アクチュエータ
【課題】簡単な構成で可動子の運動の自由度をある程度確保できるアクチュエータを提供する。
【解決手段】第１の固定子６０の一端部６５と他端部６６とは、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸をＹ軸回りで回転させた第１の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置される。また、第２の固定子７０の一端部７５と他端部７６とは、ＸＹＺ直交座標系において、Ｘ軸をＹ軸回りで第１の軸とは反対方向に回転させた第２の軸に沿って可動子を挟んで対向するように配置される。第３の固定子８０及び第４の固定子９０も同様に、それぞれが、Ｙ軸をＸ軸回りでそれぞれ反対方向に回転させた傾きを有する。
【解決手段】第１の固定子６０の一端部６５と他端部６６とは、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸をＹ軸回りで回転させた第１の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置される。また、第２の固定子７０の一端部７５と他端部７６とは、ＸＹＺ直交座標系において、Ｘ軸をＹ軸回りで第１の軸とは反対方向に回転させた第２の軸に沿って可動子を挟んで対向するように配置される。第３の固定子８０及び第４の固定子９０も同様に、それぞれが、Ｙ軸をＸ軸回りでそれぞれ反対方向に回転させた傾きを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータにおいて、多自由度の回転動作をするために、ロータに磁石を設置し、ステータにコイル等を設け、前記コイルを励磁することでロータを回転させることが従来技術として知られている（例えば、特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４５４５６号公報
【特許文献２】特開２００９−１３０９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のアクチュエータは、ロータ（可動子）が行う運動の自由度を高めるために、多数の磁石、コイル等をロータおよびステータに配置する必要があったので、その構造が複雑であった。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で可動子の運動の自由度をある程度確保できるアクチュエータ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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るアクチュエータは、
Ｓ極とＮ極との２つの磁極を有する外周面を備え、自転可能及び傾動可能に支持された可動子と、
それぞれが前記外周面に対向する８つの電磁石と、を備え、
前記８つの電磁石のうちの第１−１の電磁石と第１−２の電磁石とは、前記可動子が傾動していないときの前記可動子の自転軸をＺ軸とし、前記可動子の前記自転軸と傾動軸との交点を原点とした場合のＸＹＺ直交座標系において、前記ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸をＹ軸回りで回転させた第１の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第２−１の電磁石と第２−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｘ軸をＹ軸回りで前記第１の軸とは反対方向に回転させた第２の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第３−１の電磁石と第３−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｙ軸をＸ軸回りで回転させた第３の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第４−１の電磁石と第４−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｙ軸をＸ軸回りで前記第３の軸とは反対方向に回転させた第４の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るアクチュエータによれば、簡単な構成で可動子の運動の自由度をある程度確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るアクチュエータの概略斜視図である。
【図２】（ａ）は固定子と可動子との位置関係を説明するための図１のアクチュエータの要部平面図である。（ｂ）は固定子と可動子との位置関係を説明するための図１のアクチュエータの要部底面図である。（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は図１のアクチュエータの可動子が備える磁石の平面図である。（ｂ）は図１のアクチュエータの可動子の円筒状部材の拡大断面図である。
【図４】（ａ）は図１のアクチュエータに供給する駆動信号の一例を示す図である。（ｂ）は図１のアクチュエータに供給する駆動信号の一例を示す図である。
【図５】（ａ）は図１のアクチュエータの可動子が自転する様子を説明するための図であり、可動子及び各固定子それぞれの一部をＺ軸方向から見た模式図である。（ｂ）は図１のアクチュエータの可動子が傾動する様子を説明するための図であり、可動子及び各固定子それぞれの一部を断面として表した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態に係るアクチュエータ１００を、図１〜図５を参照して説明する。アクチュエータ１００は、例えば、カメラの固体撮像素子を搭載し、固体撮像素子の撮像方向を変化させるものである。
【００１０】
アクチュエータ１００は、図１及び図２に示すように、表側枠体１０と、裏側枠体２０と、収納ケース３０と、支持体４０と、可動子５０と、第１の固定子６０と、第２の固定子７０と、第３の固定子８０と、第４の固定子９０と、を備える。なお、下記の説明では、アクチュエータ１００に設定したＸＹＺ座標系に基づいて説明を行う。このＸＹＺ座標系は、可動子５０が傾動していない状態（詳しくは後述する）における可動子５０の自転軸をＺ軸に取った座標系である。ＸＹＺ座標系の原点Ｏは、可動子５０の自転軸と傾動軸との交点（詳しくは後述する。）とする。
【００１１】
表側枠体１０は、中央が貫通した略四角形の板状の枠体（例えば、金属製又は合成樹脂製）であり、表側スペーサ１２と裏側スペーサ１４とを備える。表側枠体１０は、ＸＹＺ座標系のＸ軸とＹ軸とによって構成される平面（ＸＹ平面）と平行になるように配置されている。表側スペーサ１２Ａは、表側枠体１０の一辺１０Ａの表面の略中央に配置されている。裏側スペーサ１４Ａは、表側枠体１０の一辺１０Ａの裏面の略中央に配置されている。なお、図１では省略されているが、表側スペーサ１２Ａと同様の表側スペーサ、及び、裏側スペーサ１４Ａと同様の裏側スペーサが、表側枠体１０の一辺１０Ｂ〜１０Ｄそれぞれの表面又は裏面の略中央にも形成されている。下記の説明では、一辺１０Ｂに形成された各スペーサを表側スペーサ１２Ｂ及び裏側スペーサ１４Ｂと言い、一辺１０Ｃに形成された各スペーサを表側スペーサ１２Ｃ及び裏側スペーサ１４Ｃと言い、一辺１０Ｄに形成された各スペーサを表側スペーサ１２Ｄ及び裏側スペーサ１４Ｄと言う。各スペーサは、第１の固定子６０と、第２の固定子７０と、第３の固定子８０と、第４の固定子９０とのそれぞれを傾かせるように案内する。つまり、これらスペーサは、各固定子６０〜９０をＸＹ平面に対して傾かせる。
【００１２】
裏側枠体２０は、略四角形の板状の枠体（例えば、金属製又は合成樹脂製）であり、四隅のネジＮ１乃至Ｎ４等によって表側枠体１０に固定されている。裏側枠体２０は、ＸＹ平面と平行になるように配置されている。表側枠体１０と裏側枠体２０とは、ネジＮ１乃至Ｎ４それぞれが中を通る４つの円筒状のスペーサを介して（ネジＮ１に対応するスペーサＳ１及びネジＮ２に対応するスペーサＳ２のみ図示）、間隔を空けて互いに固定されている。
