慣性駆動アクチュエータ
【課題】長期に亘って、安定した動作ができなくなるおそれがある。
【解決手段】第１の方向と第１の方向とは逆の第２の方向に微小変位を発生する変位手段と、変位手段の微小変位によって往復運動する振動基板と、振動基板の平面上に配置され、第１の磁界発生手段を有した移動子と、を有し、移動子の振動基板に対向した移動子側の面に第１の磁界発生手段が発生する磁束がＮ極、Ｓ極ともに集中するように、移動子は、第１の磁界発生手段が発生する磁束を誘導する第１のヨークとを有し、さらに、振動基板の移動子に対向した向きと反対側に第２のヨークを有し、第１の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、移動子と振動基板の間に働く摩擦力を制御し、移動子を駆動することを特徴とする。
【解決手段】第１の方向と第１の方向とは逆の第２の方向に微小変位を発生する変位手段と、変位手段の微小変位によって往復運動する振動基板と、振動基板の平面上に配置され、第１の磁界発生手段を有した移動子と、を有し、移動子の振動基板に対向した移動子側の面に第１の磁界発生手段が発生する磁束がＮ極、Ｓ極ともに集中するように、移動子は、第１の磁界発生手段が発生する磁束を誘導する第１のヨークとを有し、さらに、振動基板の移動子に対向した向きと反対側に第２のヨークを有し、第１の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、移動子と振動基板の間に働く摩擦力を制御し、移動子を駆動することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を所定方向に移動させる慣性駆動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
駆動軸に結合された電気機械変換素子に鋸歯状波駆動パルスを供給して駆動軸を軸方向に変位させ、この駆動軸に摩擦結合させた移動部材を軸方向に移動させるアクチュエータが知られている（以下、このようなアクチュエータをインパクト駆動アクチュエータ或いは慣性駆動アクチュエータと称する）。
【０００３】
このようなインパクト駆動アクチュエータが、特許文献１に開示されている。図９（ａ）は、その構成を示す図である。振動部材１０３は支持部材１０１の立ち上がり部にあけられた穴に挿入され、振動部材１０３の軸方向に移動可能に配置されている。振動部材１０３の一端は圧電素子１０２の一端と固定され、圧電素子１０２の他端は支持部材１０１に固定されているため、圧電素子１０２の振動に伴い振動部材１０３が軸方向に振動する。移動体１０４にも２つの穴が設けられており、振動部材１０３がその穴に挿入されている。更に移動体１０４には下方から板ばね１０５が取り付けられており、板ばね１０５に設けられている突起部が振動部材１０３に押付けられている。このように板ばね１０５による押圧によって、移動体１０４と振動部材１０３は互いに摩擦結合されている。
【０００４】
図９（ｂ）、（ｃ）に、インパクト駆動アクチュエータを駆動するための駆動波形を示す。図９（ｂ）は移動体１０４を右に移動させるための駆動波形で、図９（ｃ）は移動体１０４を左に移動させるための駆動波形である。これらの駆動波形を用いて、インパクト駆動アクチュエータの動作原理を説明する。なお、以下の説明では、圧電素子１０２が伸びる方向を左、縮む方向を右とする。
【０００５】
移動体１０４を右に動かす場合には、図９（ｂ）に示す駆動波形を用いる。駆動波形は、急峻に立ち上がる部分と緩やかに立ち下がる部分を有している。駆動波形が急峻に立ち上がる部分では、圧電素子１０２が急激に伸びる。ここで、振動部材１０３は圧電素子１０２に固定されているため、振動部材１０３は、圧電素子１０２の急激な伸びに応じて急速に左に移動する。このとき、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力（板ばね１０５で押圧されている移動体１０４と振動部材１０３との間の摩擦力）に打ち勝つことから、移動体１０４は左には移動せず、その位置にとどまる。
【０００６】
次に、駆動波形が緩やかに立ち下がる部分では、圧電素子１０２が緩やかに縮む。振動部材１０３は、圧電素子１０２の緩やかな縮みに応じてゆっくりと右に移動する。この場合、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力に打ち勝つことができない。そのため、移動体１０４は振動部材１０３の移動と共に右に移動する。
【０００７】
一方、移動体１０４を左に動かす場合には、図９（ｃ）に示す駆動波形を用いる。駆動波形は、緩やかに立ち上がる部分と急峻に立ち下がる部分を有している。駆動波形が緩やかに立ち上がる部分では、圧電素子１０２が緩やかに伸びる。この場合、振動部材１０３は、圧電素子１０２の緩やかな伸びに応じてゆっくりと左に移動する。この場合、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力に打ち勝つことができない。そのため、移動体１０４は振動部材１０３の移動と共に左に移動する。
【０００８】
次に、駆動波形が急峻に立ち上がる部分では、図９（ｂ）で説明したように、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力に打ち勝つことから、移動体１０４は右には移動せず、その位置にとどまる。
【０００９】
なお、板ばね１０５が常に振動部材１０３を押し付けられていることにより、移動体１０４は振動部材１０３に摩擦で支持されている。よって、移動体１０４が停止している際にも、その位置は保持されている。
【００１０】
上記のように、インパクト駆動アクチュエータは、板ばね１０５による移動体１０４と振動部材１０３との摩擦結合と慣性を利用したアクチュエータであって、図９（ｂ）、（ｃ）に示す駆動波形を用いることで、移動体１０４を移動させることができるアクチュエータである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２８８８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
先特許文献１に記載されているインパクト駆動アクチュエータは、板ばねにより振動部材１０３と移動体１０４に摩擦力を与えている。しかしながら、板ばねは常に振動部材と接触しているため、摩耗などの影響で所望の摩擦力が得られなくなる。そのため、先特許文献１に記載されているインパクト駆動アクチュエータは、長期に亘って、安定した動作ができなくなるおそれがある。
【００１３】
本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、磨耗等の影響が少なく、効率よく移動体を移動あるいは駆動できる慣性駆動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】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の慣性駆動アクチュエータは、第１の方向と第１の方向とは逆の第２の方向に微小変位を発生する変位手段と、変位手段の微小変位によって往復運動する振動基板と、振動基板の平面上に配置され、第１の磁界発生手段を有した移動子と、を有し、移動子の振動基板に対向した移動子側の面に第１の磁界発生手段が発生する磁束がＮ極、Ｓ極ともに集中するように、移動子は、前記第１の磁界発生手段が発生する磁束を誘導する第１のヨークを有し、さらに、振動基板の移動子に対向した向きと反対側に第２のヨークを有し、第１の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、移動子と振動基板の間に働く摩擦力を制御し、移動子を駆動することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の磁界発生手段から発生する磁界に対して、移動子が振動基板に対向した方向に磁気吸引力または磁気反発力が働くように磁界を発生する第２の磁界発生手段をさらに有し、第２のヨークは、第２の磁界発生手段が発生する磁束が、固定子側の面にＮ極、Ｓ極、ともに集中するように、第２の磁界発生手段が発生する磁束を誘導するために、第２の磁界発生手段周辺に配置されており、第１の磁界発生手段と第２の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、移動子と振動基板の間に働く摩擦力を制御し、移動子を駆動することが望ましい。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の磁界発生手段が電磁コイルであることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、第２の磁界発生手段が永久磁石であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、変位手段が圧電素子であることが望ましい。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板が非磁性体であることが望ましい。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板が非磁性部と磁性部を有することが望ましい。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板は、少なくとも一部が第２の磁界発生手段を有することが望ましい。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板は、第２のヨークの機能を兼用することが望ましい。
