專利名稱：驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用電機驅動光學元件或類似物的驅動裝置。
背景技術：
作為第一個傳統(tǒng)實例，例如，日本專利特許公開第2004-242453號已經提出了一種電機，該電機減小了轉動軸線方向上的尺寸并提高了輸出。
圖10表示第一傳統(tǒng)實例的電機的分解透視圖，圖11是圖10所示電機的縱向剖面圖。
參照圖10和11，第一傳統(tǒng)實例的電機包括圓筒形磁體106，它被沿著圓周方向分成N部分，這N部分被交替地極化成不同的磁極；轉子軸107，它固定在磁體106的內周邊上，并由軟磁性材料制成；第一線圈102，它沿著轉子軸107的軸向毗鄰磁體106設置；第一外磁極部101a，它由第一線圈102勵磁，延伸通過第一線圈102的內周邊，并設置成以預定角度范圍面向磁體106的外圍表面，從而在第一外磁極部101a與磁體106的外圍表面之間形成間隙；以及第二線圈104，它在轉子軸107的軸向上設置成毗鄰磁體106，并基本與第一線圈102位于同一平面上；以及第二外磁極部101b，它由第二線圈104勵磁，延伸通過第二線圈104的內周邊，并設置成以預定角度范圍面向磁體106的外圍表面，從而在第二外磁極部101b與磁體106的外圍表面之間形成間隙。第二外磁極部101b關于磁體106極化部分的相位從第一外磁極部101a關于磁體106極化部分的相位偏移(180/N)度。第一外磁極部101a、第二外磁極部101b以及在其一端將第一外磁極部101a和第二外磁極部101b連接起來的平板部101c構成整體化定子101。轉子軸107由連接在定子101上的軸承110和連接在蓋108上的軸承109可轉動地保持。
在這種電機中，通過切換第一線圈102和第二線圈104的通電方向以及改變第一外磁極部101a和第二外磁極部101b的極性來轉動轉子軸107。
在這種電機中，給線圈通電時產生的磁通通過磁體從外磁極部流向轉子軸(內磁極部)，或者通過磁體從從轉子軸(內磁極部)流向外磁極部，并有效地影響位于內外磁極部之間的磁體。另外，由于用轉子軸作為內磁極部，因而不必在磁體的內周邊與內磁極部之間設置氣隙。所以，外磁極部與內磁極部之間的間隙可設成很小的距離，并可減小包括外磁極部和內磁極部的磁路的阻力。因此，可用少量電流產生大量磁通，并提高輸出。另外，第一線圈和第二線圈基本在同一平面上設置在磁體附近，第一外磁極部和第二外磁極部設置成以不同的角度范圍面向同一磁體。因此，可以減小磁體的軸向尺寸，并能獲得減小了軸向尺寸的電機。另外，由于整體地形成兩個外磁極部，所以可減小兩個外磁極部之間的相對位置誤差，也可減小構件的個數(shù)。因此，可得到結構簡單的低成本電機。
然而，在上述第一傳統(tǒng)實例中，并未具體討論用于驅動光學構件或類似物的機構。
另一方面，作為第二傳統(tǒng)實例，例如，日本實用新型特許公開第2-71155號已經提出了一種應用電機來驅動從動件的位移裝置。
在該裝置中，用連接件將與螺桿軸相嚙合的嚙合件連接到從動件上，其中螺桿軸與電機相連，該連接件在驅動從動件的方向上具有剛性，而在與從動件的移動方向相垂直的方向上具有撓性。從動件跟隨嚙合件，而沒有在從動件被驅動的方向上的間隙。另外，即使當螺桿軸與保持從動件的導向件之間存在平行誤差時，也能通過彎曲該連接件來吸收誤差。
另外，作為第三傳統(tǒng)實例，例如，日本專利第2890689號已經提出了一種應用電機來驅動透鏡的透鏡驅動裝置。
該透鏡驅動裝置包括保持透鏡的透鏡框架；第一引導部件，它包括兩個導桿，用于保持透鏡框架，從而使透鏡框架能沿著光軸移動；驅動軸，它具有進給螺桿并與轉子軸成為一體；驅動件，它具有帶凹口的螺母，該螺母沿著圓周在180°或更小的范圍內與驅動軸上的進給螺桿相嚙合；以及第二引導部件，它包括單個導向桿，該導桿設置在電機附加件上并保持驅動件，從而使驅動件能與驅動軸平行地滑動并轉動。驅動件具有臂，該臂作為夾緊驅動軸的部件。驅動件和透鏡框架通過在光軸方向上無間隙而在與光軸垂直的方向上有間隙地插入而彼此嚙合。當驅動軸轉動時，驅動件和透鏡框架被沿著光軸一起驅動，透鏡因而被移動。
在上述第二傳統(tǒng)實例中，雖然電機和引導件必須被連接到另一元件上，但是未給出該附加結構的解釋說明。另外，嚙合件和從動件用連接件彼此連接，沒有從動件就不能構造線性驅動機構。更具體地說，當從動件被重新設計的時候，線性驅動機構也必須被重新設計。所以，設計負擔很沉重，難以將該結構應用在生產周期短的設備上。
相對而言，在上述第三傳統(tǒng)結構中，不需要與第二傳統(tǒng)實例中的從動件相應的透鏡和透鏡框架就能構造線性驅動機構。能獲得作為一個單元的線性驅動機構，該單元包括電機、具有進給螺桿并與電機成為整體的驅動軸、驅動件和第二引導部件。即使當透鏡和透鏡框架被重新設計時，也能使用作為線性驅動機構的單元，而無需對該單元做任何改變。
