JP2010183728A

JP2010183728A - 直線型アクチュエータ

Info

Publication number: JP2010183728A
Application number: JP2009024722A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kurosawa; 裕一黒澤
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: US20100322606A1; US8131140B2; JP5515310B2

Abstract

【課題】推力を高めるとともに、コイルに通流する電流を切り替える際に生じる推力のリップルを抑制した直線型アクチュエータを提供する。
【解決手段】直線方向にＳ極とＮ極が交互に配列された多極磁石１１と、多極磁石１１の長さ方向に相対移動可能で複数の単位コイルＣ１〜Ｃ６を長さ方向に配列したコイル体２１と、多極磁石１１に対するコイル体２１の長さ方向の位置を検出する磁気センサ２２と、磁気センサ２２で検出したコイル体２１の位置に基づいて各単位コイルＣ１〜Ｃ６に通流する電流を独立して制御する通電制御回路４を備える。コイル体２１を構成する全ての単位コイルＣ１〜Ｃ６において推力を発生させて推力を高め、コイル体２１に生じる推力の推力リップルを抑制して円滑な動作が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は磁力を利用して直線方向に移動するための推力を得る直線型アクチュエータに関し、特に推力を高めるとともに推力のリップルを低減した直線型アクチュエータに関するものである。

直線型アクチュエータは直線型モータ（リニアモータ）とも称せられるが、磁石によって生じる磁界内に配置したコイルに通電することにより発生する磁力を利用して磁石又はコイルのいずれかを移動させるようにしたものである。例えば、特許文献１には複数の永久磁石を同極同士が互いに対向するように直列配置してＳ極とＮ極を交互に配置した可動子を構成し、この可動子の外周の永久磁石によって生じる磁界領域に固定子としてのコイルを配置したリニアアクチュエータが提案されている。コイルに通流する電流の方向を制御することにより永久磁石の磁界によって所定方向の磁力が発生し、この磁力によって永久磁石、すなわち可動子を直線移動させるものである。特許文献２は特許文献１とほぼ同じであるが、永久磁石を固定子とし、コイルを可動子とした直線型アクチュエータである。

特許文献１，２に記載の直線型アクチュエータは、いずれも長さ方向にＮ極とＳ極を交互に配置し、しかもコイルは位相が異なる電流を通流する３相コイルとして構成している。そして、例えばコイルを可動子とした特許文献２の場合には、３つのコイルを移動方向に配列して一体化して３相コイルを構成し、この３相コイルを構成する３つのコイルのうちのいずれか１つ、または２つに通流する電流を所要のシーケンスで制御し、磁力が生じるコイルを順次切り替えることにより、３つのコイルにおいて順序的に移動方向の推力を発生させ、可動子を連続的に直線移動させている。

特開２００７−２８２４７５号公報特開平１０−３１３５６６号公報

特許文献１，２の直線型アクチュエータでは、コイルを３相コイルを構成する３つのコイルのいずれか１つ、または２つに電流を通流して移動させているので、電流を通流したコイルでのみ推力を得ることになり、３つのコイルの長さが等しい場合には３相コイル全体で得られる推力の１／３又は２／３の推力しか得られないことになる。そのため、アクチュエータを小型化したときに、これに伴ってコイルの長さを短くすると大きな推力を得ることが難しい。また、３相コイルに通流する電流を切り替える際に、２つのコイルにおいて同時に電流が流れない状態が生じてこれらコイルにおける推力が零になり、このときにコイル全体の推力が低下し、これが推力のリップルとして表れる。この推力のリップルによりコイルの円滑な移動が阻害され、可動子が円滑に移動しない直線型アクチュエータとなってしまう。