【００１３】
収納ケース３０は、略直方体（直方体も含む）の箱体（例えば、合成樹脂製）であり、内部が空洞で表側が開口している（開口３１）。収納ケース３０は、裏側枠体２０の表側の面（表側枠体１０に対向する面）上に固定されている。収納ケース３０は、支持体４０及び可動子５０を内部に収納するものであり、可動子５０（後述の取り付け用部材５２）を開口３１から露出させる。
【００１４】
支持体４０（例えば、合成樹脂製）は、収納ケース３０の内部に配置され、可動子５０を自転可能かつ傾動可能に支持する。支持体４０は、収納ケース３０の底面の中央に位置し、球体４２と、前記底面から立設して球体４２を支持する柱４３と、から構成されている。球体４２は、柱４３の先端に配置されている。支持体４０は、例えば、収納ケース３０に設けられた嵌合孔３０ａに一端部が嵌合されることで配設され、他端部で球体４２を支持する。
【００１５】
支持体４０には貫通孔４０ａが形成されている。貫通孔４０ａは、図２（ｃ）に示すように、柱４３の底面から球体４２の中心部に向かって（つまり、Ｚ軸に沿って）形成され、柱４３と球体４２の略中心部を貫通する。貫通孔４０ａは、収納ケース３０外側の空間と収納ケース３０内部の空間とを連通するので、貫通孔４０ａ内に、可動子５０に取り付けられる固体撮像素子に一端部が接続され、他端部が収納ケース３０外側の外部装置（例えば、この外部装置は制御装置であり、裏側枠体２０に設けられている）と接続される配線を通すことが出来る。これにより、配線の一部を支持体４０で保護し、また、可動子５０が変位することによる不意な配線の絡まりを防止しつつも、可動子５０とともに変位する固体撮像素子に電力、制御信号等を供給するための配線を、容易に配設できる。支持体４０に取り付けられた可動子５０内には、貫通孔４０ａに連通する空間（図２（ｃ）参照）が設けられている。貫通孔４０ａからは配線が通され、その空間を通って固体撮像素子に接続される。これにより、可動子５０が傾動したとしても配線が可動子５０の動きに追従できるという良好な配線構造が可能である。なお、アクチュエータ１００の外部にある所定の装置に一端部が接続された配線を、表側枠体１０と裏側枠体２０との間から（Ｚ軸と略垂直方向から）通し、貫通孔４０ａを通過させるようにして、他端部を固体撮像素子と接続してもよい。また、裏側枠体２０に貫通孔４０ａと対応する孔が設けられ、この孔と支持体４０の貫通孔４０ａとを通過する配線が、固体撮像素子とアクチュエータ１００の外部にある所定の装置とを導通接続するようにしてもよい。以上のように、本実施形態に係る支持体４０は、可動子５０を支持する役割と、配線を接続先の装置に案内する役割とを併せ持つ。
【００１６】
可動子５０は、円筒状部材５１と、取り付け用部材５２（図２において、断面を表すハッチングを省略した。）とを備える。円筒状部材５１は、円筒状の部材であり、図３に示すように、その外周面５１ａ（球面状のように湾曲している。）がＳ極とＮ極との２極になるように構成されている。つまり、円筒状部材５１は、円筒状の磁石５１ｂを含む。本実施形態では、円筒状部材５１は、円筒状の芯５１ｃの外周面に円筒状の磁石５１ｂを嵌合させた形状となっている。円筒状部材５１の内壁面５１ｄには、球体４２の形状に合わせた凹み５１ｅが形成されており、この凹み５１ｅと球体４２とが摺動可能に嵌合する。これによって、可動子５０は、自転が出来、かつ、所定の角度まで傾動することが出来る。
取り付け用部材５２は、円筒状部材５１に固定されている。取り付け用部材５２には、前記の固体撮像素子が取り付けられる。円筒状部材５１と、取り付け用部材５２とは一体で変位するため、可動子５０の変位（自転又は傾動）によって、取り付け用部材５２に取り付けられた固体撮像素子も変位する。つまり、可動子５０を変位させることによって、固体撮像素子の撮像方向が変化する。また、取り付け用部材５２には、図１、図２（ｃ）に示すように、取付孔５２ａが設けられている。例えば、この取付孔５２ａに固体撮像素子の一部が挿入され、その一部が可動子５０内部に至り、前述した配線に導通接続される。その他、配線が貫通孔４０a及び取付孔５２aを通過し、固体撮像素子に接続されてもよい。
【００１７】
なお、本実施形態では、可動子５０は、外周面５１ａの径方向が前記ＸＹ平面と平行になる状態（水平状態）にあるときに、傾動していない状態になっているものとする。これによって、傾動していない状態における可動子５０の自転軸は、Ｚ軸上にあることになる。
【００１８】
第１の固定子６０は、略Ｃの字形状である。第１の固定子６０は、略Ｃの字形状の磁性体（コア）６１と、磁性体６１の両端部に設けられた二つのコイル６２及び６３と、を備える。コイル６２は、磁性体６１の一端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。コイル６３は、磁性体６１の他端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。
【００１９】
本実施形態では、第１の固定子６０において、コイル６２を含む一端部を一端部６５と呼び、コイル６３を含む他端部を他端部６６と呼ぶ。さらに、一端部６５と他端部６６とを繋ぐ部分（磁性体６１の、一端側の部分と他端側の部分とを繋ぐ部分）を接続部６７と呼ぶ。
【００２０】
ここで、一端部６５と他端部６６とは、その一部が収納ケース３０の側壁を貫通し、その内部に達しており、可動子５０を挟んで対向している。具体的には、第１の固定子の一端部６５の端面６５ａと他端部６６の端面６６ａとが、外周面５１ａに対向するとともに、可動子５０を挟んで対向している。また、一端部６５と他端部６６とは、それぞれ、表側スペーサ１２Ａと裏側スペーサ１４Ｂとに当接して案内されており、本実施形態では、Ｘ軸を、Ｙ軸を回転軸にしてα°の角度だけ傾けた第１の軸に沿って（第１の軸に重なる場合と第１の軸に平行となる場合の両者を含む。「沿って」について同じ。）延在している。本実施形態では、このような配置によって、一端部６５と他端部６６とは、前記第１の軸に沿って可動子５０を挟んで対向している。
【００２１】
第２の固定子７０は、略Ｃの字形状である。第２の固定子７０は、略Ｃの字形状の磁性体（コア）７１と、磁性体７１の両端部に設けられた二つのコイル７２及び７３と、を備える。コイル７２は、磁性体７１の一端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。コイル７３は、磁性体７１の他端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。
【００２２】
本実施形態では、第２の固定子７０において、コイル７２を含む一端部を一端部７５と呼び、コイル７３を含む他端部を他端部７６と呼ぶ。さらに、一端部７５と他端部７６とを繋ぐ部分（磁性体７１の、一端側の部分と他端側の部分とを繋ぐ部分）を接続部７７と呼ぶ。
【００２３】
ここで、一端部７５と他端部７６とは、その一部が収納ケース３０の側壁を貫通し、その内部に達しており、可動子５０を挟んで対向している。具体的には、第２の固定子の一端部７５の端面７５ａと他端部７６の端面７６ａとが、外周面５１ａに対向するとともに、可動子５０を挟んで対向している。また、一端部７５と他端部７６とは、それぞれ、表側スペーサ１２Ｂと裏側スペーサ１４Ａとに当接して案内されており、本実施形態では、Ｘ軸を、Ｙ軸を回転軸にして−α°の角度だけ傾けた（つまり、第１の固定子６０の場合とは反対方向に同じ大きさの角度だけ傾けた）第２の軸に沿って延在している。本実施形態では、このような配置によって、一端部７５と他端部７６とは、前記第２の軸に沿って可動子５０を挟んで対向している。
【００２４】
第３の固定子８０は、略Ｃの字形状である。第３の固定子８０は、略Ｃの字形状の磁性体（コア）８１と、磁性体８１の両端部に設けられた二つのコイル８２及び８３と、を備える。コイル８２は、磁性体８１の一端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。コイル８３は、磁性体８１の他端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。