在第三傳統(tǒng)實例中，通過在光軸方向上無間隙而在與光軸垂直的方向上有間隙地插入使驅動件與透鏡框架彼此嚙合。對于沿光學方向上的嚙合，必須提供能克服透鏡和透鏡框架的重量的預定推進力以消除插入之后的間隙。另外，必須從與透鏡框架的光軸垂直的方向將電機單元連接到透鏡框架上。然而，如果插入位置即使很輕微地沿左右方向從最終安裝位置偏移，則會有扭轉力施加到元件上，在組裝后該扭轉力沿著光軸產生推進力，其影響透鏡框架的運動和載荷的傳遞。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種驅動裝置，該裝置使用軸向尺寸小的小型、低成本、高功率步進電機以高精度平穩(wěn)地驅動從動件。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，驅動裝置包括步進電機，其包括能繞一轉動軸線轉動的轉子、與轉子一起轉動的導桿、以及與導桿嚙合并包括具有一端部的輸出件的臺架，該端部是凸起的或至少部分呈球形的；導向件，它與導桿平行地設置；從動件，它由導向件保持并能夠線性移動；以及彈簧件，它連接到從動件上并將臺架連接到從動件，彈簧件包括將輸出件的端部推靠在從動件上的接合部。
彈簧件推動輸出件的端部的方向可以基本上與驅動從動件的方向相同。
另外，彈簧件的接合部可以包括圓孔或凹槽。另外，彈簧件可以連接在從動件上，從而可以在與驅動從動件的方向垂直的方向上調整彈簧件被連接的位置。
另外，步進電機可包括定子，它具有第一外磁極部和第二外磁極部，這兩個部分沿著所述轉動軸線延伸并在定子的兩端與定子整體結合在一起；轉子，它由軟磁性材料制成，設置在第一外磁極部和第二外磁極部之間，并在轉子一端由定子可轉動地保持，其中導桿插入在轉子與定子之間，并且一磁體連接在轉子的外周邊上；以及第一線圈和第二線圈，它們在沿著轉子轉動軸線的磁體和定子之間的區(qū)域內分別圍繞第一外磁極部和第二外磁極部纏繞。
另外，驅動裝置還可包括保持元件，它固定在定子上以覆蓋磁體的端部并保持導桿的端部，使導桿能夠轉動；以及臺架保持桿，它連接到保持元件上并支承臺架，使得臺架可以沿著與導桿軸線平行的方向移動。
根據(jù)上述結構，在用于驅動的步進電機中，磁體圍繞位于第一外磁極部和第二外磁極部之間的轉子固定。所以，增大了磁體的強度，并且內磁極部可形成在轉子中。所以，不必在磁體和內磁極部之間提供間隙，并能減小磁阻。因此，能增大電機的輸出。
另外，在上述步進電機中，只有沿著磁體外周邊的間隙才需要控制。所以，裝配容易并能減小電機的次品率。
另外，第一線圈和第二線圈在基本同一平面上毗鄰磁體設置，第一外磁極部和第二外磁極部設置成以不同角度范圍面向同一磁體。所以，能減小磁體的軸向尺寸，并提供減小了軸向尺寸的電機。
另外，由于兩個外磁極部整體形成，所以也可減小兩個外磁極部之間的相對位置誤差，還可減少構件的個數(shù)。因此，能提供具有簡單結構的低成本電機。
另外，在該步進電機中，轉子由定子和固定在定子上的保持元件保持。所以，可以減小其軸之間的位移。另外，可使磁體的外周邊表面與第一和第二外磁極部的內周邊表面之間的間隙變得均勻，從而能提高轉動的穩(wěn)定性。
另外，在步進電機中，線性驅動機構是組合式的，從而具有高的通用性。
步進電機和從動件由具有球形端部的輸出件以及具有孔的彈簧件彼此連接起來。所以，能吸收步進電機和從動件之間的相對位置誤差，并能穩(wěn)定地驅動從動件。
結果，提供一種驅動裝置，其使用軸向尺寸小的小型、低成本、高功率的步進電機以高精度平穩(wěn)地驅動從動件。
另外，彈簧件可以從與從動件被連接到其保持元件上的方向相同的方向連接到從動件上。因此，方便了裝配。
另外，通過彈簧件可以無間隙地將輸出件的端部推靠在從動件上，并能容易地定位彈簧件。
另外，即使當電機和從動件之間的相對位置包括與驅動方向垂直的方向上的誤差，也能通過調整彈簧件連接到從動件上的位置吸收該誤差。所以，當彈簧件連接到從動件上從而使臺架的輸出件的端部定位在彈簧件和從動件之間時，能防止從動件和臺架受到作為驅動負載的扭轉力。
根據(jù)以下參照附圖對示例性實施例的描述，本發(fā)明的其它特點會變得清楚。


圖1是表示包含在本發(fā)明實施例的驅動裝置內的步進電機的分解透視圖。
圖2是表示沿著穿過包含在步進電機內的兩個線圈的平面的圖1中所示步進電機的縱向剖面圖。
圖3是表示沿著穿過包含在步進電機內的兩個線圈之間的平面的圖1中所示步進電機的縱向剖面圖。
圖4是表示第一通電狀態(tài)中的圖1中所示的步進電機的內部結構的俯視圖。
圖5是表示第二通電狀態(tài)中的圖1中所示的步進電機的內部結構的俯視圖。
圖6是表示第三通電狀態(tài)中的圖1中所示的步進電機的內部結構的俯視圖。
圖7是表示第四通電狀態(tài)中的圖1中所示的步進電機的內部結構的俯視圖。
圖8是表示本發(fā)明實施例的驅動裝置的分解透視圖。