【００２３】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の磁界発生手段が電磁コイルと永久磁石を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、磁気力を用いることで摩耗等の影響を少なくすることができ、さらにヨークを用いることから効率よく移動体を移動あるいは駆動できる慣性駆動アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】第２実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、図１（ｂ）と同様の断面図である。
【図３】第３実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】第４実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、図１（ｂ）と同様の断面図である。
【図５】第５実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、図１（ｂ）と同様の断面図である。
【図６】第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００を駆動するときの駆動方法を示す図である。
【図７】第６実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す側面図である。
【図８】第６実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００を駆動するときの駆動方法を示す図である。
【図９】従来のインパクト駆動アクチュエータを示す図であって、（ａ）構成を示す図、（ｂ）移動体を右に移動させるための駆動波形を示す図、（ｃ）移動体を左に移動させるための駆動波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本実施形態の慣性駆動アクチュエータの構成による作用効果を説明する。なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えない。従って、以下で説明する本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
【００２７】
(第１実施形態)
第１実施形態に係る慣性駆動アクチュエータを図１に示す。図１（ａ）は慣性駆動アクチュエータの側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａで示す位置における断面図である。
【００２８】
第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００は、圧電素子（変位手段）３と、振動基板４と、移動子１０と固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０が位置する。
【００２９】
移動子１０は、コイル１１（第１の磁界発生手段）と第１のヨーク１２ａとで構成されている。第１のヨーク（磁束誘導部材）１２ａは外観が溝状（凹状）の部材で、溝の中央でＴ字状の部材で仕切られている。そして、Ｔ字状の部材を中心としてコイル芯を巻いた円筒形状のコイル１１が設けられている。また、コイル１１に電流を供給する配線Ｌが、第１のヨーク１２ａから外側に延びている。なお、溝状の部材とＴ字状の部材は連結されている。
【００３０】
圧電素子３と振動基板４は、共に板状の部材である。ここで、振動基板４には非磁性体の材料が用いられている。圧電素子３の一端と振動基板４の一端は機械的に連結されている。なお、機械的に連結する構成に限られず、接着でも良い。圧電素子３と振動基板４は、固定子２０の上部に載置される。圧電素子３は微小変位を発生させ、振動基板４は微小変位によって往復運動する。
【００３１】
固定子２０は、永久磁石２１（第２の磁界発生手段）と第２のヨーク（磁束誘導部材）２２ａで構成されている。永久磁石２１は直方体の部材で、一方の面側がＮ極、他方の面側がＳ極となっている。第２のヨーク２２ａは箱状の部材である。永久磁石２１はＮ極側の面を上にして、第２のヨーク２２ａの内側に載置されている。この永久磁石２１は、第２のヨーク２２ａの底面部に固定されている。
【００３２】
慣性駆動アクチュエータ１００の動作について説明する。なお、駆動原理（駆動方法）については図６で説明する。コイル１１に、紙面下方向にＳ極が発生するように電流を流す。ここで、コイル１１の両側にはヨーク１２ａが配置されている。そのため、コイル１１で発生した磁束の外部への漏れを、第１のヨーク１２ａよって抑えることができる。その結果、第１のヨーク１２ａの中央下部Ｐ１にはＳ極が集中し、第１のヨーク１２ａの両端下部Ｐ２にはＮ極が集中する。
【００３３】
一方、第１のヨーク１２ａと対向している固定子２０では、永久磁石２１は第２のヨーク２２ａで囲まれている。そのため、永久磁石２１で発生した磁束の外部への漏れを、第２のヨーク２２ａによって抑えることができる。その結果、永久磁石２１の上部にはＮ極、第２のヨーク２２ａの両端上部Ｐ３にはＳ極が集中する。
【００３４】
このように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、移動子１０と固定子２０の各々で磁束の外部への漏れを抑制し、これによりＳ極やＮ極を所定の領域に集中させることができる。よって、移動子１０と固定子２０の間に、紙面下側に向かって効率的に磁気吸着力を発生させることができる。
【００３５】
逆に、コイル１１に、紙面上方向にＳ極が発生するように電流を流す。すると、第１のヨーク１２ａの中央下部Ｐ１にはＮ極が集中し、第１のヨーク１２ａの両端下部Ｐ２にはＳ極が集中する。一方、第１のヨーク１２ａと対向している固定子２０では、永久磁石２１の上部にはＮ極、第２のヨーク２２ａの両端上部Ｐ３にはＳ極が集中する。そのため、移動子１０と固定子２０の間に、紙面上側に向かって効率的に磁気反発力を発生させることができる。
【００３６】
なお、コイル１１に流す電流量を変えることによって、移動子１０の振動基板４に対する垂直抗力（移動子１０と固定子２０の間に発生する磁気吸着力あるいは磁気反発力）の強さを変化させることができる。このようにすることで、移動子１０と振動基板４の摩擦力を制御することが可能となる。
【００３７】
以上述べたように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、移動子１０の移動あるいは駆動に磁気力を用いている。すなわち、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００は、駆動したときに磨耗が生じる弾性体のような部材を使っていない。そのため、移動子１０の移動あるいは駆動させても磨耗が生じない。その結果、長期間にわたって、安定して移動子１０を移動あるいは駆動する（所望の位置に移動させることや、所望の位置で保持する）ことができる。更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができる。このため、簡単かつ低コストな構成でありながら、移動子１０を効率よく移動あるいは駆動できる。
【００３８】
(第２実施形態)
次に、第２実施形態に係る慣性アクチュエータについて説明する。上記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図２は、図１（ｂ）と同様の慣性駆動アクチュエータの断面図である。
【００３９】
第２実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００は、圧電素子３（不図示）と、振動基板４と、移動子１０と固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０が位置する。
【００４０】
第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００の移動子１０では、第１のヨーク１２ａは２つのコイル１１の両方を覆っている。これに対して、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００の移動子１０では、第１のヨーク１２ｂは２つのコイル１１のうちの一方のみを覆っている。すなわち、慣性駆動アクチュエータ１００では、第１のヨーク１２ａをコイル１１の両脇部に配置していたのに対し、慣性駆動アクチュエータ２００では、第１のヨーク１２ｂをコイル１１の片脇部のみに配置している。
【００４１】
また、固定子２０についても、慣性駆動アクチュエータ１００では、第２のヨーク２２ａを永久磁石２１の両側に配置していたのに対し、慣性駆動アクチュエータ２００では、第２のヨーク２２ｂを永久磁石２１の片側のみに配置している。