図８はこのことを説明する図であり、同図（ａ）のようにＮ極とＳ極を交互に着磁したロッド状の多極永久磁石１１からなる固定子１に可動子２としての３相コイル体２１Ａを直線移動可能に配設し、この３相コイル体２１Ａを構成する３つのコイル、すなわちｕコイル、ｗコイル、ｖコイルに通流する電流を制御して推力を得ている。これらのコイルｕ，ｗ，ｖを、例えば同図（ｂ）のようにＹ字結線し、各端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に同図（ｃ）のようなシーケンスで給電を行い、各コイルｕ，ｗ，ｖのうち２つのコイルを順序的に励磁すると、励磁されたコイルでは同図（ｄ）の下段の推力が得られる。長い破線はｕコイル、短い破線はｖコイル、二点鎖線はｗコイルの推力である。例えば、タイミングｔではコイルｗとｖが励磁されて推力が得られ、タイミングｔ２ではコイルｗとｕが励磁されて推力が得られる。そのため、励磁の切り替えに伴って各コイルに生じる推力の変動によって同図（ｄ）の上段のように、３相コイル体２１Ａに生じる全推力（３つのコイルの推力の合力）に推力のむら、すなわち推力リップルが発生してしまう。

本発明の目的は、全てのコイルにおいて常時推力を発生させることで全体の推力を高めるとともに、コイルに通流する電流を切り替える際に生じる推力のリップルを抑制した直線型アクチュエータを提供することにある。

本発明の直線型アクチュエータは、直線方向にＳ極とＮ極が交互に配列された多極磁石と、多極磁石の長さ方向に相対移動可能でかつそれぞれ独立した複数の単位コイルを長さ方向に配列して一体化したコイル体と、多極磁石に対するコイル体の長さ方向の位置を検出する磁気センサと、磁気センサで検出したコイル体の位置に基づいて複数の単位コイルに通流する電流をそれぞれ独立して制御する通電制御回路とを備えることを特徴とする。

通電制御回路は磁気センサで検出したコイル体の位置から各単位コイルの位置を検出する位置検出部と、この位置検出部での検出に基づいて各単位コイルに通流する電流の方向を切り替える通電方向制御部とを備える構成とする。ここで、位置検出部はコイル体の各単位コイルが多極磁石のＳ極又はＮ極のいずれに対向位置しているかを検出し、通電方向制御部はＳ極に対向位置しているときとＮ極に対向位置しているときとで通電方向を反転する構成とすることが好ましい。例えば、通電方向制御部は、複数のスイッチングトランジスタを含んで構成されるＨブリッジ回路と、当該スイッチングトランジスタのゲート電流を切り替えるためのゲートコントローラとを備える構成とする。

本発明の直線型アクチュエータでは、次の形態とすることが好ましい。
（１）コイル体と磁気センサは一体に構成され、多極磁石に対して一体的に相対移動する構成とする。
（２）多極磁石を固定子として構成し、コイル体と磁気センサを可動子として構成する。勿論、この反対に多極磁石を可動子とし、コイル体と磁気センサを固定子としてもよい。
（３）単位コイルは長さ方向に１条のコイルで構成される。推力リップルを最小限にするためには、単位コイルは１条であることが好ましい。
（４）多極磁石は等方性磁石材料の長さ方向にＳ極とＮ極を交互に着磁した多極永久磁石、または複数の永久磁石のＳ極とＮ極同士を互いに対向させて一体化した多極永久磁石として構成する。

本発明によれば、多極磁石に対するコイル体の位置、特にコイル体を構成する複数の単位コイルが多極磁石のいずれの磁極に対向位置しているかを検出し、検出した磁極に対応して単位コイルに通流する電流の方向を切り替え制御することで、各単位コイルのそれぞれにおいて同じ方向の磁力による推力を発生することが可能になる。これにより、コイル体を構成する全ての単位コイルにおいて推力を発生させるとともに、単位コイルの通電方向を切り替える際に生じる推力リップルを抑制することができる。これにより、高い推力で円滑な動作を行うことが可能な直線型アクチュエータが得られる。

本発明の直線型アクチュエータの概略構成を示す斜視図。図１の直線型アクチュエータの概念構成を示す断面図。コイル体の部分分解斜視図。磁気センサの位置検出動作を説明する図。通電制御回路の回路図。コイル体における推力の発生動作を説明する図。本発明を手ぶれ補正装置に適用した実施例１の概念斜視図。３相コイルにおける推力リップルを説明する図。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の直線型アクチュエータの概略構成を示す斜視図である。円柱ロッド状をした多極永久磁石１１からなる固定子１と、この固定子１に対して図には表れない支持機構によって固定子１の長さ方向に直線往復移動可能に配設した可動子２を備えている。この可動子２はコイル体２１と磁気センサ２２とで構成されており、これらのコイル体２１と磁気センサ２２は同一の基板２３に搭載され、基板２３が固定子１の長さ方向に直線移動することにより両者は一体に直線移動されるようになっている。前記可動子２には可撓性のあるコード３を介して通電制御回路４が接続されており、磁気センサ２２で検出した検出出力は通電制御回路４に入力されるとともに、この入力に基づいて通電制御回路４において制御された電流が前記コイル体２１に通電され、この通電制御によってコイル体２１に推力が発生し前記可動子１の直線移動が制御されるようになっている。