圖9是表示將包含在圖8中所示的驅動裝置內的步進電機連接到一個鏡筒上的連接單元的縱向剖面圖。
圖10是表示第一傳統(tǒng)現(xiàn)有技術實例的步進電機的分解透視圖。
圖11是表示圖10中所示步進電機的縱向剖面圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。
第一實施例圖1是表示包含在本發(fā)明第一實施例的驅動裝置內的步進電機的結構的分解透視圖。圖2是表示沿著穿過兩個線圈的平面的裝配狀態(tài)中的步進電機內部結構的縱向剖面圖。圖3是沿著穿過兩個線圈之間的平面的裝配狀態(tài)中的步進電機的內部結構的縱向剖面圖。
參照圖1至3，步進電機包括定子1、第一軸承2、第二軸承12、第一線圈3、第二線圈4、線軸5、磁體8、鐵心9、導桿軸10、角元件11和臺架15。
定子1由軟磁性材料制成，包括第一外磁極部1a、第二外磁極部1b、平板部1c、孔1d以及突起1e和1f。平板部1c是呈具有開度角θ的彎曲形狀的板狀部分(見圖4)?？?d形成于接收第一軸承2的平板部1c的中央。第一外磁極部1a和第二外磁極部1b具有梳齒形，并通過在平板部1c的兩端被簡單地彎曲使得第一外磁極部1a和第二外磁極部1b平行于導桿軸10而與平板部1c整體地形成。突起1e和1f分別在第一外磁極部1a和第二外磁極部1b的末端與第一外磁極部1a和第二外磁極部1b整體地形成。
在定子1中，第一外磁極部1a和第二外磁極部1b與平板部1c整體地形成。所以，第一外磁極部1a和第二外磁極部1b之間的相對誤差小，并能減小由于裝配而造成的步進電機之間的性能差異。
第一軸承2呈圓筒形，由軟磁性材料制成。第一軸承2在中央具有預定深度的軸孔2a，而在軸向上在第一軸承2的一端處具有固定部2b。導桿軸10裝配到第一軸承2中的軸孔2a上，固定部2b連接到在定子1中形成的孔1d上。因而，導桿軸10以可轉動的方式被支承。
線軸5包括第一線軸部5a、第二線軸部5b、蓋部5c和銷釘5d及5e。蓋部5c的形狀使得定子1的第一外磁極部1a和第二外磁極部1b可裝配于其中。蓋部5c位于定子1的平板部1c上，覆蓋磁體8的外周邊表面，并形成步進電機的一部分外殼。
第一線軸部5a與蓋部5c整體地形成，第一線圈3圍繞著第一線軸部5a纏繞。第一線軸部5a具有開口，第一外磁極部1a沿軸向在靠近平板部1c的位置裝配在該開口上。第二線軸部5b與蓋部5c整體地形成，第二線圈4圍繞著第二線軸5b纏繞。第二線軸部5b具有開口，第二外磁極部1b沿軸向在靠近平板部1c的位置裝配在該開口上。
與第一線圈3的線圈端連接的兩個尾銷6(僅示出一個)以及與第二線圈4的線圈端連接的兩個尾銷7設置在線軸5的蓋部5c的縱向端。另外，限定角元件11連接位置的兩個銷釘5d及5e設置在線軸5的蓋部5c的頂表面上。
第一線圈3在軸向上在磁體8和定子1的平板部1c之間的位置沿著第一外磁極部1a的外周邊纏繞在第一線軸部5a周圍。通過分別將位于第一線圈3的兩端處的線圈端與上述位于線軸5上的兩個尾銷6連接來給第一線圈3通電。因此，通過給第一線圈3通電使定子1的第一外磁極部1a被勵磁。
第二線圈4在軸向上在磁體8和定子1的平板部1c之間的位置沿著第二外磁極部1b的外周邊纏繞在第二線軸部5b周圍。通過分別將位于第二線圈4的兩端處的線圈端與上述位于線軸5上的兩個尾銷7連接來給第二線圈4通電。因此，通過給第二線圈4通電使定子1的第二外磁極部1b被勵磁。
第一線圈3和第二線圈4在定子1的平板部1c的頂表面上彼此相鄰設置。導桿軸10和第一軸承2在第一線圈3和第二線圈4之間的位置上彼此相鄰設置。因此，與兩個線圈和一磁體沿著電機的軸向以其間留有間隙的方式設置的結構相比，可以減小其軸向上的步進電機的尺寸。
磁體8呈圓筒形，并具有可裝配鐵心9的內周邊部分8a。磁體8被沿著圓周方向分成N部分(N是極的個數(shù))，這N部分交替地極化為S極和N極。在本實施例中，磁體8被分成6個極(極數(shù)是6)，這些極交替地被極化為S極和N極(見圖4)。磁體8的內周邊表面或者a)被極化成具有比外周邊表面弱的極化分布，或者b)完全未被極化，或者c)被極化成與外周邊表面極性相反(例如如果外周邊表面被極化成S極，則磁體8的內周邊表面被極化成N極)。
鐵心9呈圓筒形，由軟磁性材料制成。鐵心9具有導桿軸10可裝配于其上的孔9a，并通過粘附之類的方式固定在磁體8的內周邊部分8a上。磁體8和鐵心9在軸向上具有相同的尺寸，它們彼此固定使得沿軸向在兩端兩者的端面彼此齊平。
導桿軸10由軟磁性材料制成，并包括第一軸部10a、第二軸部10b和外螺紋部10c。第一軸部10a被裝配并固定于鐵心9的孔9a中，并且一端部從孔伸出，該端部具有凸起形或半球形，并由第一軸承2可轉動地保持。第二軸部10b具有凸起形或半球形端部，該端部由第二軸承12可轉動地支承。外螺紋部10c與臺架15上的突起15b嚙合，這在下面會描述到，使得臺架15在導桿軸10轉動時沿軸向線性地移動。