【００４２】
このように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００は、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と構造が多少異なる。しかしながら、磁気吸着力、磁気反発力、ともに第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同様の効果がある。また、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００は、第１のヨーク１２ｂと第２のヨーク２２ｂを、コイル１１や永久磁石２１の片側のみに配置している。そのため、第１実施形態と全体サイズを同じにした場合、コイルの巻き数を多くすることが出来る。したがって、第１実施形態と同じ電流値でコイル１１から磁束を発生させる場合、磁束密度が増加し、磁気吸着力および磁気反発力を増加させることが出来る。
【００４３】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る慣性駆動アクチュエータについて説明する。
図３（ａ）は慣性駆動アクチュエータの側面図、図３（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａで示す位置における断面図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同じ構成については同一の番号を付し、その説明は省略する。なお、配線の図示は省略している
【００４４】
第３実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００は、圧電素子３と、移動子１０と、移動基板４０で構成されている。振動基板４０の上部に振動基板４０の上部に移動子１０が位置する。そして、圧電素子３の一端と振動基板４０の一端は機械的に連結されている。
【００４５】
移動子１０は、コイル１１と第１のヨーク１２ｃとで構成されている。なお、移動子１０の構造は第１実施形態の移動子１０と同じなので、説明を省略する。本実施形態の移動子１０も、第１実施形態の移動子１０と同様の役割をする。また、振動基板４０は、永久磁石２１と第２のヨーク２２ｃで構成されている。振動基板４０は、第１実施形態の固定子２０と同様の役割をし、振動基板４の役割も果たす。
【００４６】
このように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００は、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同じ作用を行う部材を備えているので、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同様の効果を奏する。更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００では、振動基板４０に複数の役割を持たせているので、アクチュエータサイズの小型化が可能となる。
【００４７】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る慣性駆動アクチュエータについて説明する。
図４は、図１（ｂ）と同様の慣性駆動アクチュエータの断面図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータと同じ構成については同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００４８】
第４実施形態の慣性駆動アクチュエータ４００は、圧電素子３（不図示）と、振動基板４と、移動子１０と固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０が位置する。
【００４９】
移動子１０は、コイル１１と、第１のヨーク１２ｄと、永久磁石１３で構成されている。第１のヨーク１２ｄは外観が溝状の部材で、溝の中央でＴ字状の部材で仕切られている。そして、Ｔ字状の部材を中心としてコイル芯を巻いた円筒形状にコイル１１が設けられている。ここで、溝状の部材とＴ字状の部材は分離しており、その間に永久磁石１３が位置している。永久磁石１３は、Ｎ極がＴ字状の部材側に位置するように配置されている。一方、固定子２０は第２のヨーク２２ｄを有している。
本実施形態は、第１実施形態に比較して、永久磁石２１（第２の磁界発生手段）を有していない点が異なる。
【００５０】
上記のような構成において、例えば、紙面下方向にＮ極が発生するように、コイル１１に電流を流す。すると、第１のヨーク１２ｄの中央下部にはＮ極が集中し、第１のヨーク１２ｄの両端下部にはＳ極が集中する。
永久磁石１３からの磁束も同様に第１のヨーク１２ｄの中央下部にＮ極、第１のヨーク１２ｄの両端下部にＳ極が集中する。それに対向し、固定子２０では、第２のヨーク２２ｄには逆極性が誘起される。すなわち、第２のヨーク２２ｄの中央部にはＳ極が誘起され、両端部にはＮ極が誘起される。その結果、移動子１０に対して紙面下側に向かって、コイル１１に電流を流さないときと比べて強い磁気吸着力が発生する。
【００５１】
一方、紙面上方向にＮ極が集中するように、コイル１１に電流を流した場合は、コイル１１に電流を流さないときと比べて弱い磁気吸着力が発生する。また、コイル１１に流す電流を変えることによって、移動子１０の振動基板４に対する垂直抗力の強さを変えることができる。このようにすることで、移動子１０と振動基板４の摩擦力を制御することが可能となる。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ４００では、移動子１０の移動あるいは駆動に磁気力を用いている。すなわち、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ４００は、駆動したときに磨耗が生じる弾性体のような部材を使っていない。そのため、移動子１０の移動あるいは駆動させても磨耗が生じない。その結果、長期間にわたって、安定して移動子１０を移動あるいは駆動する（所望の位置に移動させることや、所望の位置で保持する）ことができる。更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ４００では、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができるため、移動子１０を効率よく移動あるいは駆動できる。
【００５３】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る慣性駆動アクチュエータについて説明する。
図５は、図１（ｂ）と同様の慣性駆動アクチュエータの断面図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータと同じ構成については同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００５４】
第５実施形態の慣性駆動アクチュエータ５００は、圧電素子３（不図示）と、振動基板４と、移動子１０と固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０が位置する。
【００５５】
第５実施形態の慣性駆動アクチュエータ５００と第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００は、振動基板の構造が異なる。第１実施形態の振動基板４は、非磁性体のみで構成されている。これに対して、本実施形態の振動基板４は、磁性体部４１と非磁性体部４２を有する。磁性体部はヨークとして機能する。磁性体部４１は３つに分かれており、それぞれ振動基板４の中央と、中央を挟んだ両側に配置されている。中央の磁性体部４１の位置は、Ｔ字状の部材（第１のヨーク１２ｅ）とほぼ対向する位置である。また、両側の磁性体部４１の位置は、溝状の部材（第１のヨーク１２ｅ）の端とほぼ対向する位置である。
【００５６】
本実施形態の慣性駆動アクチュエータ５００では、移動子１０の第１のヨーク１２ｅにより誘導された磁束と、固定子２０の第２のヨーク２２ｅに誘導された磁束が、それぞれ振動基板４の磁性体部４１を介して流れるため、磁束漏れをさらに抑制する効果がある。特に、第１のヨーク１２ｅの両端下部と第２のヨーク２２ｅの両端上部では、両者の間に両側の磁性体部４１が存在するため、この間から外部への磁束漏れを大幅に抑制できる。
【００５７】
次に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータの駆動方法を説明する。
図６は、例えば、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００を駆動するときの駆動方法を示している。図６において、横軸は時間を示し、縦軸は圧電素子３の変位を示している。図１（ａ）において、圧電素子３が紙面左方向に伸びた場合を正としている。
【００５８】