【００２５】
本実施形態では、第３の固定子８０において、コイル８２を含む一端部を一端部８５と呼び、コイル８３を含む他端部を他端部８６と呼ぶ。さらに、一端部８５と他端部８６とを繋ぐ部分（磁性体８１の、一端側の部分と他端側の部分とを繋ぐ部分）を接続部８７と呼ぶ。
【００２６】
ここで、一端部８５と他端部８６とは、その一部が収納ケース３０の側壁を貫通し、その内部に達しており、可動子５０を挟んで対向している。具体的には、第３の固定子の一端部８５の端面８５ａと他端部８６の端面８６ａとが、外周面５１ａに対向するとともに、可動子５０を挟んで対向している。また、一端部８５と他端部８６とは、それぞれ、表側スペーサ１２Ｃと裏側スペーサ１４Ｄとに当接して案内されており、本実施形態では、Ｙ軸を、Ｘ軸を回転軸にしてα°の角度だけ傾けた（つまり、第１の固定子６０の場合と同じ方向に同じ大きさの角度だけ傾けた）第３の軸に沿って延在している。本実施形態では、このような配置によって、一端部８５と他端部８６とは、前記第３の軸に沿って可動子５０を挟んで対向している。
【００２７】
第４の固定子９０は、略Ｃの字形状である。第４の固定子９０は、略Ｃの字形状の磁性体（コア）９１と、磁性体９１の両端部に設けられた二つのコイル９２及び９３と、を備える。コイル９２は、磁性体９１の一端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。コイル９３は、磁性体９１の他端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。
【００２８】
本実施形態では、第４の固定子９０において、コイル９２を含む一端部を一端部９５と呼び、コイル９３を含む他端部を他端部９６と呼ぶ。さらに、一端部９５と他端部９６とを繋ぐ部分（磁性体９１の、一端側の部分と他端側の部分とを繋ぐ部分）を接続部９７と呼ぶ。
【００２９】
ここで、一端部９５と他端部９６とは、その一部が収納ケース３０の側壁を貫通し、その内部に達しており、可動子５０を挟んで対向している。具体的には、第４の固定子の一端部９５の端面９５ａと他端部９６の端面９６ａとが、外周面５１ａに対向するとともに、可動子５０を挟んで対向している。また、一端部９５と他端部９６とは、それぞれ、表側スペーサ１２Ｄと裏側スペーサ１４Ｃとに当接して案内されており、本実施形態では、Ｙ軸を、Ｘ軸を回転軸にして−α°の角度だけ傾けた（つまり、第３の固定子８０の場合とは反対方向に同じ大きさの角度だけ傾けた）第４の軸に沿って延在している。本実施形態では、このような配置によって、一端部９５と他端部９６とは、前記第４の軸に沿って可動子５０を挟んで対向している。
【００３０】
なお、第１の固定子６０、第２の固定子７０、第３の固定子８０、第４の固定子９０は、それぞれ、例えば、可動子５０の部分が開放されている環状（円環状や多角形の環状を含む。）の形状のように、一端部と他端部とが対向し（少なくとも両端面が対向する状態であればよい）、一端部と他端部とが接続部で接続されている形状であればよい。なお、第１の固定子６０と第２の固定子７０とは、開放している部分が反対方向を向くように配置されている。つまり、接続部６７の位置と接続部７７の位置とが可動子５０を挟んで反対側に位置するように、第１の固定子６０と第２の固定子７０とは配置されている。また、第３の固定子８０と第４の固定子９０とは、開放している部分が反対方向を向くように配置されている。つまり、接続部８７の位置と接続部９７の位置とが可動子５０を挟んで反対側に位置するように、第３の固定子８０と第４の固定子９０とは配置されている。このような配置によって、アクチュエータ１００のサイズはコンパクトになる。
【００３１】
次に、アクチュータ１００の動作について説明する。まず、図４（ａ）を参照し、Ｚ軸を自転軸（回転軸）として可動子５０を自転させる場合（つまり、可動子５０を傾動させていない状態で自転させる場合）について説明する。
【００３２】
ここでは、第１の固定子６０のコイル６２及び６３に正弦波の交流電流（駆動信号Ａ）を流す。第２の固定子７０のコイル７２及び７３に正弦波の交流電流（駆動信号Ｃ）を流す。第３の固定子８０のコイル８２及び８３に余弦波の交流電流（駆動信号Ｂ）を流す。第４の固定子９０のコイル９２及び９３に余弦波の交流電流（駆動信号Ｄ）を流す。また、各駆動信号Ａ乃至Ｄにおいて、ピーク時（正のピーク時及び負のピーク時）の電流の値は同じである。
【００３３】
なお、コイル６２及び６３には共通の駆動信号Ａが供給されるので、コイル６２及び６３は、駆動信号Ａが供給された場合（同方向の電流が流れた場合）、磁性体６１に同じ向きの磁束が発生するように、磁性体６１に巻回されている。このようなコイルの巻回し方向は、第２乃至第４の固定子７０、８０、９０それぞれの二つのコイルについても同様である。また、駆動信号Ａ及びＣは、同じ正弦波の信号なので、コイル６２及び６３の巻回しの方向とコイル７２及び７３の巻回しの方向とは、各コイルに同じ信号が供給されたときに、第１の固定子６０の一端部６５の端面６５ａ（又は他端部６６の端面６６ａ）と第２の固定子７０の他端部７６の端面７６ａ（又は一端部７５の端面７５ａ）とが同じ磁極になるような方向になっている。また、駆動信号Ｂ及びＤは、同じ余弦波の信号なので、コイル８２及び８３の巻回しの方向とコイル９２及び９３の巻回しの方向とは、各コイルに同じ信号が供給されたときに、第３の固定子８０の一端部８５の端面８５ａ（又は他端部８６の端面８６ａ）と第４の固定子９０の他端部９６の端面９６ａ（又は一端部９５の端面９５ａ）とが同じ磁極になるような方向になっている。
【００３４】
初期状態（０［ｒａｄ］の時）では、駆動信号Ｂ及び駆動信号Ｄの電流値は正のピークの値になっているが、駆動信号Ａ及び駆動信号Ｃの電流値は０［Ａ］である。このため、第３及び第４の固定子８０、９０が磁力を発生する。これにより、可動子５０は、この磁力の方向に沿った向きに向いている。また、第３及び第４の固定子８０、９０には、同じ値の電流が流れているので、第３及び第４の固定子８０、９０が発生させている磁力の大きさは同じである。つまり、可動子５０は、第３の固定子８０と第４の固定子９０との間で釣り合い、このため、可動子５０は、自転軸がＺ軸と重なっており、傾動していない状態になっている。例えば、一端部８５及び他端部９６側がＳ極になるとすると、他端部８６及び一端部９５側はＮ極になり、外周面５１ａにおけるＮ極の部分が端面８５ａ及び端面９６ａに対向し、外周面５１ａにおけるＳ極の部分が端面８６ａ及び端面９５ａに対向する。
【００３５】
第２の状態（π／２［ｒａｄ］の時）では、駆動信号Ｂ及び駆動信号Ｄの電流値は０［Ａ］であり、駆動信号Ａ及び駆動信号Ｃの電流値は正のピークの値になっている。このため、第１及び第２の固定子６０、７０が磁力を発生する。これにより、可動子５０は、この磁力の方向に沿った向きに向いている。また、第１及び第２の固定子６０、７０には、同じ値の電流が流れているので、第１及び第２の固定子６０、７０が発生させている磁力の大きさは同じである。つまり、可動子５０は、第１の固定子６０と第２の固定子７０との間で釣り合い、このため、可動子５０は、自転軸がＺ軸と重なっており、傾動していない状態になっている。例えば、一端部６５及び他端部７６側がＳ極になるとすると、他端部６６及び一端部７５側はＮ極になり、外周面５１ａにおけるＳ極の部分が端面６５ａ及び端面７６ａに対向し、外周面５１ａにおけるＮ極の部分が端面６６ａ及び端面７５ａに対向する。
【００３６】
初期状態から第２の状態への移り変わりの期間においては、駆動信号Ｂ及び駆動信号Ｄの電流値が徐々に減少し、駆動信号Ａ及び駆動信号Ｃの電流値が徐々に増加している。このため、第３及び第４の固定子８０、９０が発生される磁力が徐々に減り、第１及び第２の固定子６０、７０が発生される磁力が徐々に増えるため、可動子５０の向き（自転の回転角）は、第３及び第４の固定子８０、９０が発生される磁力の方向に沿った向きから、第１及び第２の固定子６０、７０が発生される磁力の方向に沿った向きに徐々に変化していく。このような様子を図５（ａ）に示す。図５（ａ）の場合では、可動子５０は左回りに回転している。初期状態から第２の状態の間においては、可動子５０は、Ｚ軸回りで４５°自転する。