角元件11包括彼此整體形成的平頂板部11a、臂部11b、保持部11c。頂板部11a具有孔11d和11e、定位部11f和11g以及孔11h和11i。保持部11c具有孔11j和11k。
例如通過激光焊接、填縫等方式將位于定子1的第一外磁極部1a端部的突起1e以及位于定子1的第二外磁極部1b端部的突起1f分別插入形成于頂板部11a內的孔11d和11e，并固定在適當位置。臂部11b通過沿著頂板部11a的邊緣以直角(在與組裝狀態(tài)中的導桿軸10平行的方向上)彎曲而與頂板部11a整體地形成。保持部11c通過沿著臂部11b的邊緣以直角(沿平行于頂板部11a的方向)彎曲而與臂部11b整體地形成。
頂板部11a固定在定子1上，其固定方式使得線軸5保持在頂板部11a與定子1之間。線軸5上的銷釘5d和5e分別裝配于頂板部11a的定位部11f和11g上，從而使線軸5相對于頂板部11a定位?？?1h大約形成于頂板部11a的中央，且直徑大于導桿軸10的外螺紋部10c的外徑。
在本實施例中，導桿軸10和鐵心9作為分離的構件設置并彼此固定。但是，導桿軸10和鐵心9也可以作為單一構件彼此整體地形成。當導桿軸10和鐵心9作為分離的構件設置時，導桿軸10可以由像根據(jù)日本工業(yè)標準(JIS)的SUS這樣堅固并具有高抗磨性的材料制成，鐵心9可以由軟磁性材料制成，如根據(jù)JIS的SUY，其具有高的磁效率。當導桿軸10和鐵心9作為單一構件彼此整體形成時，由于減少了構件的數(shù)目因而可降低成本。另外，可提高鐵心9與導桿軸10之間的同軸性。
第二軸承12連接在形成于角元件11的保持部11c內的孔11k上。第二軸承12以可轉動的方式保持導桿軸10的第二軸部10b。
軸壓彈簧13連接在角元件11的保持部11c上。導桿軸10的第二軸部10b的凸起形或半球形端部由軸壓彈簧13推動，從而在軸向上偏壓導桿軸10。軸壓彈簧13也用作防止臺架保持桿14脫離。
臺架保持桿14連接在形成于頂板部11a內的孔11i上以及形成于角元件11的保持部11c內的孔11j上，并以可轉動的方式支承臺架15。
臺架15具有軸孔15a、突起15b、臂15c、輸出件15d和彈簧附加件15e。臺架保持桿14穿過軸孔15a插入并裝配于軸孔15a。突起15b與導桿軸10的外螺紋部10c嚙合。臂15c具有彈簧特性并保持位于臂15c與突起15b之間的導桿軸10的外螺紋部10c。臺架按壓彈簧16的第一端16a連接在臂15c上。輸出件15d在其端部具有凸起形或球形，并將導桿軸10的轉動作為驅動力傳遞至外部構件。臺架按壓彈簧16的第二端16b連接在彈簧附加件15e上。
臺架按壓彈簧16的第一端16a連接在臺架15的臂15c上，臺架按壓彈簧16的第二端16b連接在臺架15的彈簧附加件15e上。因此，臺架按壓彈簧16將臺架15的突起15b壓靠在導桿軸10的外螺紋部10c上。
通過使第一軸部10a的半球形端部與形成于第一軸承2內的孔2a的底面接觸，導桿軸10在軸向上定位。因此，防止當導桿軸10轉動時導桿軸10在軸向上移動，并提高了與導桿軸10的外螺紋部10c嚙合的臺架15沿軸向的進給精度。軸壓彈簧13也防止第二軸承12從形成于角元件11中的孔11k脫離。
定子1的第一外磁極部1a和第二外磁極部1b面向磁體8的外周邊表面，其間設有間隙。面向第一外磁極部1、導桿軸10和第一軸承2的鐵心9的一部分形成第一內磁極部。類似地，面向第二外磁極部1b、導桿軸10和第一軸承2的鐵心9的一部分形成第二內磁極部。
因此，當?shù)谝痪€圈3被通電時，第一外磁極部1a和第一內磁極部被勵磁為相反的極性，從而在磁極和磁體8之間產生穿過磁體8的磁通。類似地，當?shù)诙€圈4被通電時，第二外磁極部1b和第二內磁極部被勵磁為相反的極性，從而在磁極和磁體8之間產生穿過磁體8的磁通。
在本實施例中，不必在磁體8的內周邊與在磁體8中形成內磁極部的鐵心9之間提供氣隙。所以，可以減小第一外磁極部1a與鐵心9之間的距離以及第二外磁極部1b與鐵心9之間的距離。結果，可以減小包括第一線圈3、第一外磁極部1a和第一內磁極部的磁路的磁阻以及包括第二線圈4、第二外磁極部1b和第二內磁極部的磁路的磁阻。因此，能增大步進電機的輸出。
在本實施例中，第一內磁極部和第二內磁極部由鐵心9、導桿軸10和第一軸承2形成。因而，轉子也作為內磁極部。所以，可以降低制造成本。另外，通過在與平板部1c垂直的方向上彎曲第一外磁極部1a和第二外磁極部1b來簡單地形成定子1。所以，能容易地制造定子1，并可降低生產成本。
在本實施例中，由于磁體8固定在鐵心9的外周邊上，如圖2所示，磁體8具有高機械強度。另外，鐵心9作為減小磁體8的內周邊部分內的S極和N極之間的磁阻的襯墊金屬。因此，增加了磁路的磁導系數(shù)。所以，即使當在高溫環(huán)境中使用步進電機時，也能減小由于去磁造成的磁性退化。
在本實施例中，只有沿著磁體8外周邊的間隙需要控制。所以，能容易地裝配步進電機的各構件。