時刻０からＡまでの間、圧電素子３は延伸している。この間は、コイル１１に、紙面下方向にＳ極が発生するように電流を流す。すると、移動子１０に対して振動基板４側に働く磁気吸着力が増加する。そのため、移動子１０と振動基板４との間の摩擦は増加する。その結果、圧電素子３の延伸とともに振動基板４は紙面左方向に移動し、それとともに移動子１０も紙面左方向に移動する。
【００５９】
次に、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、圧電素子３は収縮している。この間、コイル１１に電流を流すのを止める。すると、移動子１０に対してコイルにより発生する磁気吸着力が働かなくなる。そのため、移動子１０と振動基板４との間の摩擦力は減少する。これは、振動基板４の動きに対して移動子１０のすべる量が増加したことを意味する。その結果、圧電素子の収縮とともに振動基板４が紙面右方向に移動しても、見かけ上、移動子１０は移動した位置で静止した状態となる。このように、圧電素子３の収縮とともに、紙面右方向に移動する振動基板４に対して移動子１０は左方向に滑るため、時刻０から時刻Ｂまでの間で、移動子１０は紙面左方向に移動することとなる。
【００６０】
同様のことを、時刻Ｂから時刻Ｃ、時刻Ｃから時刻Ｄというように繰り返すことにより、移動子１０を紙面左方向に移動させていくことができる。なお、移動子１０を紙面右方向へ移動させるには、コイル１１に電流を流すタイミングを、図６と逆にすることにより可能である。すなわち、時刻０から時刻Ａまでの間、移動子１０に対して振動基板４側に磁気吸着力が働くように電流を流す代わりに、磁気反発力が働くようにコイル１１に電流を流すことにより、移動子１０は紙面右側に移動する。
【００６１】
尚、上記の例では、時刻Ａから時刻Ｂまでの間は、コイル１１に電流を流すのを止めている。これに代わり、移動子１０に対して振動基板４側に磁気反発力が働くように、コイル１１に電流を流してもよい。このようにすることで、上記と同様に移動子１０の移動が可能である。
【００６２】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る慣性駆動アクチュエータについて説明する。
図７は、図１（ｂ）と同様の慣性駆動アクチュエータの側面図である。また、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第６実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００を駆動するときの駆動方法を示している。
【００６３】
第６実施形態の慣性駆動アクチュエータは、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００における移動子１０を２つ備えている。すなわち、第６実施形態の慣性駆動アクチュエータ６００は、圧電素子３と、振動基板４と、移動子１０ａと、移動子１０ｂと固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０ａと、移動子１０ｂが位置する。なお、配線の図示は省略している。
【００６４】
慣性駆動アクチュエータ６００の駆動方法について説明する。図８において、横軸は時間を示し、縦軸は圧電素子３の変位を示している。図７において、圧電素子３が紙面左方向に伸びた場合を正としている。
【００６５】
時刻０から時刻Ａまでの間、圧電素子３は延伸している。この間、移動子１０ａのコイル１１に電流を流さないでおく。この場合、移動子１０ａに対して磁気吸着力が働かなくなる。そのため、移動子１０ａは、その位置を変えずに静止したままである。一方、移動子１０ｂのコイル１１に、紙面下方向にＳ極が発生するように電流を流す。この場合、図６で説明したように、移動子１０ｂに対して振動基板４側に磁気吸着力が働く。そのため、移動子１０ｂは紙面左方向に移動する。
【００６６】
次に、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、圧電素子３は収縮している。この間、移動子１０ａのコイル１１に、紙面下方向にＳ極が発生するように電流を流す。この場合、図６で説明したように、移動子１０ａに対して振動基板４側に磁気吸着力が働く。そのため、移動子１０ａは紙面右方向に移動する。一方、移動子１０ｂのコイル１１に電流を流さないでおく。この場合、移動子１０ｂに対して磁気吸着力が働かなくなる。そのため、移動子１０ｂは、その位置を変えずに静止したままである。
【００６７】
以上のように、時刻０から時刻Ａの間、移動子１０ａは静止し、移動子１０ｂは紙面左方向、すなわち移動子１０ａに向かって移動する。一方、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、移動子１０ａは紙面右方向、すなわち移動子１０ｂに向かって移動し、移動子１０ｂは静止している。その結果、移動子１０ａと移動子１０ｂを近づけることができる。また、時刻０から時刻Ｂまでの間の駆動方法を繰り返すことで、移動子１０ａと移動子１０ｂを更に近づけることができる。また、駆動方法を変えれば、移動子１０ａと移動子１０ｂを同一方向に移動させることや、移動子１０ａと移動子１０ｂを離すようにすることもできる。
【００６８】
なお、図７および図８では、説明のために２個の移動子の構成とその駆動方法を例示したが、原理的には２個以上の移動子においても、同一の振動基板上で、それぞれを独立に駆動することが可能である。また、第１実施形態から第５実施形態のどれについても、移動子はコイルを有しているため、図７、図８の駆動原理を適用可能である。したがって、本実施形態の慣性駆動アクチュエータについて、同一の振動基板上で、複数の移動子を独立に駆動することは可能である。
【００６９】
なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明は、長期に亘って、安定した動作、例えば、移動体を所望の位置に移動させることや、所望の位置で移動体を静止させることや、静止した状態を維持することができる慣性駆動アクチュエータに適している。
【符号の説明】
【００７１】
３ 圧電素子
４、４０、４２ 振動基板
１０、１０ａ、１０ｂ 移動子
１１ コイル
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ 第１のヨーク
１３、２１ 永久磁石
２０ 固定子
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ 第２のヨーク
４１ ヨーク部
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 慣性駆動アクチュエータ
１０１ 支持部材
１０２ 圧電素子
１０３ 振動部材
１０４ 移動体
１０５ 板ばね
Ｌ 配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を所定方向に移動させる慣性駆動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
駆動軸に結合された電気機械変換素子に鋸歯状波駆動パルスを供給して駆動軸を軸方向に変位させ、この駆動軸に摩擦結合させた移動部材を軸方向に移動させるアクチュエータが知られている（以下、このようなアクチュエータをインパクト駆動アクチュエータ或いは慣性駆動アクチュエータと称する）。
【０００３】
このようなインパクト駆動アクチュエータが、特許文献１に開示されている。図９（ａ）は、その構成を示す図である。振動部材１０３は支持部材１０１の立ち上がり部にあけられた穴に挿入され、振動部材１０３の軸方向に移動可能に配置されている。振動部材１０３の一端は圧電素子１０２の一端と固定され、圧電素子１０２の他端は支持部材１０１に固定されているため、圧電素子１０２の振動に伴い振動部材１０３が軸方向に振動する。移動体１０４にも２つの穴が設けられており、振動部材１０３がその穴に挿入されている。更に移動体１０４には下方から板ばね１０５が取り付けられており、板ばね１０５に設けられている突起部が振動部材１０３に押付けられている。このように板ばね１０５による押圧によって、移動体１０４と振動部材１０３は互いに摩擦結合されている。
【０００４】
図９（ｂ）、（ｃ）に、インパクト駆動アクチュエータを駆動するための駆動波形を示す。図９（ｂ）は移動体１０４を右に移動させるための駆動波形で、図９（ｃ）は移動体１０４を左に移動させるための駆動波形である。これらの駆動波形を用いて、インパクト駆動アクチュエータの動作原理を説明する。なお、以下の説明では、圧電素子１０２が伸びる方向を左、縮む方向を右とする。
【０００５】
移動体１０４を右に動かす場合には、図９（ｂ）に示す駆動波形を用いる。駆動波形は、急峻に立ち上がる部分と緩やかに立ち下がる部分を有している。駆動波形が急峻に立ち上がる部分では、圧電素子１０２が急激に伸びる。ここで、振動部材１０３は圧電素子１０２に固定されているため、振動部材１０３は、圧電素子１０２の急激な伸びに応じて急速に左に移動する。このとき、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力（板ばね１０５で押圧されている移動体１０４と振動部材１０３との間の摩擦力）に打ち勝つことから、移動体１０４は左には移動せず、その位置にとどまる。
【０００６】