【００３７】
第３の状態（π［ｒａｄ］の時）は、駆動信号Ｂ及び駆動信号Ｄの電流値は負のピークの値になっているが、駆動信号Ａ及び駆動信号Ｃの電流値は０［Ａ］である。この場合、第３及び第４の固定子８０、９０が発生させる磁力は、初期状態のときと反対なので、可動子５０は、初期状態のときと反対側の方向に向く。
【００３８】
第４の状態（３π／２［ｒａｄ］の時）は、駆動信号Ｂ及び駆動信号Ｄの電流値は０［Ａ］になっているが、駆動信号Ａ及び駆動信号Ｃの電流値は負のピーク値である。この場合、第１及び第２の固定子６０、７０が発生させる磁力は、第２の状態のときと反対なので、可動子５０は、第２の状態のときと反対側の方向に向く。
【００３９】
第５の状態（２π［ｒａｄ］の時）は、初期状態と同じ状態なので、可動子５０は、初期状態のときと同じ方向に向く。
【００４０】
第２の状態から第５の状態までの間において、各状態の間では、初期状態から第２の状態までの間と同じように、可動子５０は徐々に向きを変えていく（つまり、自転する）。
【００４１】
以上から、上記初期状態から第５の状態のときまでで、可動子５０は、３６０°自転する（つまり、一回転する）。なお、可動子５０の自転軸は、球体４２の中心を通る。
【００４２】
次に、図４（ｂ）を参照し、可動子５０を傾動させた状態で自転させる場合（つまり、可動子５０を傾動させていない状態で自転させる場合）について説明する。なお、各コイルの巻回し方向等は、図４（ａ）の場合と同じである。図４（ｂ）の場合と図４（ａ）の場合とでは駆動信号が異なる。駆動信号Ａ及びＣは、両者ともに正弦波の信号であるが、正のピーク値及び負のピーク値が異なる。具体的には、駆動信号Ａのピーク値の絶対値の方が駆動信号Ｃのピーク値の絶対値よりも大きい（｜Ｉａ｜＞｜Ｉｃ｜）。駆動信号Ｂ及びＤは、両者ともに余弦波の信号であるが、正のピーク値及び負のピーク値が異なる。具体的には、駆動信号Ｂのピーク値の絶対値の方が駆動信号Ｄのピーク値の絶対値よりも大きい（｜Ｉｂ｜＞｜Ｉｄ｜）。なお、ここでは、｜Ｉａ｜＝｜Ｉｂ｜、｜Ｉｃ｜＝｜Ｉｄ｜とする。
【００４３】
このような場合、ピーク値の絶対値が大きい方の駆動信号が供給されるコイルを有する固定子の磁力の方が前記絶対値が小さい方の駆動信号が供給されるコイルを有する固定子の磁力よりも大きくなるので、可動子５０は、より大きい磁力の固定子の端面に引かれるので、可動子５０は傾動することになる。なお、可動子５０は、球体４２の中心を通り、かつ、外周面５１ａの磁極の境界に含まれる傾動軸を中心に傾動する。つまり、傾動していないときの可動子５０の自転軸と、可動子５０の傾動軸とは、ＸＹＺ軸座標系の原点Ｏにおいて交差している。例えば、初期状態において、一端部８５及び他端部９６側がＳ極になるとすると（各他端部はＮ極になる。）、外周面５１ａにおけるＮ極の部分が端面８５ａにより引かれ、外周面５１ａにおけるＳ極の部分が端面８６ａにより引かれるので、可動子５０はＸＹ平面に対して、第３の固定子８０（一端部８５と他端部８６）と同じ向きに傾動する（図５（ｂ）参照）。
【００４４】
図４（ｂ）の場合と図４（ａ）の場合とでは、各ピーク値の絶対値が所定の駆動信号同士で同じであるか、異なるかの違いだけであるので、図４（ｂ）のような各駆動信号Ａ乃至Ｄでは、可動子５０は、傾動軸を軸にして傾いたまま、Ｚ軸を回転軸として自転する。
【００４５】
上記で説明したように、各固定子のコイルに流す電流を制御することで（例えば、アクチュエータ１００が備える図視しない制御部によって制御される。）、可動子５０を自転させたり、傾動させたりすることが出来るので、可動子５０を二軸回りで回転させることができ、可動子５０を所望の方向に向けることが出来る。このため、可動子５０に取り付けた撮像素子の撮像方向も所望の向きにすることが出来る。特に本実施形態では、可動子５０の磁極が２極のみであり、電磁石が４つのみであるので、アクチュエータ１００は、可動子５０の運動の自由度をある程度確保しつつ、簡単な構造となっている。特に、本実施形態では、部品点数が少ないので、製造コストを抑えることも出来る。
【００４６】
なお、本発明の範囲は上記実施形態（図面の記載も含む。）によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない限り、上記実施形態に様々な変形を加えることができるのはもちろんである。例えば、上記では、１つの固定子が二つのコイルを備えているが、コイルは１つであってもよい。コイルが１つだと電流の制御が簡単になる。また、コイルは、１つの固定子について三つ以上であってもよい。また、上記一端部と他端部とをそれぞれ独立した電磁石としてもよい。例えば、第１の固定子６０において、接続部６７を設けず、一端部６５及び他端部６６をそれぞれ電磁石としてもよい。また、アクチュエータ１００が変位させるものは、固体撮像素子に限らず、他の物であってもよい。例えば、固体撮像素子の代わりに、マイク等のセンシングデバイスを可動子５０に取り付けてもよい。このような場合、上記固体撮像素子の撮像方向はセンシングデバイスのセンシング方向になる。例えば、上記アクチュエータ１００では、可動子５０に取り付けたセンシングデバイスのセンシング方向も所望の向きにすることが出来る。また、センシングデバイスを可動子５０に取り付ける場合であっても、上記の支持体４０の貫通孔４０ａによって、配線を容易に配設でき、また、配線が可動子５０の動きに追従できるという良好な配線構造が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００ アクチュエータ
１０ 表側枠体
２０ 裏側枠体
３０ 収納ケース
４０ 支持体
５０ 可動子
５１ａ 外周面
６０ 第１の固定子
７０ 第２の固定子
８０ 第３の固定子
９０ 第４の固定子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータにおいて、多自由度の回転動作をするために、ロータに磁石を設置し、ステータにコイル等を設け、前記コイルを励磁することでロータを回転させることが従来技術として知られている（例えば、特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４５４５６号公報
【特許文献２】特開２００９−１３０９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のアクチュエータは、ロータ（可動子）が行う運動の自由度を高めるために、多数の磁石、コイル等をロータおよびステータに配置する必要があったので、その構造が複雑であった。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で可動子の運動の自由度をある程度確保できるアクチュエータ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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るアクチュエータは、
Ｓ極とＮ極との２つの磁極を有する外周面を備え、自転可能及び傾動可能に支持された可動子と、
それぞれが前記外周面に対向する８つの電磁石と、を備え、
前記８つの電磁石のうちの第１−１の電磁石と第１−２の電磁石とは、前記可動子が傾動していないときの前記可動子の自転軸をＺ軸とし、前記可動子の前記自転軸と傾動軸との交点を原点とした場合のＸＹＺ直交座標系において、前記ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸をＹ軸回りで回転させた第１の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第２−１の電磁石と第２−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｘ軸をＹ軸回りで前記第１の軸とは反対方向に回転させた第２の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第３−１の電磁石と第３−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｙ軸をＸ軸回りで回転させた第３の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第４−１の電磁石と第４−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｙ軸をＸ軸回りで前記第３の軸とは反対方向に回転させた第４の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るアクチュエータによれば、簡単な構成で可動子の運動の自由度をある程度確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るアクチュエータの概略斜視図である。