另外，在本實施例中，定子1的第一外磁極部1a和第二外磁極部1b具有梳齒形并沿步進電機的軸向延伸。所以，能減小步進電機的最大外徑(圖4中的L1)。
例如，如果外磁極部由在磁體的徑向上延伸的定子板形成，則磁體必須形成平面形狀并且線圈沿徑向纏繞。所以，即使能在軸向上減小步進電機的尺寸，其最大外徑也會增大。
相比較而言，根據(jù)本實施例，根據(jù)磁體8的直徑、第一外磁極部1a和第二外磁極部1b的厚度以及第一線圈3和第二線圈4的纏繞寬度來確定步進電機的最大外徑(圖4中的L1)。關于纏繞寬度，與第一軸承2毗鄰的第一線圈3和第二線圈4的部分在徑向上基本與磁體8在同一位置。所以，能減小步進電機的最大外徑。
在本實施例中，第一外磁極部1a和第二外磁極部1b呈在電機軸向上延伸的梳齒形。所以，能從一個方向(從圖1中的上面)裝配全部第一線圈3、第二線圈4、磁體8以及包括鐵心9和導桿軸10的轉子。因此，能方便裝配。
另外，根據(jù)本實施例，第一線圈3和第二線圈4兩者都纏繞在線軸5內，線軸5也作為覆蓋磁體8的外周邊表面的蓋。所以，與第一和第二線圈纏繞在不同的線軸周圍的情形或者蓋設置成分離的構件的情形相比，能減少構件的個數(shù)并降低成本。
另外，根據(jù)本實施例，步進電機的最小外徑(圖4中的L2)僅由磁體8的直徑和線軸5的蓋部5c的厚度來確定。所以，步進電機的最小外徑(圖4中的L2)可設成接近磁體8的外徑的數(shù)值。因而，能容易地減小步進電機的最小外徑。
另外，根據(jù)本實施例，角元件11具有保持導桿軸10、在軸向上覆蓋磁體8的端面以及在角元件與定子1之間固定線軸5的全部功能。
因此，與之后再將角元件連接到步進電機上的結構相比，能減少構件的個數(shù)并降低成本。另外，能進一步減小步進電機在軸向上的尺寸。
另外，在本實施例中，導桿軸10由定子1和固定在定子1上的角元件11保持。所以，能減小兩個保持元件的在同軸性方面的偏移。另外，能使磁體8的外周邊表面與第一外磁極部1a和第二外磁極部1b的內周邊表面之間的間隙變得均勻，從而可提高步進電機轉動的穩(wěn)定性。
另外，在本實施例中，導桿軸10是步進電機的轉動軸。所以，與例如導桿軸獨立于轉動軸設置的結構不同，不必將導桿軸連接到轉動軸上。因此，能避免當導桿軸與轉動軸結合在一起時產生中心位移。因而，能提高步進電機轉動的穩(wěn)定性并顯著降低成本。
另外，在本實施例中，步進電機包括與導桿軸10嚙合的臺架15及臺架保持桿14。所以，當經由導桿軸10輸出磁體8的轉動時，能將磁體8的轉動轉換成臺架15在軸向上的移動。所以，例如透鏡的線性運動的步進控制可由本實施例的步進電機來執(zhí)行，而無需使用如減速器這樣的附加機構。換言之，線性驅動機構可以被組合化。因此，本實施例的結構具有高的通用性。
下面將參加圖4至7描述包含在本實施例的驅動裝置中的步進電機的特點和操作。
首先，將描述步進電機的特點。
圖4是表示第一通電狀態(tài)中的步進電機的俯視圖。圖5是表示第二通電狀態(tài)中的步進電機的俯視圖。圖6是表示第三通電狀態(tài)中的步進電機的俯視圖。圖7是表示第四通電狀態(tài)中的步進電機的俯視圖。
參照圖4至7，磁體8的外周邊表面和內周邊表面沿著圓周方向以固定角度間隔分成多個部分(本實施例中是六個部分)，這些部分交替地極化為S極和N極。與極化為S極的沿著外周邊表面的部分相應的沿著內周邊表面的部分被極化為N極。相反，與極化為N極的沿著外周邊表面的部分相應的沿著內周邊表面的部分極化為S極。
如圖4所示，定子1的第一外磁極部1a和第二外磁極部1b的設置使得其相位圍繞磁體8的轉動中心彼此偏移θ。這里，θ確定為(180°-180°/N)，其中N是分區(qū)的數(shù)目。由于本實施例中N是6，所以計算出θ是150°。當θ設為(180°-180°/N)時，可減小圖4中所示的尺寸L2(步進電機的最小外徑)。
如上所述，定子1的第一外磁極部1a和第二外磁極部1b在與軸向垂直的方向上以不同的角度范圍(在彼此相差θ的位置)面向磁體8的同一表面(即外周邊表面)。所以，能減小軸向上磁體8的尺寸，也能減小軸向上的步進電機的尺寸。
關于上述結構的顯著特點，當考慮沿著磁體8的外周邊表面的某一部分時，在磁體8轉動時，該部分交替地受到由第一線圈3勵磁的第一外磁極部1a產生的磁通以及由第二線圈4勵磁的第二外磁極部1b產生的磁通的影響。由于第一外磁極部1a和第二外磁極部1b產生磁通從而影響磁體8的同一部分，能防止由于極化變化等產生的不利影響，并可確保步進電機的性能。
下面，將描述步進電機的操作。
在圖4所示的狀態(tài)中，沿正向給第一線圈3通電使得第一外磁極部1a被勵磁為N極，而第一內磁極部(面向第一外磁極部1a的鐵心9的一部分)被勵磁為S極。另外，沿正向給第二線圈4通電使得第二外磁極部1b被勵磁為N極，而第二內磁極部(面向第二外磁極部1b的鐵心9的一部分)被勵磁為S極(第一通電狀態(tài))。