図２（ａ）は前記直線型アクチュエータの概念図である。前記固定子１は長さ方向にＮ極とＳ極を等ピッチ間隔で交互に配設した１本の長い円柱ロッド状をした多極永久磁石１１で構成されている。この多極永久磁石１１は、例えば、円柱ロッド状をした等方性磁石材料にＳ極とＮ極を交互にかつ等ピッチ間隔で着磁処理することにより形成することができる。

前記可動子２のコイル体２１は、複数の独立した単位コイルを移動方向に配列した構成である。図３はコイル体の分解斜視図であり、ここでは、それぞれ導線を所要の回数、図では簡略のために３回だけ巻回した１条のコイルからなる６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６を可動子１の移動方向に並列状態に配列して一体化した構成である。各単位コイルＣ１〜Ｃ６の導線の太さについては特に限定されることはないが、ここでは６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６を配列したときにコイル体２１の移動方向の長さが前記固定子１、すなわち多極永久磁石１１のＮ極，Ｓ極の配列ピッチ寸法のほぼ２／３の長さになるように構成している。また、後述するように前記各単位コイルＣ１〜Ｃ６にはそれぞれ通流する電流、特にここでは電流の通流方向を独立して制御できるように構成されている。

前記可動子２の磁気センサ２２はＭＲ（磁気抵抗）素子を備えるＭＲ素子ユニットとして構成されており、素子基板２２ａと、この素子基板２２ａに搭載された複数個のＭＲ素子２２ｂで構成されている。ここでは移動方向に所要の間隔、ここでは磁極Ｓ，Ｎの長さ方向の１／２の間隔を置いて配置した２つのＭＲ素子２２ｂで構成されている。この磁気センサ２２は前記多極永久磁石１１の長さ方向に沿って移動させると、多極永久磁石１１のＳ極、Ｎ極の各磁界により内部抵抗値が変化され、磁気センサ２２の出力が変化されるものである。例えば、図４に示すように、２つのＭＲ素子２２ｂをＧＮＤとＶｃｃの間に直列接続し、両者の接続点から出力Ｖｏを得るようにした場合、磁気センサ２２を多極永久磁石１１のＮ極とＳ極とに沿って移動したときには、磁気センサ２２の出力Ｖｏは同図の下段に示すようにＳ極においてＶｃｃとなり、Ｎ極において０となり、Ｎ極とＳ極の境界でＶｃｃ／２となる。すなわち、この出力Ｖｏは両ＭＲセンサ２２ｂの出力を２分周したものと等価な出力であり、多極永久磁石１１の磁極ピッチに一致した周期の出力となる。そのため、この出力Ｖｏにより多極永久磁石１１に対する磁気センサ２２の移動方向の位置を検出することが可能になる。ここでは、磁気センサ２２の長さ方向の中央位置と前記コイル体２１の長さ方向の中央位置とを多極永久磁石１１の磁極ピッチの寸法に等しく設定している。

前記通電制御回路４は、図５に示すように、前記磁気センサ２２の出力電圧に基づいて多極永久磁石に対するＭＲ素子ユニットの位置を検出する位置検出部４１と、この位置検出部４１で検出した磁気センサ２２の位置に基づいて前記コイル体２１に通流する電流を制御する通電制御部４２とを備えている。前記位置検出部４１では磁気センサ２２の位置を検出するが、この検出結果に基づいて磁気センサ２２と一体に移動する前記コイル体２１の多極永久磁石１１に対する位置を演算し、結果としてこのコイル体２１を構成する６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６のそれぞれの位置を検出することが可能とされている。