【図２】（ａ）は固定子と可動子との位置関係を説明するための図１のアクチュエータの要部平面図である。（ｂ）は固定子と可動子との位置関係を説明するための図１のアクチュエータの要部底面図である。（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は図１のアクチュエータの可動子が備える磁石の平面図である。（ｂ）は図１のアクチュエータの可動子の円筒状部材の拡大断面図である。
【図４】（ａ）は図１のアクチュエータに供給する駆動信号の一例を示す図である。（ｂ）は図１のアクチュエータに供給する駆動信号の一例を示す図である。
【図５】（ａ）は図１のアクチュエータの可動子が自転する様子を説明するための図であり、可動子及び各固定子それぞれの一部をＺ軸方向から見た模式図である。（ｂ）は図１のアクチュエータの可動子が傾動する様子を説明するための図であり、可動子及び各固定子それぞれの一部を断面として表した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態に係るアクチュエータ１００を、図１〜図５を参照して説明する。アクチュエータ１００は、例えば、カメラの固体撮像素子を搭載し、固体撮像素子の撮像方向を変化させるものである。
【００１０】
アクチュエータ１００は、図１及び図２に示すように、表側枠体１０と、裏側枠体２０と、収納ケース３０と、支持体４０と、可動子５０と、第１の固定子６０と、第２の固定子７０と、第３の固定子８０と、第４の固定子９０と、を備える。なお、下記の説明では、アクチュエータ１００に設定したＸＹＺ座標系に基づいて説明を行う。このＸＹＺ座標系は、可動子５０が傾動していない状態（詳しくは後述する）における可動子５０の自転軸をＺ軸に取った座標系である。ＸＹＺ座標系の原点Ｏは、可動子５０の自転軸と傾動軸との交点（詳しくは後述する。）とする。
【００１１】
表側枠体１０は、中央が貫通した略四角形の板状の枠体（例えば、金属製又は合成樹脂製）であり、表側スペーサ１２と裏側スペーサ１４とを備える。表側枠体１０は、ＸＹＺ座標系のＸ軸とＹ軸とによって構成される平面（ＸＹ平面）と平行になるように配置されている。表側スペーサ１２Ａは、表側枠体１０の一辺１０Ａの表面の略中央に配置されている。裏側スペーサ１４Ａは、表側枠体１０の一辺１０Ａの裏面の略中央に配置されている。なお、図１では省略されているが、表側スペーサ１２Ａと同様の表側スペーサ、及び、裏側スペーサ１４Ａと同様の裏側スペーサが、表側枠体１０の一辺１０Ｂ〜１０Ｄそれぞれの表面又は裏面の略中央にも形成されている。下記の説明では、一辺１０Ｂに形成された各スペーサを表側スペーサ１２Ｂ及び裏側スペーサ１４Ｂと言い、一辺１０Ｃに形成された各スペーサを表側スペーサ１２Ｃ及び裏側スペーサ１４Ｃと言い、一辺１０Ｄに形成された各スペーサを表側スペーサ１２Ｄ及び裏側スペーサ１４Ｄと言う。各スペーサは、第１の固定子６０と、第２の固定子７０と、第３の固定子８０と、第４の固定子９０とのそれぞれを傾かせるように案内する。つまり、これらスペーサは、各固定子６０〜９０をＸＹ平面に対して傾かせる。
【００１２】
裏側枠体２０は、略四角形の板状の枠体（例えば、金属製又は合成樹脂製）であり、四隅のネジＮ１乃至Ｎ４等によって表側枠体１０に固定されている。裏側枠体２０は、ＸＹ平面と平行になるように配置されている。表側枠体１０と裏側枠体２０とは、ネジＮ１乃至Ｎ４それぞれが中を通る４つの円筒状のスペーサを介して（ネジＮ１に対応するスペーサＳ１及びネジＮ２に対応するスペーサＳ２のみ図示）、間隔を空けて互いに固定されている。
【００１３】
収納ケース３０は、略直方体（直方体も含む）の箱体（例えば、合成樹脂製）であり、内部が空洞で表側が開口している（開口３１）。収納ケース３０は、裏側枠体２０の表側の面（表側枠体１０に対向する面）上に固定されている。収納ケース３０は、支持体４０及び可動子５０を内部に収納するものであり、可動子５０（後述の取り付け用部材５２）を開口３１から露出させる。
【００１４】
支持体４０（例えば、合成樹脂製）は、収納ケース３０の内部に配置され、可動子５０を自転可能かつ傾動可能に支持する。支持体４０は、収納ケース３０の底面の中央に位置し、球体４２と、前記底面から立設して球体４２を支持する柱４３と、から構成されている。球体４２は、柱４３の先端に配置されている。支持体４０は、例えば、収納ケース３０に設けられた嵌合孔３０ａに一端部が嵌合されることで配設され、他端部で球体４２を支持する。
【００１５】
支持体４０には貫通孔４０ａが形成されている。貫通孔４０ａは、図２（ｃ）に示すように、柱４３の底面から球体４２の中心部に向かって（つまり、Ｚ軸に沿って）形成され、柱４３と球体４２の略中心部を貫通する。貫通孔４０ａは、収納ケース３０外側の空間と収納ケース３０内部の空間とを連通するので、貫通孔４０ａ内に、可動子５０に取り付けられる固体撮像素子に一端部が接続され、他端部が収納ケース３０外側の外部装置（例えば、この外部装置は制御装置であり、裏側枠体２０に設けられている）と接続される配線を通すことが出来る。これにより、配線の一部を支持体４０で保護し、また、可動子５０が変位することによる不意な配線の絡まりを防止しつつも、可動子５０とともに変位する固体撮像素子に電力、制御信号等を供給するための配線を、容易に配設できる。支持体４０に取り付けられた可動子５０内には、貫通孔４０ａに連通する空間（図２（ｃ）参照）が設けられている。貫通孔４０ａからは配線が通され、その空間を通って固体撮像素子に接続される。これにより、可動子５０が傾動したとしても配線が可動子５０の動きに追従できるという良好な配線構造が可能である。なお、アクチュエータ１００の外部にある所定の装置に一端部が接続された配線を、表側枠体１０と裏側枠体２０との間から（Ｚ軸と略垂直方向から）通し、貫通孔４０ａを通過させるようにして、他端部を固体撮像素子と接続してもよい。また、裏側枠体２０に貫通孔４０ａと対応する孔が設けられ、この孔と支持体４０の貫通孔４０ａとを通過する配線が、固体撮像素子とアクチュエータ１００の外部にある所定の装置とを導通接続するようにしてもよい。以上のように、本実施形態に係る支持体４０は、可動子５０を支持する役割と、配線を接続先の装置に案内する役割とを併せ持つ。
【００１６】
可動子５０は、円筒状部材５１と、取り付け用部材５２（図２において、断面を表すハッチングを省略した。）とを備える。円筒状部材５１は、円筒状の部材であり、図３に示すように、その外周面５１ａ（球面状のように湾曲している。）がＳ極とＮ極との２極になるように構成されている。つまり、円筒状部材５１は、円筒状の磁石５１ｂを含む。本実施形態では、円筒状部材５１は、円筒状の芯５１ｃの外周面に円筒状の磁石５１ｂを嵌合させた形状となっている。円筒状部材５１の内壁面５１ｄには、球体４２の形状に合わせた凹み５１ｅが形成されており、この凹み５１ｅと球体４２とが摺動可能に嵌合する。これによって、可動子５０は、自転が出来、かつ、所定の角度まで傾動することが出来る。
取り付け用部材５２は、円筒状部材５１に固定されている。取り付け用部材５２には、前記の固体撮像素子が取り付けられる。円筒状部材５１と、取り付け用部材５２とは一体で変位するため、可動子５０の変位（自転又は傾動）によって、取り付け用部材５２に取り付けられた固体撮像素子も変位する。つまり、可動子５０を変位させることによって、固体撮像素子の撮像方向が変化する。また、取り付け用部材５２には、図１、図２（ｃ）に示すように、取付孔５２ａが設けられている。例えば、この取付孔５２ａに固体撮像素子の一部が挿入され、その一部が可動子５０内部に至り、前述した配線に導通接続される。その他、配線が貫通孔４０a及び取付孔５２aを通過し、固体撮像素子に接続されてもよい。