下面，改變圖4所示的狀態(tài)，使得只有第二線圈4的通電方向反向，從而使第二外磁極部1b被勵磁為S極，第二內磁極部被勵磁為N極。因此，如圖5所示，磁體8順時針轉動30°(第二通電狀態(tài))。
下面，改變圖5所示的狀態(tài)使得第一線圈3的通電方向反向，從而使第一外磁極部1a被勵磁成S極，而第一內磁極部被勵磁為N極。因此，如圖6所示，磁體8繼續(xù)順時針轉動30°(第三通電狀態(tài))。
下面，改變圖6所示的狀態(tài)，使得只有第二線圈4的通電方向回復成正向，從而使第二外磁極部1b被勵磁成N極而第一內磁極部被勵磁為S極。因此，如圖7所示，磁體8繼續(xù)順時針轉動30°(第四通電狀態(tài))。
類似地，第一線圈3和第二線圈4的通電方向被接連地切換，使得第一外磁極部1a和第二外磁極部1b在不同的時刻被勵磁成S極和N極。因此，磁體8轉動到與通電相位相對應的位置。
如上所述，根據(jù)本實施例，在第一通電狀態(tài)中第一線圈3和第二線圈4均沿正向被通電。在第二通電狀態(tài)中，第一線圈3沿正向被通電，而第二線圈4沿反向被通電。在第三通電狀態(tài)中，第一線圈3和第二線圈4均沿反向被通電。在第四通電狀態(tài)中，第一線圈3沿反向被通電，而第二線圈4沿正向被通電。因而，通電狀態(tài)按以下順序被切換為第一通電狀態(tài)、第二通電狀態(tài)、第三通電狀態(tài)和第四通電狀態(tài)，從而轉動磁體8。
通電狀態(tài)也能以下述方式切換。即，在第五通電狀態(tài)中，第一線圈3和第二線圈4均沿正向被通電。在第六通電狀態(tài)中，第一線圈3沿正向被通電，而第二線圈4被設為非通電狀態(tài)。在第七通電狀態(tài)中，第一線圈3沿正向被通電，而第二線圈4沿反向被通電。在第八通電狀態(tài)中，第一線圈3設為非通電狀態(tài)，而第二線圈4沿反向被通電。因而，通電狀態(tài)也能按以下順序切換為第五通電狀態(tài)、第六通電狀態(tài)、第七通電狀態(tài)和第八通電狀態(tài)。因此，磁體8轉動到與通電相位相對應的位置。
下面，將描述磁體8、第一外磁極部1a和第二外磁極部1b之間的位置關系。
當通電狀態(tài)如上所述被切換為第一通電狀態(tài)、第二通電狀態(tài)、第三通電狀態(tài)和第四通電狀態(tài)時，交替地切換第一外磁極部1a和第二外磁極部1b的被勵磁成的磁極。
在圖4所示的狀態(tài)中，沿正向給第一線圈3通電，以將第一外磁極部1a勵磁為N極，從而使磁體8受到圖中順時針轉動的力，該力試圖將第一外磁極部1a的中心與磁體8的極化部分(S極部分)的中心對準。另外，沿正向給第二線圈4通電，以將第二外磁極部1b勵磁為N極，從而使磁體8也受到圖中逆時針轉動的力，該力試圖將第二外磁極部1b的中心與磁體8的極化部分(S極部分)的中心對準。
當兩個線圈都被通電時，施加到磁體8的轉動力彼此平衡，磁體8不移動。該狀態(tài)如圖4所示。當線圈接收等量的通電電流時，第一外磁極部1a的中心和磁體8的極化部分(S極部分)的中心之間的相位差以及第二外磁極部1b的中心和磁體8的極化部分(S極部分)的中心之間的相位差大約是15°。
當通過切換第二線圈4的通電方向改變圖4所示的狀態(tài)時，第二外磁極部1b被勵磁為S極，磁體8受到圖中順時針轉動的力，該力試圖使第二外磁極部1b的中心與磁體8的極化部分(N極部分)的中心對準。此時，由于第一線圈3的通電方向連續(xù)地設為正向，因而磁體8連續(xù)地受到順時針轉動的力，該力試圖將第一外磁極部1a的中心與磁體8的極化部分(S極部分)的中心對準。所以，磁體8開始從圖4所示的狀態(tài)順時針轉動。
當磁體8從圖4所示的狀態(tài)轉動大約15°時，第一外磁極部1a的中心與磁體8的極化部分(S極部分)的中心對準。此時，第二外磁極部1b的中心與磁體8的極化部分之間(S極部分與N極部分之間)的邊界對準，并產生使磁體8繼續(xù)順時針轉動的轉動力。然后，當磁體8從那種狀態(tài)繼續(xù)轉動大約15°時，即，當磁體8從圖4所示的狀態(tài)轉動大約30°時，由兩個線圈施加的轉動力彼此平衡，磁體8停止移動。該狀態(tài)如圖5所示。
然后，當?shù)谝痪€圈3的通電方向從圖5所示的狀態(tài)切換為反向時，第一外磁極部1a被勵磁成S極，磁體8受到圖中順時針的轉動力，該力試圖使第一外磁極部1a的中心與磁體8的極化部分(N極部分)的中心對準。此時，由于第二線圈4的通電方向連續(xù)地設為反向，所以磁體8連續(xù)地受到順時針轉動的力，該力試圖使第二外磁極部1b的中心與磁體8的極化部分(N極部分)的中心對準。所以，磁體8開始從圖5所示的狀態(tài)順時針轉動。