次に、駆動波形が緩やかに立ち下がる部分では、圧電素子１０２が緩やかに縮む。振動部材１０３は、圧電素子１０２の緩やかな縮みに応じてゆっくりと右に移動する。この場合、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力に打ち勝つことができない。そのため、移動体１０４は振動部材１０３の移動と共に右に移動する。
【０００７】
一方、移動体１０４を左に動かす場合には、図９（ｃ）に示す駆動波形を用いる。駆動波形は、緩やかに立ち上がる部分と急峻に立ち下がる部分を有している。駆動波形が緩やかに立ち上がる部分では、圧電素子１０２が緩やかに伸びる。この場合、振動部材１０３は、圧電素子１０２の緩やかな伸びに応じてゆっくりと左に移動する。この場合、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力に打ち勝つことができない。そのため、移動体１０４は振動部材１０３の移動と共に左に移動する。
【０００８】
次に、駆動波形が急峻に立ち上がる部分では、図９（ｂ）で説明したように、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力に打ち勝つことから、移動体１０４は右には移動せず、その位置にとどまる。
【０００９】
なお、板ばね１０５が常に振動部材１０３を押し付けられていることにより、移動体１０４は振動部材１０３に摩擦で支持されている。よって、移動体１０４が停止している際にも、その位置は保持されている。
【００１０】
上記のように、インパクト駆動アクチュエータは、板ばね１０５による移動体１０４と振動部材１０３との摩擦結合と慣性を利用したアクチュエータであって、図９（ｂ）、（ｃ）に示す駆動波形を用いることで、移動体１０４を移動させることができるアクチュエータである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２８８８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
先特許文献１に記載されているインパクト駆動アクチュエータは、板ばねにより振動部材１０３と移動体１０４に摩擦力を与えている。しかしながら、板ばねは常に振動部材と接触しているため、摩耗などの影響で所望の摩擦力が得られなくなる。そのため、先特許文献１に記載されているインパクト駆動アクチュエータは、長期に亘って、安定した動作ができなくなるおそれがある。
【００１３】
本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、磨耗等の影響が少なく、効率よく移動体を移動あるいは駆動できる慣性駆動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】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の慣性駆動アクチュエータは、第１の方向と第１の方向とは逆の第２の方向に微小変位を発生する変位手段と、変位手段の微小変位によって往復運動する振動基板と、振動基板の平面上に配置され、第１の磁界発生手段を有した移動子と、を有し、移動子の振動基板に対向した移動子側の面に第１の磁界発生手段が発生する磁束がＮ極、Ｓ極ともに集中するように、移動子は、前記第１の磁界発生手段が発生する磁束を誘導する第１のヨークを有し、さらに、振動基板の移動子に対向した向きと反対側に第２のヨークを有し、第１の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、移動子と振動基板の間に働く摩擦力を制御し、移動子を駆動することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の磁界発生手段から発生する磁界に対して、移動子が振動基板に対向した方向に磁気吸引力または磁気反発力が働くように磁界を発生する第２の磁界発生手段をさらに有し、第２のヨークは、第２の磁界発生手段が発生する磁束が、固定子側の面にＮ極、Ｓ極、ともに集中するように、第２の磁界発生手段が発生する磁束を誘導するために、第２の磁界発生手段周辺に配置されており、第１の磁界発生手段と第２の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、移動子と振動基板の間に働く摩擦力を制御し、移動子を駆動することが望ましい。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の磁界発生手段が電磁コイルであることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、第２の磁界発生手段が永久磁石であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、変位手段が圧電素子であることが望ましい。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板が非磁性体であることが望ましい。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板が非磁性部と磁性部を有することが望ましい。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板は、少なくとも一部が第２の磁界発生手段を有することが望ましい。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板は、第２のヨークの機能を兼用することが望ましい。
【００２３】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の磁界発生手段が電磁コイルと永久磁石を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、磁気力を用いることで摩耗等の影響を少なくすることができ、さらにヨークを用いることから効率よく移動体を移動あるいは駆動できる慣性駆動アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】第２実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、図１（ｂ）と同様の断面図である。
【図３】第３実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】第４実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、図１（ｂ）と同様の断面図である。
【図５】第５実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、図１（ｂ）と同様の断面図である。
【図６】第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００を駆動するときの駆動方法を示す図である。
【図７】第６実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す側面図である。
【図８】第６実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００を駆動するときの駆動方法を示す図である。
【図９】従来のインパクト駆動アクチュエータを示す図であって、（ａ）構成を示す図、（ｂ）移動体を右に移動させるための駆動波形を示す図、（ｃ）移動体を左に移動させるための駆動波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本実施形態の慣性駆動アクチュエータの構成による作用効果を説明する。なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えない。従って、以下で説明する本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
【００２７】
(第１実施形態)
第１実施形態に係る慣性駆動アクチュエータを図１に示す。図１（ａ）は慣性駆動アクチュエータの側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａで示す位置における断面図である。
【００２８】
第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００は、圧電素子（変位手段）３と、振動基板４と、移動子１０と固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０が位置する。
【００２９】
移動子１０は、コイル１１（第１の磁界発生手段）と第１のヨーク１２ａとで構成されている。第１のヨーク（磁束誘導部材）１２ａは外観が溝状（凹状）の部材で、溝の中央でＴ字状の部材で仕切られている。そして、Ｔ字状の部材を中心としてコイル芯を巻いた円筒形状のコイル１１が設けられている。また、コイル１１に電流を供給する配線Ｌが、第１のヨーク１２ａから外側に延びている。なお、溝状の部材とＴ字状の部材は連結されている。
【００３０】