前記通電制御部４２は前記６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６のそれぞれに対応した通電方向制御部４３１〜４３６で構成されている。各通電方向制御部４３１〜４３６は、ここでは電源Ｖｃｃと設置ＧＮＤとの間に接続されて各単位コイルＣ１〜Ｃ６の通電方向を切り替えるＨブリッジ回路４４１〜４４６と、前記位置検出部４１の検出に基づいて前記Ｈブリッジ回路４４１〜４４６での切り替えを行うゲートコントローラ回路４５１〜４５６で構成されている。Ｈブリッジ回路４４１〜４４６は既に知られている回路であるので詳細な説明は省略するが、Ｈブリッジ回路４４１で代表して簡単に説明すると、４つのスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４と、各スイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４のコレクタとエミッタとの間に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ４とで構成されており、スイッチングトランジスタＳ１とＳ２，Ｓ３とＳ４の各接続点に前記単位コイルＣ１が接続されている。また、前記ゲートコントローラ部４５１〜４５６は、ゲートコントローラ部４５１で代表して説明するように、前記位置検出部４１での検出に基づいて前記４つのスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４のベースに供給する電流をそれぞれ制御する一対のゲートコントローラＧＣ１，ＧＣ２で構成されており、これらゲートコントローラＧＣ１，ＧＣ２はそれぞれスイッチングトランジスタＳ１とＳ４、Ｓ２とＳ３をそれぞれ同時にかつ交番的にオン・オフ制御するように動作する。

通電方向制御部４２の動作を簡単に説明すると、ゲートコントローラＧＣ１，ＧＣ２は位置検出部４１の出力に基づいて互いに相反的に動作するように構成されており、例えば、ゲートコントローラ部４５１においてＨブリッジ回路４４１を制御する場合には、ゲートコントローラＧＣ１がスイッチングトランジスタＳ１とＳ４をオンしたときにはゲートコントローラＧＣ２はスイッチングトランジスタＳ２とＳ３をオフする。これによりＨブリッジ回路４４１においては、スイッチングトランジスタＳ１とＳ４を通してＶｃｃ電流が流れるため単位コイルＣ１には矢印Ａ方向の電流が通流される。反対にゲートコントローラＧＣ１によってスイッチングトランジスタＳ１とＳ１をそれぞれオフし、ゲートコントローラＧＣ２によってスイッチングトランジスタＳ２とＳ３をオンしたときには、Ｈブリッジ回路４４１ではスイッチングトランジスタＳ２とＳ３を通して電源電流が流れるため単位コイルＣ１には矢印Ａと反対方向の電流が通流される。単位コイルＣ２〜Ｃ６についても同様であり、これにより各通電方向制御部４３１〜４３６での制御によって６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６に通流する電流の方向がそれぞれ独立して切り替えられることになる。

以上の構成の直線型アクチュエータにおける動作を説明する。通電制御回路は可動子の現在の位置を検出する。すなわち、位置検出部４１において磁気センサ２２の出力電圧を検出し、この電圧から図４に示したように多極永久磁石１１に対する磁気センサ２２の移動方向の位置を検出する。磁気センサ２２とコイル体２１は基板２３上に一体的に構成されており、両者の移動方向の相対位置は一定であり、また前記したように磁気センサ２２の中央位置とコイル体２１の中央位置の間隔を多極永久磁石１１の磁極の１ピッチ寸法に等しくしているので、磁気センサ２２の位置から多極永久磁石１１に対するコイル体２１の位置を検出することができる。さらにコイル体２１は６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６を移動方向に配列しているので、コイル体２１の位置から多極永久磁石１１に対する各単位コイルＣ１〜Ｃ６の個々の位置を検出することができる。

図６（ａ）は多極永久磁石１１に対するコイル体２１の位置関係を示す図であり、多極永久磁石１１のＳ極とＮ極の各磁極と、これらの磁極に対するコイル体２１の各単位コイルＣ１〜Ｃ６の位置関係を示している。この図の状態のときに、位置検出部４１がコイル体２１の位置、すなわち各単位コイルＣ１〜Ｃ６の位置を検出すると、各単位コイルＣ１〜Ｃ６が多極永久磁石１１のＮ極とＳ極のいずれの磁極に対向位置されているかが検出できる。この図の例では、単位コイルＣ１〜Ｃ６は全てＳ極に対向位置していることが検出できる。