【００１７】
なお、本実施形態では、可動子５０は、外周面５１ａの径方向が前記ＸＹ平面と平行になる状態（水平状態）にあるときに、傾動していない状態になっているものとする。これによって、傾動していない状態における可動子５０の自転軸は、Ｚ軸上にあることになる。
【００１８】
第１の固定子６０は、略Ｃの字形状である。第１の固定子６０は、略Ｃの字形状の磁性体（コア）６１と、磁性体６１の両端部に設けられた二つのコイル６２及び６３と、を備える。コイル６２は、磁性体６１の一端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。コイル６３は、磁性体６１の他端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。
【００１９】
本実施形態では、第１の固定子６０において、コイル６２を含む一端部を一端部６５と呼び、コイル６３を含む他端部を他端部６６と呼ぶ。さらに、一端部６５と他端部６６とを繋ぐ部分（磁性体６１の、一端側の部分と他端側の部分とを繋ぐ部分）を接続部６７と呼ぶ。
【００２０】
ここで、一端部６５と他端部６６とは、その一部が収納ケース３０の側壁を貫通し、その内部に達しており、可動子５０を挟んで対向している。具体的には、第１の固定子の一端部６５の端面６５ａと他端部６６の端面６６ａとが、外周面５１ａに対向するとともに、可動子５０を挟んで対向している。また、一端部６５と他端部６６とは、それぞれ、表側スペーサ１２Ａと裏側スペーサ１４Ｂとに当接して案内されており、本実施形態では、Ｘ軸を、Ｙ軸を回転軸にしてα°の角度だけ傾けた第１の軸に沿って（第１の軸に重なる場合と第１の軸に平行となる場合の両者を含む。「沿って」について同じ。）延在している。本実施形態では、このような配置によって、一端部６５と他端部６６とは、前記第１の軸に沿って可動子５０を挟んで対向している。
【００２１】
第２の固定子７０は、略Ｃの字形状である。第２の固定子７０は、略Ｃの字形状の磁性体（コア）７１と、磁性体７１の両端部に設けられた二つのコイル７２及び７３と、を備える。コイル７２は、磁性体７１の一端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。コイル７３は、磁性体７１の他端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。
【００２２】
本実施形態では、第２の固定子７０において、コイル７２を含む一端部を一端部７５と呼び、コイル７３を含む他端部を他端部７６と呼ぶ。さらに、一端部７５と他端部７６とを繋ぐ部分（磁性体７１の、一端側の部分と他端側の部分とを繋ぐ部分）を接続部７７と呼ぶ。
【００２３】
ここで、一端部７５と他端部７６とは、その一部が収納ケース３０の側壁を貫通し、その内部に達しており、可動子５０を挟んで対向している。具体的には、第２の固定子の一端部７５の端面７５ａと他端部７６の端面７６ａとが、外周面５１ａに対向するとともに、可動子５０を挟んで対向している。また、一端部７５と他端部７６とは、それぞれ、表側スペーサ１２Ｂと裏側スペーサ１４Ａとに当接して案内されており、本実施形態では、Ｘ軸を、Ｙ軸を回転軸にして−α°の角度だけ傾けた（つまり、第１の固定子６０の場合とは反対方向に同じ大きさの角度だけ傾けた）第２の軸に沿って延在している。本実施形態では、このような配置によって、一端部７５と他端部７６とは、前記第２の軸に沿って可動子５０を挟んで対向している。
【００２４】
第３の固定子８０は、略Ｃの字形状である。第３の固定子８０は、略Ｃの字形状の磁性体（コア）８１と、磁性体８１の両端部に設けられた二つのコイル８２及び８３と、を備える。コイル８２は、磁性体８１の一端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。コイル８３は、磁性体８１の他端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。
【００２５】
本実施形態では、第３の固定子８０において、コイル８２を含む一端部を一端部８５と呼び、コイル８３を含む他端部を他端部８６と呼ぶ。さらに、一端部８５と他端部８６とを繋ぐ部分（磁性体８１の、一端側の部分と他端側の部分とを繋ぐ部分）を接続部８７と呼ぶ。
【００２６】
ここで、一端部８５と他端部８６とは、その一部が収納ケース３０の側壁を貫通し、その内部に達しており、可動子５０を挟んで対向している。具体的には、第３の固定子の一端部８５の端面８５ａと他端部８６の端面８６ａとが、外周面５１ａに対向するとともに、可動子５０を挟んで対向している。また、一端部８５と他端部８６とは、それぞれ、表側スペーサ１２Ｃと裏側スペーサ１４Ｄとに当接して案内されており、本実施形態では、Ｙ軸を、Ｘ軸を回転軸にしてα°の角度だけ傾けた（つまり、第１の固定子６０の場合と同じ方向に同じ大きさの角度だけ傾けた）第３の軸に沿って延在している。本実施形態では、このような配置によって、一端部８５と他端部８６とは、前記第３の軸に沿って可動子５０を挟んで対向している。
【００２７】
第４の固定子９０は、略Ｃの字形状である。第４の固定子９０は、略Ｃの字形状の磁性体（コア）９１と、磁性体９１の両端部に設けられた二つのコイル９２及び９３と、を備える。コイル９２は、磁性体９１の一端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。コイル９３は、磁性体９１の他端側の部分に巻回されたコイルであり、絶縁性のカバーで適宜被覆されている。
【００２８】
本実施形態では、第４の固定子９０において、コイル９２を含む一端部を一端部９５と呼び、コイル９３を含む他端部を他端部９６と呼ぶ。さらに、一端部９５と他端部９６とを繋ぐ部分（磁性体９１の、一端側の部分と他端側の部分とを繋ぐ部分）を接続部９７と呼ぶ。
【００２９】
ここで、一端部９５と他端部９６とは、その一部が収納ケース３０の側壁を貫通し、その内部に達しており、可動子５０を挟んで対向している。具体的には、第４の固定子の一端部９５の端面９５ａと他端部９６の端面９６ａとが、外周面５１ａに対向するとともに、可動子５０を挟んで対向している。また、一端部９５と他端部９６とは、それぞれ、表側スペーサ１２Ｄと裏側スペーサ１４Ｃとに当接して案内されており、本実施形態では、Ｙ軸を、Ｘ軸を回転軸にして−α°の角度だけ傾けた（つまり、第３の固定子８０の場合とは反対方向に同じ大きさの角度だけ傾けた）第４の軸に沿って延在している。本実施形態では、このような配置によって、一端部９５と他端部９６とは、前記第４の軸に沿って可動子５０を挟んで対向している。
【００３０】
なお、第１の固定子６０、第２の固定子７０、第３の固定子８０、第４の固定子９０は、それぞれ、例えば、可動子５０の部分が開放されている環状（円環状や多角形の環状を含む。）の形状のように、一端部と他端部とが対向し（少なくとも両端面が対向する状態であればよい）、一端部と他端部とが接続部で接続されている形状であればよい。なお、第１の固定子６０と第２の固定子７０とは、開放している部分が反対方向を向くように配置されている。つまり、接続部６７の位置と接続部７７の位置とが可動子５０を挟んで反対側に位置するように、第１の固定子６０と第２の固定子７０とは配置されている。また、第３の固定子８０と第４の固定子９０とは、開放している部分が反対方向を向くように配置されている。つまり、接続部８７の位置と接続部９７の位置とが可動子５０を挟んで反対側に位置するように、第３の固定子８０と第４の固定子９０とは配置されている。このような配置によって、アクチュエータ１００のサイズはコンパクトになる。
【００３１】
次に、アクチュータ１００の動作について説明する。まず、図４（ａ）を参照し、Ｚ軸を自転軸（回転軸）として可動子５０を自転させる場合（つまり、可動子５０を傾動させていない状態で自転させる場合）について説明する。
【００３２】