圧電素子３と振動基板４は、共に板状の部材である。ここで、振動基板４には非磁性体の材料が用いられている。圧電素子３の一端と振動基板４の一端は機械的に連結されている。なお、機械的に連結する構成に限られず、接着でも良い。圧電素子３と振動基板４は、固定子２０の上部に載置される。圧電素子３は微小変位を発生させ、振動基板４は微小変位によって往復運動する。
【００３１】
固定子２０は、永久磁石２１（第２の磁界発生手段）と第２のヨーク（磁束誘導部材）２２ａで構成されている。永久磁石２１は直方体の部材で、一方の面側がＮ極、他方の面側がＳ極となっている。第２のヨーク２２ａは箱状の部材である。永久磁石２１はＮ極側の面を上にして、第２のヨーク２２ａの内側に載置されている。この永久磁石２１は、第２のヨーク２２ａの底面部に固定されている。
【００３２】
慣性駆動アクチュエータ１００の動作について説明する。なお、駆動原理（駆動方法）については図６で説明する。コイル１１に、紙面下方向にＳ極が発生するように電流を流す。ここで、コイル１１の両側にはヨーク１２ａが配置されている。そのため、コイル１１で発生した磁束の外部への漏れを、第１のヨーク１２ａよって抑えることができる。その結果、第１のヨーク１２ａの中央下部Ｐ１にはＳ極が集中し、第１のヨーク１２ａの両端下部Ｐ２にはＮ極が集中する。
【００３３】
一方、第１のヨーク１２ａと対向している固定子２０では、永久磁石２１は第２のヨーク２２ａで囲まれている。そのため、永久磁石２１で発生した磁束の外部への漏れを、第２のヨーク２２ａによって抑えることができる。その結果、永久磁石２１の上部にはＮ極、第２のヨーク２２ａの両端上部Ｐ３にはＳ極が集中する。
【００３４】
このように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、移動子１０と固定子２０の各々で磁束の外部への漏れを抑制し、これによりＳ極やＮ極を所定の領域に集中させることができる。よって、移動子１０と固定子２０の間に、紙面下側に向かって効率的に磁気吸着力を発生させることができる。
【００３５】
逆に、コイル１１に、紙面上方向にＳ極が発生するように電流を流す。すると、第１のヨーク１２ａの中央下部Ｐ１にはＮ極が集中し、第１のヨーク１２ａの両端下部Ｐ２にはＳ極が集中する。一方、第１のヨーク１２ａと対向している固定子２０では、永久磁石２１の上部にはＮ極、第２のヨーク２２ａの両端上部Ｐ３にはＳ極が集中する。そのため、移動子１０と固定子２０の間に、紙面上側に向かって効率的に磁気反発力を発生させることができる。
【００３６】
なお、コイル１１に流す電流量を変えることによって、移動子１０の振動基板４に対する垂直抗力（移動子１０と固定子２０の間に発生する磁気吸着力あるいは磁気反発力）の強さを変化させることができる。このようにすることで、移動子１０と振動基板４の摩擦力を制御することが可能となる。
【００３７】
以上述べたように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、移動子１０の移動あるいは駆動に磁気力を用いている。すなわち、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００は、駆動したときに磨耗が生じる弾性体のような部材を使っていない。そのため、移動子１０の移動あるいは駆動させても磨耗が生じない。その結果、長期間にわたって、安定して移動子１０を移動あるいは駆動する（所望の位置に移動させることや、所望の位置で保持する）ことができる。更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができる。このため、簡単かつ低コストな構成でありながら、移動子１０を効率よく移動あるいは駆動できる。
【００３８】
(第２実施形態)
次に、第２実施形態に係る慣性アクチュエータについて説明する。上記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図２は、図１（ｂ）と同様の慣性駆動アクチュエータの断面図である。
【００３９】
第２実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００は、圧電素子３（不図示）と、振動基板４と、移動子１０と固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０が位置する。
【００４０】
第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００の移動子１０では、第１のヨーク１２ａは２つのコイル１１の両方を覆っている。これに対して、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００の移動子１０では、第１のヨーク１２ｂは２つのコイル１１のうちの一方のみを覆っている。すなわち、慣性駆動アクチュエータ１００では、第１のヨーク１２ａをコイル１１の両脇部に配置していたのに対し、慣性駆動アクチュエータ２００では、第１のヨーク１２ｂをコイル１１の片脇部のみに配置している。
【００４１】
また、固定子２０についても、慣性駆動アクチュエータ１００では、第２のヨーク２２ａを永久磁石２１の両側に配置していたのに対し、慣性駆動アクチュエータ２００では、第２のヨーク２２ｂを永久磁石２１の片側のみに配置している。
【００４２】
このように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００は、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と構造が多少異なる。しかしながら、磁気吸着力、磁気反発力、ともに第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同様の効果がある。また、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００は、第１のヨーク１２ｂと第２のヨーク２２ｂを、コイル１１や永久磁石２１の片側のみに配置している。そのため、第１実施形態と全体サイズを同じにした場合、コイルの巻き数を多くすることが出来る。したがって、第１実施形態と同じ電流値でコイル１１から磁束を発生させる場合、磁束密度が増加し、磁気吸着力および磁気反発力を増加させることが出来る。
【００４３】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る慣性駆動アクチュエータについて説明する。
図３（ａ）は慣性駆動アクチュエータの側面図、図３（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａで示す位置における断面図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同じ構成については同一の番号を付し、その説明は省略する。なお、配線の図示は省略している
【００４４】
第３実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００は、圧電素子３と、移動子１０と、移動基板４０で構成されている。振動基板４０の上部に振動基板４０の上部に移動子１０が位置する。そして、圧電素子３の一端と振動基板４０の一端は機械的に連結されている。
【００４５】
移動子１０は、コイル１１と第１のヨーク１２ｃとで構成されている。なお、移動子１０の構造は第１実施形態の移動子１０と同じなので、説明を省略する。本実施形態の移動子１０も、第１実施形態の移動子１０と同様の役割をする。また、振動基板４０は、永久磁石２１と第２のヨーク２２ｃで構成されている。振動基板４０は、第１実施形態の固定子２０と同様の役割をし、振動基板４の役割も果たす。
【００４６】
このように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００は、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同じ作用を行う部材を備えているので、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同様の効果を奏する。更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００では、振動基板４０に複数の役割を持たせているので、アクチュエータサイズの小型化が可能となる。
【００４７】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る慣性駆動アクチュエータについて説明する。
図４は、図１（ｂ）と同様の慣性駆動アクチュエータの断面図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータと同じ構成については同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００４８】
第４実施形態の慣性駆動アクチュエータ４００は、圧電素子３（不図示）と、振動基板４と、移動子１０と固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０が位置する。
【００４９】