當磁體8從圖5所示的狀態(tài)轉動大約15°時，第二外磁極部1b的中心與磁體8的極化部分(N極部分)的中心對準。此時，第一外磁極部1a的中心與磁體8的極化部分之間(S極部分與N極部分之間)的邊界對準，并產生使磁體8繼續(xù)順時針轉動的轉動力。然后，當磁體8從那種狀態(tài)繼續(xù)轉動大約15°時，即，當磁體8從圖5所示的狀態(tài)轉動大約30°時，由兩個線圈施加的轉動力彼此平衡，磁體8停止運動。該狀態(tài)如圖6所示。
然后，當?shù)诙€圈4的通電方向從圖6所示的狀態(tài)切換為正向時，第二外磁極部1b被勵磁成N極，磁體8受到圖中順時針的轉動力，該力試圖使第二外磁極部1b的中心與磁體8的極化部分(S極部分)的中心對準。此時，由于第一線圈3的通電方向被連續(xù)地設為反向，所以磁體8連續(xù)地受到順時針轉動的力，該力試圖使第一外磁極部1a的中心與磁體8的極化部分(N極部分)的中心對準。所以，磁體8開始從圖6所示的狀態(tài)順時針轉動。
當磁體8從圖6所示的狀態(tài)轉動大約15°時，第一外磁極部1a的中心與磁體8的極化部分(N極部分)的中心對準。此時，第二外磁極部1b的中心與磁體8的極化部分之間(S極部分與N極部分之間)的邊界對準，并產生使磁體8繼續(xù)順時針轉動的轉動力。然后，當磁體8從那種狀態(tài)繼續(xù)轉動大約15°時，即，當磁體8從圖6所示的狀態(tài)轉動大約30°時，由兩個線圈施加的轉動力彼此平衡，磁體8停止運動。該狀態(tài)如圖7所示。
下面，將參照圖8和9描述包含在本實施例的驅動裝置中的步進電機與鏡筒之間的連接。
圖8是表示本實施例的驅動裝置的分解透視圖，圖9是表示將包含在圖8所示的驅動裝置內的步進電機與鏡筒彼此連接起來的連接單元的縱向剖面圖。
在圖8中，包含在本實施例的驅動裝置內的步進電機由M表示。
鏡筒18呈圓筒形，透鏡17設置在鏡筒18內。鏡筒18具有軸孔18a、突起18b、彈簧附加部18c和臺架接觸部18d。
鏡筒保持桿19穿過形成于鏡筒18內的軸孔18a被插入并保持鏡筒18，從而使鏡筒18能沿透鏡17的光軸方向運動。
鏡筒約束桿20裝配在鏡筒18上的突起18b上并阻止鏡筒18圍繞鏡筒保持桿19轉動。
因此，鏡筒18由鏡筒保持桿19和鏡筒約束桿20保持，從而使鏡筒18能沿光軸方向運動。
連接彈簧21是具有兩個孔21a和21b的片簧。
連接彈簧21由螺釘23和彈簧按壓元件22固定在鏡筒18的彈簧附加部18c上。
包含在步進電機M內的臺架15的輸出件15d在其一端具有球形部。當連接彈簧21固定在鏡筒18的彈簧附加部18c上時，定位連接彈簧21使得其內形成的孔21b與輸出件15d的球形部進行接觸。應用比其上固定透鏡17的鏡筒18的重量更大的力，連接彈簧21將臺架15的輸出件15d推靠在鏡筒18的臺架接觸部18d上。所以，當臺架15沿光軸方向線性運動時，其上固定著透鏡17的鏡筒18無延遲地跟隨臺架15并沿光軸方向線性運動。
連接彈簧21內形成的孔21a的直徑大于螺釘23的外徑，所以連接彈簧21連接到鏡筒18上的位置可以輕微地調整。當步進電機M與鏡筒18之間的相對位置包括與驅動方向(光軸方向)垂直的方向上的誤差時，調整連接彈簧21連接到鏡筒18上的位置，使得孔21b的整個圓周與輸出件15d的球形部進行接觸。因此，防止鏡筒18和臺架15受到作為驅動負載的扭轉力。
另外，形成于連接彈簧21內的孔21b呈圓形，該孔21b與輸出件15d的球形部進行接觸。因此，連接彈簧21能無間隙地將臺架15推靠在鏡筒18上，并能容易地定位連接彈簧21?？?1b沒有必要延伸通過連接彈簧21，只要孔21b具有圓形形狀即可，孔21b也可以形成為凹槽。由于使用上述連接結構，所以即使例如在臺架15和臺架保持桿14之間存在大的裝配間隙，該間隙也能被吸收，并能以高精度在光軸的方向上穩(wěn)定地驅動鏡筒18。所以，能減小臺架15和臺架保持桿14的裝配長度，并能以高精度沿光軸方向穩(wěn)定地驅動鏡筒18，即使在軸向上減小了步進電機M的尺寸。
當連接彈簧21被連接到鏡筒18上時，可以從光軸方向附加連接彈簧21，與將鏡筒18連接到鏡筒保持桿19上的過程類似。因此，方便了裝配。連接彈簧21可以被連接成在步進電機M從光軸方向被連接到鏡筒18上之后，輸出件15d位于連接彈簧21和鏡筒18之間?；蛘?，可從與光軸垂直的方向(從連接彈簧21這一側)連接步進電機M，使得在連接彈簧21連接到鏡筒18上之后，輸出件15d位于連接彈簧21和鏡筒18的臺架接觸部18d之間。因而，在裝配過程中有高的自由度。
另外，由于連接彈簧21具有其中形成孔的簡單板形，因而成本低。
如上所述，根據(jù)本實施例，包含在驅動裝置內的步進電機M的結構使得磁體8固定在設置于定子的第一外磁極部1a和第二外磁極部1b之間的轉子(導桿軸10和鐵心9)的外周邊上。所以，磁體8具有高機械強度。另外，轉子也用作內磁極部，并且不必在磁體8和內磁極部之間提供間隙。結果，能減小磁阻，并提高步進電機M的輸出。