ここでは、第１の固定子６０のコイル６２及び６３に正弦波の交流電流（駆動信号Ａ）を流す。第２の固定子７０のコイル７２及び７３に正弦波の交流電流（駆動信号Ｃ）を流す。第３の固定子８０のコイル８２及び８３に余弦波の交流電流（駆動信号Ｂ）を流す。第４の固定子９０のコイル９２及び９３に余弦波の交流電流（駆動信号Ｄ）を流す。また、各駆動信号Ａ乃至Ｄにおいて、ピーク時（正のピーク時及び負のピーク時）の電流の値は同じである。
【００３３】
なお、コイル６２及び６３には共通の駆動信号Ａが供給されるので、コイル６２及び６３は、駆動信号Ａが供給された場合（同方向の電流が流れた場合）、磁性体６１に同じ向きの磁束が発生するように、磁性体６１に巻回されている。このようなコイルの巻回し方向は、第２乃至第４の固定子７０、８０、９０それぞれの二つのコイルについても同様である。また、駆動信号Ａ及びＣは、同じ正弦波の信号なので、コイル６２及び６３の巻回しの方向とコイル７２及び７３の巻回しの方向とは、各コイルに同じ信号が供給されたときに、第１の固定子６０の一端部６５の端面６５ａ（又は他端部６６の端面６６ａ）と第２の固定子７０の他端部７６の端面７６ａ（又は一端部７５の端面７５ａ）とが同じ磁極になるような方向になっている。また、駆動信号Ｂ及びＤは、同じ余弦波の信号なので、コイル８２及び８３の巻回しの方向とコイル９２及び９３の巻回しの方向とは、各コイルに同じ信号が供給されたときに、第３の固定子８０の一端部８５の端面８５ａ（又は他端部８６の端面８６ａ）と第４の固定子９０の他端部９６の端面９６ａ（又は一端部９５の端面９５ａ）とが同じ磁極になるような方向になっている。
【００３４】
初期状態（０［ｒａｄ］の時）では、駆動信号Ｂ及び駆動信号Ｄの電流値は正のピークの値になっているが、駆動信号Ａ及び駆動信号Ｃの電流値は０［Ａ］である。このため、第３及び第４の固定子８０、９０が磁力を発生する。これにより、可動子５０は、この磁力の方向に沿った向きに向いている。また、第３及び第４の固定子８０、９０には、同じ値の電流が流れているので、第３及び第４の固定子８０、９０が発生させている磁力の大きさは同じである。つまり、可動子５０は、第３の固定子８０と第４の固定子９０との間で釣り合い、このため、可動子５０は、自転軸がＺ軸と重なっており、傾動していない状態になっている。例えば、一端部８５及び他端部９６側がＳ極になるとすると、他端部８６及び一端部９５側はＮ極になり、外周面５１ａにおけるＮ極の部分が端面８５ａ及び端面９６ａに対向し、外周面５１ａにおけるＳ極の部分が端面８６ａ及び端面９５ａに対向する。
【００３５】
第２の状態（π／２［ｒａｄ］の時）では、駆動信号Ｂ及び駆動信号Ｄの電流値は０［Ａ］であり、駆動信号Ａ及び駆動信号Ｃの電流値は正のピークの値になっている。このため、第１及び第２の固定子６０、７０が磁力を発生する。これにより、可動子５０は、この磁力の方向に沿った向きに向いている。また、第１及び第２の固定子６０、７０には、同じ値の電流が流れているので、第１及び第２の固定子６０、７０が発生させている磁力の大きさは同じである。つまり、可動子５０は、第１の固定子６０と第２の固定子７０との間で釣り合い、このため、可動子５０は、自転軸がＺ軸と重なっており、傾動していない状態になっている。例えば、一端部６５及び他端部７６側がＳ極になるとすると、他端部６６及び一端部７５側はＮ極になり、外周面５１ａにおけるＳ極の部分が端面６５ａ及び端面７６ａに対向し、外周面５１ａにおけるＮ極の部分が端面６６ａ及び端面７５ａに対向する。
【００３６】
初期状態から第２の状態への移り変わりの期間においては、駆動信号Ｂ及び駆動信号Ｄの電流値が徐々に減少し、駆動信号Ａ及び駆動信号Ｃの電流値が徐々に増加している。このため、第３及び第４の固定子８０、９０が発生される磁力が徐々に減り、第１及び第２の固定子６０、７０が発生される磁力が徐々に増えるため、可動子５０の向き（自転の回転角）は、第３及び第４の固定子８０、９０が発生される磁力の方向に沿った向きから、第１及び第２の固定子６０、７０が発生される磁力の方向に沿った向きに徐々に変化していく。このような様子を図５（ａ）に示す。図５（ａ）の場合では、可動子５０は左回りに回転している。初期状態から第２の状態の間においては、可動子５０は、Ｚ軸回りで４５°自転する。
【００３７】
第３の状態（π［ｒａｄ］の時）は、駆動信号Ｂ及び駆動信号Ｄの電流値は負のピークの値になっているが、駆動信号Ａ及び駆動信号Ｃの電流値は０［Ａ］である。この場合、第３及び第４の固定子８０、９０が発生させる磁力は、初期状態のときと反対なので、可動子５０は、初期状態のときと反対側の方向に向く。
【００３８】
第４の状態（３π／２［ｒａｄ］の時）は、駆動信号Ｂ及び駆動信号Ｄの電流値は０［Ａ］になっているが、駆動信号Ａ及び駆動信号Ｃの電流値は負のピーク値である。この場合、第１及び第２の固定子６０、７０が発生させる磁力は、第２の状態のときと反対なので、可動子５０は、第２の状態のときと反対側の方向に向く。
【００３９】
第５の状態（２π［ｒａｄ］の時）は、初期状態と同じ状態なので、可動子５０は、初期状態のときと同じ方向に向く。
【００４０】
第２の状態から第５の状態までの間において、各状態の間では、初期状態から第２の状態までの間と同じように、可動子５０は徐々に向きを変えていく（つまり、自転する）。
【００４１】
以上から、上記初期状態から第５の状態のときまでで、可動子５０は、３６０°自転する（つまり、一回転する）。なお、可動子５０の自転軸は、球体４２の中心を通る。
【００４２】
次に、図４（ｂ）を参照し、可動子５０を傾動させた状態で自転させる場合（つまり、可動子５０を傾動させていない状態で自転させる場合）について説明する。なお、各コイルの巻回し方向等は、図４（ａ）の場合と同じである。図４（ｂ）の場合と図４（ａ）の場合とでは駆動信号が異なる。駆動信号Ａ及びＣは、両者ともに正弦波の信号であるが、正のピーク値及び負のピーク値が異なる。具体的には、駆動信号Ａのピーク値の絶対値の方が駆動信号Ｃのピーク値の絶対値よりも大きい（｜Ｉａ｜＞｜Ｉｃ｜）。駆動信号Ｂ及びＤは、両者ともに余弦波の信号であるが、正のピーク値及び負のピーク値が異なる。具体的には、駆動信号Ｂのピーク値の絶対値の方が駆動信号Ｄのピーク値の絶対値よりも大きい（｜Ｉｂ｜＞｜Ｉｄ｜）。なお、ここでは、｜Ｉａ｜＝｜Ｉｂ｜、｜Ｉｃ｜＝｜Ｉｄ｜とする。
【００４３】
このような場合、ピーク値の絶対値が大きい方の駆動信号が供給されるコイルを有する固定子の磁力の方が前記絶対値が小さい方の駆動信号が供給されるコイルを有する固定子の磁力よりも大きくなるので、可動子５０は、より大きい磁力の固定子の端面に引かれるので、可動子５０は傾動することになる。なお、可動子５０は、球体４２の中心を通り、かつ、外周面５１ａの磁極の境界に含まれる傾動軸を中心に傾動する。つまり、傾動していないときの可動子５０の自転軸と、可動子５０の傾動軸とは、ＸＹＺ軸座標系の原点Ｏにおいて交差している。例えば、初期状態において、一端部８５及び他端部９６側がＳ極になるとすると（各他端部はＮ極になる。）、外周面５１ａにおけるＮ極の部分が端面８５ａにより引かれ、外周面５１ａにおけるＳ極の部分が端面８６ａにより引かれるので、可動子５０はＸＹ平面に対して、第３の固定子８０（一端部８５と他端部８６）と同じ向きに傾動する（図５（ｂ）参照）。
【００４４】
図４（ｂ）の場合と図４（ａ）の場合とでは、各ピーク値の絶対値が所定の駆動信号同士で同じであるか、異なるかの違いだけであるので、図４（ｂ）のような各駆動信号Ａ乃至Ｄでは、可動子５０は、傾動軸を軸にして傾いたまま、Ｚ軸を回転軸として自転する。
【００４５】
上記で説明したように、各固定子のコイルに流す電流を制御することで（例えば、アクチュエータ１００が備える図視しない制御部によって制御される。）、可動子５０を自転させたり、傾動させたりすることが出来るので、可動子５０を二軸回りで回転させることができ、可動子５０を所望の方向に向けることが出来る。このため、可動子５０に取り付けた撮像素子の撮像方向も所望の向きにすることが出来る。特に本実施形態では、可動子５０の磁極が２極のみであり、電磁石が４つのみであるので、アクチュエータ１００は、可動子５０の運動の自由度をある程度確保しつつ、簡単な構造となっている。特に、本実施形態では、部品点数が少ないので、製造コストを抑えることも出来る。