移動子１０は、コイル１１と、第１のヨーク１２ｄと、永久磁石１３で構成されている。第１のヨーク１２ｄは外観が溝状の部材で、溝の中央でＴ字状の部材で仕切られている。そして、Ｔ字状の部材を中心としてコイル芯を巻いた円筒形状にコイル１１が設けられている。ここで、溝状の部材とＴ字状の部材は分離しており、その間に永久磁石１３が位置している。永久磁石１３は、Ｎ極がＴ字状の部材側に位置するように配置されている。一方、固定子２０は第２のヨーク２２ｄを有している。
本実施形態は、第１実施形態に比較して、永久磁石２１（第２の磁界発生手段）を有していない点が異なる。
【００５０】
上記のような構成において、例えば、紙面下方向にＮ極が発生するように、コイル１１に電流を流す。すると、第１のヨーク１２ｄの中央下部にはＮ極が集中し、第１のヨーク１２ｄの両端下部にはＳ極が集中する。
永久磁石１３からの磁束も同様に第１のヨーク１２ｄの中央下部にＮ極、第１のヨーク１２ｄの両端下部にＳ極が集中する。それに対向し、固定子２０では、第２のヨーク２２ｄには逆極性が誘起される。すなわち、第２のヨーク２２ｄの中央部にはＳ極が誘起され、両端部にはＮ極が誘起される。その結果、移動子１０に対して紙面下側に向かって、コイル１１に電流を流さないときと比べて強い磁気吸着力が発生する。
【００５１】
一方、紙面上方向にＮ極が集中するように、コイル１１に電流を流した場合は、コイル１１に電流を流さないときと比べて弱い磁気吸着力が発生する。また、コイル１１に流す電流を変えることによって、移動子１０の振動基板４に対する垂直抗力の強さを変えることができる。このようにすることで、移動子１０と振動基板４の摩擦力を制御することが可能となる。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ４００では、移動子１０の移動あるいは駆動に磁気力を用いている。すなわち、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ４００は、駆動したときに磨耗が生じる弾性体のような部材を使っていない。そのため、移動子１０の移動あるいは駆動させても磨耗が生じない。その結果、長期間にわたって、安定して移動子１０を移動あるいは駆動する（所望の位置に移動させることや、所望の位置で保持する）ことができる。更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ４００では、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができるため、移動子１０を効率よく移動あるいは駆動できる。
【００５３】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る慣性駆動アクチュエータについて説明する。
図５は、図１（ｂ）と同様の慣性駆動アクチュエータの断面図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータと同じ構成については同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００５４】
第５実施形態の慣性駆動アクチュエータ５００は、圧電素子３（不図示）と、振動基板４と、移動子１０と固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０が位置する。
【００５５】
第５実施形態の慣性駆動アクチュエータ５００と第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００は、振動基板の構造が異なる。第１実施形態の振動基板４は、非磁性体のみで構成されている。これに対して、本実施形態の振動基板４は、磁性体部４１と非磁性体部４２を有する。磁性体部はヨークとして機能する。磁性体部４１は３つに分かれており、それぞれ振動基板４の中央と、中央を挟んだ両側に配置されている。中央の磁性体部４１の位置は、Ｔ字状の部材（第１のヨーク１２ｅ）とほぼ対向する位置である。また、両側の磁性体部４１の位置は、溝状の部材（第１のヨーク１２ｅ）の端とほぼ対向する位置である。
【００５６】
本実施形態の慣性駆動アクチュエータ５００では、移動子１０の第１のヨーク１２ｅにより誘導された磁束と、固定子２０の第２のヨーク２２ｅに誘導された磁束が、それぞれ振動基板４の磁性体部４１を介して流れるため、磁束漏れをさらに抑制する効果がある。特に、第１のヨーク１２ｅの両端下部と第２のヨーク２２ｅの両端上部では、両者の間に両側の磁性体部４１が存在するため、この間から外部への磁束漏れを大幅に抑制できる。
【００５７】
次に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータの駆動方法を説明する。
図６は、例えば、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００を駆動するときの駆動方法を示している。図６において、横軸は時間を示し、縦軸は圧電素子３の変位を示している。図１（ａ）において、圧電素子３が紙面左方向に伸びた場合を正としている。
【００５８】
時刻０からＡまでの間、圧電素子３は延伸している。この間は、コイル１１に、紙面下方向にＳ極が発生するように電流を流す。すると、移動子１０に対して振動基板４側に働く磁気吸着力が増加する。そのため、移動子１０と振動基板４との間の摩擦は増加する。その結果、圧電素子３の延伸とともに振動基板４は紙面左方向に移動し、それとともに移動子１０も紙面左方向に移動する。
【００５９】
次に、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、圧電素子３は収縮している。この間、コイル１１に電流を流すのを止める。すると、移動子１０に対してコイルにより発生する磁気吸着力が働かなくなる。そのため、移動子１０と振動基板４との間の摩擦力は減少する。これは、振動基板４の動きに対して移動子１０のすべる量が増加したことを意味する。その結果、圧電素子の収縮とともに振動基板４が紙面右方向に移動しても、見かけ上、移動子１０は移動した位置で静止した状態となる。このように、圧電素子３の収縮とともに、紙面右方向に移動する振動基板４に対して移動子１０は左方向に滑るため、時刻０から時刻Ｂまでの間で、移動子１０は紙面左方向に移動することとなる。
【００６０】
同様のことを、時刻Ｂから時刻Ｃ、時刻Ｃから時刻Ｄというように繰り返すことにより、移動子１０を紙面左方向に移動させていくことができる。なお、移動子１０を紙面右方向へ移動させるには、コイル１１に電流を流すタイミングを、図６と逆にすることにより可能である。すなわち、時刻０から時刻Ａまでの間、移動子１０に対して振動基板４側に磁気吸着力が働くように電流を流す代わりに、磁気反発力が働くようにコイル１１に電流を流すことにより、移動子１０は紙面右側に移動する。
【００６１】
尚、上記の例では、時刻Ａから時刻Ｂまでの間は、コイル１１に電流を流すのを止めている。これに代わり、移動子１０に対して振動基板４側に磁気反発力が働くように、コイル１１に電流を流してもよい。このようにすることで、上記と同様に移動子１０の移動が可能である。
【００６２】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る慣性駆動アクチュエータについて説明する。
図７は、図１（ｂ）と同様の慣性駆動アクチュエータの側面図である。また、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第６実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００を駆動するときの駆動方法を示している。
【００６３】
第６実施形態の慣性駆動アクチュエータは、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００における移動子１０を２つ備えている。すなわち、第６実施形態の慣性駆動アクチュエータ６００は、圧電素子３と、振動基板４と、移動子１０ａと、移動子１０ｂと固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０ａと、移動子１０ｂが位置する。なお、配線の図示は省略している。
【００６４】
慣性駆動アクチュエータ６００の駆動方法について説明する。図８において、横軸は時間を示し、縦軸は圧電素子３の変位を示している。図７において、圧電素子３が紙面左方向に伸びた場合を正としている。
【００６５】
時刻０から時刻Ａまでの間、圧電素子３は延伸している。この間、移動子１０ａのコイル１１に電流を流さないでおく。この場合、移動子１０ａに対して磁気吸着力が働かなくなる。そのため、移動子１０ａは、その位置を変えずに静止したままである。一方、移動子１０ｂのコイル１１に、紙面下方向にＳ極が発生するように電流を流す。この場合、図６で説明したように、移動子１０ｂに対して振動基板４側に磁気吸着力が働く。そのため、移動子１０ｂは紙面左方向に移動する。
【００６６】
次に、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、圧電素子３は収縮している。この間、移動子１０ａのコイル１１に、紙面下方向にＳ極が発生するように電流を流す。この場合、図６で説明したように、移動子１０ａに対して振動基板４側に磁気吸着力が働く。そのため、移動子１０ａは紙面右方向に移動する。一方、移動子１０ｂのコイル１１に電流を流さないでおく。この場合、移動子１０ｂに対して磁気吸着力が働かなくなる。そのため、移動子１０ｂは、その位置を変えずに静止したままである。