しかる上で、位置検出部４１は各単位コイルＣ１〜Ｃ６の通電方向制御部４３１〜４３６を制御し、各単位コイルＣ１〜Ｃ６の通電方向を制御する。図６（ａ）の場合において可動子２、すなわちコイル体２１を図の左方向に移動させようとする場合、全ての単位コイルにはＡ方向（紙面の表方向）に電流を通流する。この通電方向の制御は前述した通りであり、例えば単位コイルＣ１では、ゲートコントローラＧＣ１，ＧＣ２によりＨブリッジ回路４４１のスイッチングトランジスタＳ１〜Ｓ４のオン、オフを制御することにより行われる。これにより、各単位コイルＣ１〜ｃ６には、同図に短い矢印で示すように、フレミングの左手の法則により図の左方向の磁力、すなわち推力が生じることになり、これらの推力が合力されてコイルタ体２１、すなわち可動子２が左方向に移動される。

可動子が左方向に僅かに移動され始め、図６（ｂ）のようにＳ極に対向位置していた単位コイルがＳ極に移動すると、ここでは単位コイルＣ１がＳ極からＮ極に移動されると、そのままの通電方向では単位コイルＣ１には右方向の推力が発生してしまうことになる。位置検出部４１はこの単位コイルＣ１がＮ極に移動したことを検出すると、この単位コイルＣ１の通電方向制御部４３１を制御し、ゲートコントローラ回路４５１によってＨブリッジ回路４４１による通電方向を切り替える。これにより、単位コイルＣ１はＡ方向から反Ａ方向に電流方向が切り替えられ、単位コイルＣ１に発生する推力は左方向のままとなる。可動子がさらに左方向に移動され、図６（ｃ）のようにＳ極に対向位置していた次の単位コイルＣ２がＮ極に移動すると、位置検出部４１は同様にこの単位コイルＣ２がＮ極に移動したことを検知し、この単位コイルＣ２の通電方向はＡ方向から反Ａ方向に切り替えられ、単位コイルＣ２に発生する推力はそのまま左方向となる。以下、同様にして配列されている単位コイルＣ３〜Ｃ６が順次Ｓ極からＮ極に移動されるのに伴って通電方向を切り替えることで各単位コイルＣ３〜Ｃ６においても左方向の推力が発生する状態になる。

このように、コイル体２１を構成する６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６には常に電流が通流され、しかもこの電流の方向は多極永久磁石１１の磁極に対応させて可動子２を移動させる方向に推力が生じるように通流される。そのため、従来の３相コイルのように可動子の移動に伴っていずれか通電されないコイルが生じることはなく、６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６で構成されるコイル体２１の全体において推力が発生されることになる。したがって、同じ長さのコイルで可動子を構成した場合でも、３相コイルに比較して発生する推力を高めることが可能になる。反対に、同じ推力を得る場合にはコイル体２の移動方向の長さが短くでき、直線型アクチュエータの小型化が可能になる。

また、コイル体２１を構成している６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６は常に電流が通流されて推力が発生しており、移動に伴って単位コイルＣ１〜Ｃ６の電流方向が切り替えられる際には複数の単位コイルが同時に電流が切り替えられることはなく何れか１つの単位コイルの通流が切り替えられるのみであるので、電流方向の切り替え時に当該単位コイルにおいて推力リップルが生じてもこれは微小であり、コイル体２１の全体におよぼす影響は極めて小さくて無視できるので、コイル体２１の全体における推力リップルを抑制し可動子の円滑な移動が可能になる。

なお、図示は省略するが、コイル体２１がＮ極からＳ極に移動される場合には、以上とは反対に単位コイルＣ１〜Ｃ６に通流する電流を反Ａ方向からＡ方向に切り替えることで左方向の推力が発生するようになる。さらに、可動子２を右方向に移動する場合についても電流の向きが反対になるだけであり、制御については同じである。