步進電機M的結構使得其外徑僅由磁體8的直徑和線軸5的蓋部5c的厚度確定。另外，定子1的第一外磁極部1a和第二外磁極部1b形成為梳齒形，從而在步進電機M的軸向上延伸，第一線圈3和第二線圈4基本上設置在同一平面上。因此，可減小步進電機M的外徑及其軸向上的尺寸。因而，能減小步進電機M的整體尺寸。
另外，由于保持導桿軸10的角元件11覆蓋磁體8的端面，所以不必使用額外的頂板。而且，與角元件另外地安裝到步進電機上的結構相比，可減小步進電機M在軸向上的尺寸。因此，能減小步進電機M的尺寸并降低成本。
另外，由于導桿軸10由定子1和固定在定子1上的角元件11保持，因而能減小兩個保持元件在同軸性方面的偏移。因此，能使磁體的外周邊表面與第一和第二外磁極部的內周邊表面之間的間隙變得均勻，并提高步進電機M轉動的穩(wěn)定性。
另外，導桿軸10是步進電機M的轉動軸。所以，與其中例如導桿軸與轉動軸分別地設置的結構不同，不必將導桿軸連接到轉動軸上。因此，能避免當導桿軸和轉動軸連結在一起時產生的中心位移。因而能提高步進電機M轉動的穩(wěn)定性，并顯著降低成本。
另外，步進電機M包括臺架15和臺架保持桿14，從而當通過導桿軸10輸出磁體8的轉動時，能使磁體8的轉動轉換成臺架15沿軸向的運動。所以，例如透鏡的線性運動的步進控制可由步進電機M來執(zhí)行，而無需使用如減速器這樣的附加機構。
另外，根據(jù)本實施例，可輕微地調整連接彈簧21連接到鏡筒18上的位置。即使當步進電機M和鏡筒18之間的相對位置包括在與驅動方向(光軸方向)垂直的方向上的誤差時，也能通過調整連接彈簧21被連接的位置來防止鏡筒18和臺架15受到扭轉力。
另外，形成于連接彈簧21內的孔21a呈圓形，該孔21a與輸出件15d的球形部進行接觸。因此，可吸收間隙，并且由連接彈簧21無間隙地將臺架15推靠在鏡筒18上。另外，能容易地定位連接彈簧21，并以高精度沿光軸方向穩(wěn)定地驅動鏡筒18。
能從光軸方向或者從與光軸垂直的方向將步進電機M安裝到鏡筒18上。因此，在裝配過程中有高的自由度。
通過本實施例的結構獲得上述效果，從而提供一種驅動裝置，其使用軸向尺寸小的小型、低成本、高功率的步進電機以高精度平穩(wěn)地驅動光學構件。
其它實施例雖然用于光學構件的驅動裝置包括根據(jù)上述第一實施例的具有導桿的步進電機，但本發(fā)明不限于此。
雖然已經參照示例性的實施例描述了本發(fā)明，但是應當理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。將給予下面權利要求的范圍最寬的解釋，從而包含所有的改進、等同結構和功能。
權利要求
1.一種驅動裝置，包括步進電機，其包括能夠圍繞一轉動軸線轉動的轉子、與所述轉子一起轉動的導桿、以及臺架，所述臺架與所述導桿嚙合并包括一輸出件，所述輸出件具有凸起的或至少部分呈球形的端部；導向件，其與所述導桿平行地設置；從動件，其由所述導向件保持并能線性地運動；以及彈簧件，其連接在所述從動件上并將所述臺架連接到所述從動件上，其中，所述彈簧件包括一嚙合部，該嚙合部將所述輸出件的所述端部推靠在所述從動件上。
2.如權利要求1所述的驅動裝置，其中，所述彈簧件推動所述輸出件的所述端部的方向基本上與驅動所述從動件的方向相同。
3.如權利要求1所述的驅動裝置，其中，所述彈簧件的所述嚙合部包括圓孔或凹槽。
4.如權利要求2所述的驅動裝置，其中，所述彈簧件被連接在所述從動件上，從而在與驅動所述從動件的方向相垂直的方向上可調整所述彈簧件被連接的位置。
5.如權利要求1所述的驅動裝置，其中，所述步進電機包括定子，其具有第一外磁極部和第二外磁極部，這兩個部分沿著所述轉動軸線延伸，并在定子的兩端與定子整體結合；轉子，其由軟磁性材料制成并設置在所述第一外磁極部和所述第二外磁極部之間，并且所述轉子在其一端由所述定子可轉動地保持，其中所述導桿插入在轉子與定子之間，并且一磁體連接在所述轉子的外周邊上；以及第一線圈和第二線圈，其在沿著所述轉子的轉動軸線的磁體與定子之間的區(qū)域內分別圍繞第一外磁極部和第二外磁極部纏繞。
6.如權利要求5所述的驅動裝置，還包括保持元件，其固定在所述定子上以覆蓋所述磁體的一端部并保持所述導桿的一端部，從而使所述導桿能夠轉動；以及臺架保持桿，其連接在所述保持元件上并支承所述臺架，使得所述臺架可以沿著與所述導桿的軸線相平行的方向運動。
全文摘要
一種驅動裝置，包括具有導桿、臺架和臺架保持桿的步進電機；鏡筒；鏡筒保持桿；以及用于將臺架連接到鏡筒的連接彈簧。連接彈簧包括與臺架的球形輸出件嚙合的嚙合部。步進電機提供吸收相對位置誤差和間隙的一個結構，其中在該步進電機中，導桿和臺架彼此結合，并且鏡筒與步進電機彼此連接。
文檔編號G02B7/04GK1885691SQ200610094600
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月21日 優(yōu)先權日2005年6月21日
發(fā)明者水牧雅夫 申請人:佳能株式會社