【００６７】
以上のように、時刻０から時刻Ａの間、移動子１０ａは静止し、移動子１０ｂは紙面左方向、すなわち移動子１０ａに向かって移動する。一方、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、移動子１０ａは紙面右方向、すなわち移動子１０ｂに向かって移動し、移動子１０ｂは静止している。その結果、移動子１０ａと移動子１０ｂを近づけることができる。また、時刻０から時刻Ｂまでの間の駆動方法を繰り返すことで、移動子１０ａと移動子１０ｂを更に近づけることができる。また、駆動方法を変えれば、移動子１０ａと移動子１０ｂを同一方向に移動させることや、移動子１０ａと移動子１０ｂを離すようにすることもできる。
【００６８】
なお、図７および図８では、説明のために２個の移動子の構成とその駆動方法を例示したが、原理的には２個以上の移動子においても、同一の振動基板上で、それぞれを独立に駆動することが可能である。また、第１実施形態から第５実施形態のどれについても、移動子はコイルを有しているため、図７、図８の駆動原理を適用可能である。したがって、本実施形態の慣性駆動アクチュエータについて、同一の振動基板上で、複数の移動子を独立に駆動することは可能である。
【００６９】
なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明は、長期に亘って、安定した動作、例えば、移動体を所望の位置に移動させることや、所望の位置で移動体を静止させることや、静止した状態を維持することができる慣性駆動アクチュエータに適している。
【符号の説明】
【００７１】
３ 圧電素子
４、４０、４２ 振動基板
１０、１０ａ、１０ｂ 移動子
１１ コイル
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ 第１のヨーク
１３、２１ 永久磁石
２０ 固定子
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ 第２のヨーク
４１ ヨーク部
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 慣性駆動アクチュエータ
１０１ 支持部材
１０２ 圧電素子
１０３ 振動部材
１０４ 移動体
１０５ 板ばね
Ｌ 配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向と前記第１の方向とは逆の第２の方向に微小変位を発生する変位手段と、
前記変位手段の前記微小変位によって往復運動する振動基板と、
前記振動基板の平面上に配置され、第１の磁界発生手段を有した移動子と、を有し、
前記移動子の前記振動基板に対向した前記移動子側の面に前記第１の磁界発生手段が発生する磁束がＮ極、Ｓ極ともに集中するように、前記移動子は、前記第１の磁界発生手段が発生する磁束を誘導する第１のヨークを有し、
さらに、前記振動基板の前記移動子に対向した向きと反対側に第２のヨークを有し、
第１の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、前記移動子と前記振動基板の間に働く摩擦力を制御し、前記移動子を駆動することを特徴とする慣性駆動アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の磁界発生手段から発生する磁界に対して、前記移動子が前記振動基板に対向した方向に磁気吸引力または磁気反発力が働くように磁界を発生する第２の磁界発生手段をさらに有し、
前記第２のヨークは、前記第２の磁界発生手段が発生する磁束が、固定子側の面にＮ極、Ｓ極、ともに集中するように、前記第２の磁界発生手段が発生する磁束を誘導するために、前記第２の磁界発生手段周辺に配置されており、
前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、前記移動子と前記振動基板の間に働く摩擦力を制御し、前記移動子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項３】
前記第１の磁界発生手段が電磁コイルであることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項４】
前記第２の磁界発生手段が永久磁石であることを特徴とする請求項２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項５】
前記変位手段が圧電素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項６】
前記振動基板が非磁性体であることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項７】
前記振動基板が非磁性部と磁性部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項８】
前記振動基板は、少なくとも一部が前記第２の磁界発生手段を有することを特徴とする請求項２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項９】
前記振動基板は、前記第２のヨークの機能を兼用することを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１の磁界発生手段が電磁コイルと永久磁石を有することを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項１】
第１の方向と前記第１の方向とは逆の第２の方向に微小変位を発生する変位手段と、
前記変位手段の前記微小変位によって往復運動する振動基板と、
前記振動基板の平面上に配置され、第１の磁界発生手段を有した移動子と、を有し、
前記移動子の前記振動基板に対向した前記移動子側の面に前記第１の磁界発生手段が発生する磁束がＮ極、Ｓ極ともに集中するように、前記移動子は、前記第１の磁界発生手段が発生する磁束を誘導する第１のヨークを有し、
さらに、前記振動基板の前記移動子に対向した向きと反対側に第２のヨークを有し、
第１の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、前記移動子と前記振動基板の間に働く摩擦力を制御し、前記移動子を駆動することを特徴とする慣性駆動アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の磁界発生手段から発生する磁界に対して、前記移動子が前記振動基板に対向した方向に磁気吸引力または磁気反発力が働くように磁界を発生する第２の磁界発生手段をさらに有し、
前記第２のヨークは、前記第２の磁界発生手段が発生する磁束が、固定子側の面にＮ極、Ｓ極、ともに集中するように、前記第２の磁界発生手段が発生する磁束を誘導するために、前記第２の磁界発生手段周辺に配置されており、
前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、前記移動子と前記振動基板の間に働く摩擦力を制御し、前記移動子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項３】
前記第１の磁界発生手段が電磁コイルであることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項４】
前記第２の磁界発生手段が永久磁石であることを特徴とする請求項２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項５】
前記変位手段が圧電素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項６】
前記振動基板が非磁性体であることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項７】
前記振動基板が非磁性部と磁性部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項８】
前記振動基板は、少なくとも一部が前記第２の磁界発生手段を有することを特徴とする請求項２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項９】
前記振動基板は、前記第２のヨークの機能を兼用することを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１の磁界発生手段が電磁コイルと永久磁石を有することを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２１７７９（Ｐ２０１３−２１７７９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１８０９（Ｐ２０１１−１５１８０９）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]