ヨーク１０は凸部を有する形状となる。他にも、凸部形状に合わせるようにくの字形状の鉄板を重ねる構成としても問題ない。また、第１ヨーク１０を磁性体の一体物としても問題ない。具体的には、鉄の塊から削り出しの一体物でも可能である。

【0039】

図４は本願実施例とは異なる積み重ねを構成とする第１ヨーク１０の別実施例である。

【0040】

第１ヨーク１０の矩形形状の鉄板の積み方は、図４に記載されるようにマグネット１２側から鉄板の幅が狭くなるような積み方をしても問題ない。

【0041】

本願実施例のマグネット１２と第２ヨーク１３は第１ヨーク１０の凸部に沿うように左右に分割されているが、くの字に曲がるような一体物でも問題ない。しかし、本願実施例のようにマグネット１２と第２ヨーク１３を左右分割とすることで、一体物とするのに加工が面倒であったり、マグネットをくの字形状とすることで左右分割に比べて磁力が弱まるなどの課題を回避することが可能である。

【0042】

図４に記載のようにマグネット１２と第２ヨーク１３については、前述したように、コイル１１に生じる推力はコイル１１とマグネット１２が重なる部分の長さに比例するのでマグネット１２の長さをＬ４と設定することが一般的である。しかし、コイル１１は凸部を形成するＬ４の他にＬ５もＬ４と同様に磁束の影響を受ける為、推力が生じる。なお、Ｌ５部を通過する磁束の向きは、マグネット１２と第２ヨーク１３の設定次第で制御できる。

【0043】

具体的には、第２ヨーク１３とマグネット１２の端面を結んだ線を第１ヨーク１０側へ延長した線（図４中の点線）をコイル１１が含まれるようにマグネット１２と第２ヨーク１３の長さを設定する（図４中の点線（ａ）、（ｂ））。こうすることでコイル１１のＬ５にて生じる推力がＬ４で生じる推力と同じ方向になるように制御し、結果として本願発明のボイスコイルモータ１の推力を大きくすることが可能となる。

【0044】

これまで説明してきた本願発明のボイスコイルモータ１は、レンズ鏡筒へ用いることが可能である。具体的には、コイル１１を不図示の合焦レンズ群や変倍レンズ群である移動レンズ群のレンズ保持枠と係合させ、第２ヨーク１３をヨーク保持部材へ固定する。コイル１１への通電することで移動レンズ群はコイル１１と共に第１ヨーク１０に沿った方向へ移動するので、電流を制御することで移動レンズ群の駆動を制御することが可能である。

【0045】

また、本願発明のボイスコイルモータ１をレンズ鏡筒へ用いる場合、前述したようにコイル１１へ移動レンズ群を係合させるので、不図示の移動レンズ群の光軸は各図面に記載のコイル１１の下側に位置することとなる。従って、本願発明のボイスコイルモータをレンズ鏡筒に配置する場合、各図面のボイスコイルモータ１の下側がレンズ鏡筒内径側、上側がレンズ鏡筒外径側となる。

【0046】

レンズ鏡筒は円筒形となることから、レンズ鏡筒外径側に位置するヨーク保持部材は円弧状となる。図３に記載の円弧Ｒは、ヨーク保持部材を示す。ヨーク保持部材に保持される第２ヨーク１３は、効率的に配置するためには円弧Ｒに沿った配置とすることが望ましい。図３右側に記載のような従来型のボイスコイルモータは、コイルとヨーク保持部材を示す円弧Ｒの間に無駄な空間が生じてしまっている。一方、図３左側の本願発明のボイスコイルモータ１は、図３の円弧Ｒに沿って第２ヨーク１３とマグネット１２を配置することで無駄な空間を削減するとともに、前述したように生じさせる導体のコイル１１と磁束を発生させるマグネット１２の重なり合う長さを長くすることで生じる推力を増大することを実現する。

【0047】

また、各図面に記載の第１ヨーク１０の断面は、凸部を有する多角形の形状であり、薄型の矩形形状の鉄板を重ねた構成とすると、コイル１１の移動方向に垂直な方向を幅とすると重ねる鉄板の幅が異なることで段差が生じる。コイル１１は、第１ヨーク１０側の外周に沿うように銅線を繰り返し巻いて構成されるが、前述した第１ヨーク１０を鉄板を重ねた構成とした際に生じる段差にコイル１１の形状を合わせることなく段差の頂を直線で結んだ線と平行な直線としても問題ない。こうすることでコイル１１の加工の手間を削減することが可能である。

【0048】

さらに、本願発明はコイル１１の凸部を形成する辺で推力を生じさせる。本願実施例のコイル１１の凸部は２辺で形成され、レンズ内径側に位置する３辺から形成される凹型と組み合わせた、五角形となっている。しかし、凸部を３辺で形成しコイル１１を六角形としても問題ない。具体的には、凸部の３辺は正六角形上側の形状として、下側は図２に記載のＬｂ～Ｌｄの側辺と底辺の配置に組み合わせた形状としても問題ない。

【0049】

また、各図に記載の五角形のコイル１１や前述の六角形のＬｂ～Ｌｄの側辺と底辺の内角は直角となっているが、正五角形や正六角形であっても問題ない。

【0050】

さらには第１ヨーク１０のコイル１１の移動方向に垂直な面での断面形状は、凸部を有する多角形であり。より望ましくは、全ての内角が二直角より小さい多角形所謂凸多角形である。第１ヨーク１０の外周に沿ったコイル１１の形状も同様である。

【符号の説明】

【0051】

１ ボイスコイルモータ
１０ 第１ヨーク
１１ コイル
１２ マグネット
１３ 第２ヨーク
１４ 端部ヨーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】