前記実施の形態ではコイル体２１をそれぞれ１条の６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６で構成しているが、直線型アクチュエータに要求される推力や推力リップルによっては異なる数の単位コイルで構成することが可能である。また、各単位コイルとして、導線を移動方向に沿って２列で巻回された２条の単位コイル、あるいは３列以上に巻回される単位コイルで構成してもよい。このような複数条の単位コイルの場合には、当該単位コイルの全体が境界を超えた時点で電流方向を切り替えるようにすればよい。

前記実施の形態では固定子としての多極永久磁石を等方性磁石材料で構成しているが、図２（ｂ）に示すように、両端がＮ極、Ｓ極に着磁された複数個の短円柱ロッド状の永久磁石をそれぞれ同極同士、すなわちＮ極とＮ極、Ｓ極とＳ極を互いに対向させて直列状態に配列し、接着剤等により一体に接着し、あるいは保持部材により機械的に固定して一体化した多極永久磁石１１Ａで構成してもよい。

前記実施の形態では多極永久磁石を固定子とし、コイル体及び磁気センサを可動子として構成しているが、本発明においては多極磁石とコイル体とは直線方向に相対移動が可能な構成であれば実現できるので、コイル体及び磁気センサを固定子とし、多極永久磁石を可動子として構成した直線型アクチュエータを構成することも可能である。

前記実施の形態では電流制御回路の電流方向制御部をゲートコントローラ回路とＨブリッジ回路で構成しているが、単位コイルに通流する電流の方向を切り替えることが可能であればこの構成に限定されるものではない。直線型アクチュエータの規模によっては機械的な切り替えスイッチで構成することも可能である。

磁気センサは磁気を検出するものであればＭＲ素子に限定されるものではなく、ホール素子を利用することも可能である。

図７は実施の形態で説明した直線型アクチュエータをカメラの手ぶれ補正機構に適用した実施例の外観図である。撮影レンズ１０１と、この撮影レンズ１０１で結像した被写体像を撮像するための撮像素子１０２を備えるとともに、これら撮影レンズ１０１と撮像素子１０２との間に手ぶれ補正機構２００が配設されている。撮影レンズ１０１を支持しているレンズ枠１１１は一部において光軸方向に延長されたレンズガイド１１２が挿通され、このレンズガイド１１２によって光軸方向に移動可能に支持される。また、レンズ枠１１１の他の一部は図には表れないカメラボディに固定されたステップモータ１１３により軸転されるリードスクリュ１１４に螺合されている。これにより、ステップモータ１１３の駆動よってレンズ枠１１１、すなわち撮影レンズ１０１は光軸方向に移動され撮像素子１０２に結像する被写体の合焦が可能となる。

前記手ぶれ補正機構２００は、光軸に対して垂直に配置され、カメラボディに水平方向（Ｘ方向）に向けて延長されたＸテーブルガイド２０３によって下端部が支持され、上端部に本発明のＸ直線型アクチュエータ２０２が配設されてＸ方向に移動可能なＸテーブル２０１を備えている。このＸ直線型アクチュエータ２０２は図１に示した固定子１としての多極永久磁石１１がＸ方向に向けて配設されて両端がカメラボディに固定され、この多極永久磁石１１に対してＸ方向に往復移動可能なコイル体２１と磁気センサ２２を含む可動子２がＸテーブル２０１に連結されている。また、前記Ｘテーブル２０１には、鉛直方向（Ｙ方向）に延長されたＹテーブルガイド２１３によって同図における左端部が支持され、右端部に本発明のＸ直線型アクチュエータ２１２が配設されてＹ方向に移動可能なＹテーブル２１１を備えている。このＹ直線型アクチュエータ２１２はＸ直線型アクチュエータと同じものを用いており、固定子１としての多極永久磁石１１の両端が前記Ｘテーブル２０１に固定され、この多極永久磁石１１に対してＹ方向に往復移動可能なコイル体２１と磁気センサ２２を含む可動子２がＹテーブル２１１に連結されている。このＹテーブル２１１に手ぶれ補正レンズ１０３が支持されている。この手ぶれ補正レンズ１０３は前記撮影レンズ１０１で結像した被写体像を撮像素子１０２の撮像面上においてＸ方向及びＹ方向に変位させ、この変位を撮影時に生じる手ぶれ、すなわち撮像面上での振動に対応させることで当該変位を相殺し、手ぶれを補正するものである。ここで、前記Ｘ直線型アクチュエータ２０２の可動子と、前記Ｙ直線型アクチュエータ２１２の可動子には図には表れない手ぶれ補正回路から所要の制御電流が通流されるようになっている。この手ぶれ補正回路には図５に示した電流制御回路４が含まれており、手ぶれ補正信号によって可動子２を構成しているそれぞれのコイル体２１への通電方向を制御するようになっている。