【００４６】
なお、本発明の範囲は上記実施形態（図面の記載も含む。）によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない限り、上記実施形態に様々な変形を加えることができるのはもちろんである。例えば、上記では、１つの固定子が二つのコイルを備えているが、コイルは１つであってもよい。コイルが１つだと電流の制御が簡単になる。また、コイルは、１つの固定子について三つ以上であってもよい。また、上記一端部と他端部とをそれぞれ独立した電磁石としてもよい。例えば、第１の固定子６０において、接続部６７を設けず、一端部６５及び他端部６６をそれぞれ電磁石としてもよい。また、アクチュエータ１００が変位させるものは、固体撮像素子に限らず、他の物であってもよい。例えば、固体撮像素子の代わりに、マイク等のセンシングデバイスを可動子５０に取り付けてもよい。このような場合、上記固体撮像素子の撮像方向はセンシングデバイスのセンシング方向になる。例えば、上記アクチュエータ１００では、可動子５０に取り付けたセンシングデバイスのセンシング方向も所望の向きにすることが出来る。また、センシングデバイスを可動子５０に取り付ける場合であっても、上記の支持体４０の貫通孔４０ａによって、配線を容易に配設でき、また、配線が可動子５０の動きに追従できるという良好な配線構造が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００ アクチュエータ
１０ 表側枠体
２０ 裏側枠体
３０ 収納ケース
４０ 支持体
５０ 可動子
５１ａ 外周面
６０ 第１の固定子
７０ 第２の固定子
８０ 第３の固定子
９０ 第４の固定子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓ極とＮ極との２つの磁極を有する外周面を備え、自転可能及び傾動可能に支持された可動子と、
それぞれが前記外周面に対向する８つの電磁石と、を備え、
前記８つの電磁石のうちの第１−１の電磁石と第１−２の電磁石とは、前記可動子が傾動していないときの前記可動子の自転軸をＺ軸とし、前記可動子の前記自転軸と傾動軸との交点を原点とした場合のＸＹＺ直交座標系において、前記ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸をＹ軸回りで回転させた第１の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第２−１の電磁石と第２−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｘ軸をＹ軸回りで前記第１の軸とは反対方向に回転させた第２の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第３−１の電磁石と第３−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｙ軸をＸ軸回りで回転させた第３の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第４−１の電磁石と第４−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｙ軸をＸ軸回りで前記第３の軸とは反対方向に回転させた第４の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置されている、
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１−１の電磁石と前記第１−２の電磁石とは、共通の第１の磁性体に１以上のコイルを巻き回した１つの電磁石の一端部と他端部とから構成され、
前記第２−１の電磁石と前記第２−２の電磁石とは、共通の第２の磁性体に１以上のコイルを巻き回した１つの電磁石の一端部と他端部とから構成され、
前記第３−１の電磁石と前記第３−２の電磁石とは、共通の第３の磁性体に１以上のコイルを巻き回した１つの電磁石の一端部と他端部とから構成され、
前記第４−１の電磁石と前記第４−２の電磁石とは、共通の第４の磁性体に１以上のコイルを巻き回した１つの電磁石の一端部と他端部とから構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動子を自転可能及び傾動可能に支持する支持体をさらに備え、
前記支持体には、前記可動子に取り付けられる所定の装置に接続される配線を通すための貫通孔が、前記Ｚ軸に沿って形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項１】
Ｓ極とＮ極との２つの磁極を有する外周面を備え、自転可能及び傾動可能に支持された可動子と、
それぞれが前記外周面に対向する８つの電磁石と、を備え、
前記８つの電磁石のうちの第１−１の電磁石と第１−２の電磁石とは、前記可動子が傾動していないときの前記可動子の自転軸をＺ軸とし、前記可動子の前記自転軸と傾動軸との交点を原点とした場合のＸＹＺ直交座標系において、前記ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸をＹ軸回りで回転させた第１の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第２−１の電磁石と第２−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｘ軸をＹ軸回りで前記第１の軸とは反対方向に回転させた第２の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第３−１の電磁石と第３−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｙ軸をＸ軸回りで回転させた第３の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置され、
前記８つの電磁石のうちの第４−１の電磁石と第４−２の電磁石とは、前記ＸＹＺ直交座標系において、前記Ｙ軸をＸ軸回りで前記第３の軸とは反対方向に回転させた第４の軸に沿って前記可動子を挟んで対向するように配置されている、
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１−１の電磁石と前記第１−２の電磁石とは、共通の第１の磁性体に１以上のコイルを巻き回した１つの電磁石の一端部と他端部とから構成され、
前記第２−１の電磁石と前記第２−２の電磁石とは、共通の第２の磁性体に１以上のコイルを巻き回した１つの電磁石の一端部と他端部とから構成され、
前記第３−１の電磁石と前記第３−２の電磁石とは、共通の第３の磁性体に１以上のコイルを巻き回した１つの電磁石の一端部と他端部とから構成され、
前記第４−１の電磁石と前記第４−２の電磁石とは、共通の第４の磁性体に１以上のコイルを巻き回した１つの電磁石の一端部と他端部とから構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動子を自転可能及び傾動可能に支持する支持体をさらに備え、
前記支持体には、前記可動子に取り付けられる所定の装置に接続される配線を通すための貫通孔が、前記Ｚ軸に沿って形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１７２５８（Ｐ２０１３−１７２５８Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６５８５（Ｐ２０１１−１４６５８５）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００２３１５１２）日本精機株式会社 (1,561)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００２３１５１２）日本精機株式会社 (1,561)
【Ｆターム（参考）】
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