この手ぶれ補正機構では、手ぶれ補正回路はレリーズ時以外ではＸ直線型アクチュエータ２０２とＹ直線アクチュエータ２１２の各可動子２には所定の通電を行っており、これにより各可動子２は各多極永久磁石１１の長さ方向の所定位置に固定された状態にある。例えば、図６（ｄ）に例示するように、コイル体２１を構成している６つの単位コイルＣ１〜Ｃ６に全て同じ方向の電流、ここではＡ方向の電流を通流すると、コイル体２１の中心が多極永久磁石１１のＮ極とＳ極との境界に移動されたときに左右３つずつの単位コイルで発生する推力が互いに反対向きになって釣り合うため、可動子２はこの位置に停止されて固定される。これはＸテーブル２０１、Ｙテーブル２１１について同じであり、これにより、Ｙテーブル２１１に支持されている手ぶれ補正レンズ１０３は撮影レンズ１０１の光軸上に位置され、この位置は撮像素子１０２の撮像中心となる。

そして、撮影に際してのレリーズ時にカメラボディに手ぶれに伴う振動が発生すると、手ぶれ補正回路は当該振動のＸ方向及びＹ方向の成分を検出し、この検出に基づいてＸ及びＹの各直線型アクチュエータ２０２，２１２の各可動子に通流する電流を制御する。これにより、各可動子２がそれぞれＸ方向、Ｙ方向に移動され、これに伴ってＸテーブル２０１、Ｙテーブル２１１が移動される。このとき、Ｘテーブル２０１では下端部はＸテーブルガイド２０３に案内かつ支持され、上端部はＸ直線型アクチュエータ２０２により支持されながら駆動される。Ｙテーブル２１１では左端部はＹテーブルガイド２１３に案内かつ支持され、右端部はＹ直線型アクチュエータ２１２により支持されながら駆動される。この結果、手ぶれ補正レンズ１０３は撮影レンズ１０１の光軸に対してＸ方向及びＹ方向に移動し、撮像素子１０２に結像される被写体像を手ぶれ振動にかかわらず一定位置に保持し、手ぶれを補正する。このときＸ及びＹの各直線型アクチュエータ２０２，２１２では可動子２の磁気センサ２２により多極永久磁石１１に対するコイル体２１の位置を検出し、コイル体２１を構成する複数の単位コイルＣ１〜Ｃ６に対してそれぞれ独立して電流を通流制御することによりコイル体２１に生じる推力を高め、推力リップルを抑制することができる。

このように実施形態の直線型アクチュエータを手ぶれ補正機構に適用することにより、Ｘ及びＹの各直線型アクチュエータ２０２，２１２の可動子への通電制御のみで、レリーズ以外のときには手ぶれ補正レンズ１０３を光軸位置に保ち、レリーズ時には手ぶれによって生じる振動を相殺するようにＸＹ方向に移動制御することができ、手ぶれ補正機構が実現できる。この手ぶれ補正機構では、Ｘ方向及びＹ方向の各直線型アクチュエータ２０２，２１２は多極永久磁石１１からなる固定子１と、コイル体２１と磁気センサ２２からなる可動子２とによって構成できるので小型・軽量に構成でき、小型カメラの手ぶれ補正機構への適用が実現できる。コイル体２１においては、前述のように複数の単位コイルＣ１〜Ｃ６の全てにおいて推力が発生するので手ぶれ補正機構のさらなる小型化が可能になり、かつ推力リップルが抑制できるので円滑な動作による好適な手ぶれ補正が実現できる。

なお、カメラの手ぶれ補正機構として、被写体像を撮像するための撮像素子を光軸に垂直なＸ方向及びＹ方向に移動させるものがあり、本発明の直線型アクチュエータはこの撮像素子をＸ方向及びＹ方向に移動させるための駆動機構として適用することも可能である。この場合には実施例２の手ぶれ補正レンズ１０３は不要であり、Ｙテーブル２１１に撮像素子１０２を搭載した構成とすればよい。

また、手ぶれ補正機構に適用するだけではなく、カメラの撮影レンズの絞りを調整し、あるいは絞り込みを行うための絞り駆動機構にも適用可能である。通常ではカメラボディに設けたモータの回転出力を直線方向力に変換させて絞り込みレバーを駆動させているが、本発明の直線型アクチュエータを用いることで絞り込みレバーを直接的に駆動させることが可能になる。また、撮影レンズに内装している絞り機構の駆動源として利用することも可能である。さらには、撮影レンズ内のズーム機構やフォーカス機構におけるレンズを駆動するための駆動源として利用することも可能である。

本発明は直線駆動力を得る各種機構において、高駆動力でかつ円滑な駆動動作が要求される駆動源として利用できる。

１固定子
２可動子
３コード
４通電制御回路
１１，１１Ａ多極永久磁石
２１コイル体
２２磁気センサ
４１位置検出部
４２通電制御部
４３１〜４３６通電方向制御部
４４１〜４４６Ｈブリッジ回路
４５１〜４５６ゲートコントローラ回路
Ｃ１〜Ｃ６単位コイル

Claims

直線方向にＳ極とＮ極が交互に配列された多極磁石と、前記多極磁石の長さ方向に相対移動可能でかつそれぞれ独立した複数の単位コイルを長さ方向に配列して一体化したコイル体と、前記多極磁石に対する前記コイル体の長さ方向の位置を検出する磁気センサと、前記磁気センサで検出した前記コイル体の位置に基づいて前記複数の単位コイルに通流する電流をそれぞれ独立して制御する通電制御回路とを備えることを特徴とする直線型アクチュエータ。
前記通電制御回路は前記磁気センサで検出したコイル体の位置から前記各単位コイルの位置を検出する位置検出部と、この位置検出部での検出に基づいて各単位コイルに通流する電流の方向を切り替える通電方向制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の直線型アクチュエータ。
前記位置検出部は前記コイル体の各単位コイルが前記多極磁石のＳ極又はＮ極のいずれに対向位置しているかを検出し、前記通電方向制御部はＳ極に対向位置しているときとＮ極に対向位置しているときとで通電方向を反転することを特徴とする請求項２に記載の直線型アクチュエータ。
前記通電方向制御部は、複数のスイッチングトランジスタを含んで構成されるＨブリッジ回路と、前記トランジスタのゲート電流を切り替えるためのゲートコントローラとを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の直線型アクチュエータ。
前記コイル体と前記磁気センサは一体に構成され、前記多極磁石に対して一体的に相対移動することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の直線型アクチュエータ。
前記多極磁石を固定子として構成し、前記コイル体と磁気センサを可動子として構成したことを特徴とする請求項５に記載の直線型アクチュエータ。
前記多極磁石を可動子として構成し、前記コイル体と磁気センサを固定子として構成したことを特徴とする請求項５に記載の直線型アクチュエータ。
前記単位コイルは長さ方向に１条のコイルで構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の直線型アクチュエータ。
前記多極磁石は等方性磁石材料の長さ方向にＳ極とＮ極を交互に着磁した多極永久磁石、または複数の永久磁石のＳ極とＮ極同士を互いに対向させて一体化した多極永久磁石として構成したことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の直線型アクチュエータ。
カメラの手ぶれ補正レンズを光軸と垂直な方向に移動させるためのアクチュエータとして構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の直線型アクチュエータ。
カメラの撮像素子を光軸と垂直な方向に移動させるためのアクチュエータとして構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の直線型アクチュエータ。
カメラの撮影光学系の光軸と垂直なＸ方向に移動可能なＸテーブルと、このＸテーブルに支持されてＸ方向と垂直なＹ方向に移動可能なＹテーブルと、前記Ｙテーブルに支持された手ぶれ補正レンズ又は撮像素子とを備えるカメラに適用され、前記ＸテーブルをＸ方向に移動させるためのアクチュエータ及び前記ＹテーブルをＹ方向に移動させるためのアクチュエータとして構成されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の直線型アクチュエータ。