JP2012139052A - 慣性駆動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ低コストな構成でありながら、振動基板の意図しない振動を抑制し、効率の良い駆動を実現可能な慣性駆動アクチュエータを提供する。
【解決手段】慣性駆動アクチュエータは、振動基板３と、前記振動基板３を変位させる変位発生手段（圧電素子２）と、前記振動基板３上に配置され前記振動基板３の変位に対して慣性により前記振動基板３に対して移動する移動体４と、前記変位発生手段（圧電素子２）により前記振動基板３を往復運動させるための駆動手段と、前記振動基板３を介して移動体４と対向する位置に配置された磁界発生手段（永久磁石５０）と、前記振動基板３に配置され前記磁界発生手段（永久磁石５０）に吸着する磁気吸着手段（磁性電極５１）と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、移動体を慣性駆動により移動させる慣性駆動アクチュエータに関する。

従来の慣性駆動アクチュエータの一例として、例えば、特許文献１には、固定部材１と、該固定部材１に設置され、第１の方向とその逆の第２の方向とに微小変位を発生する圧電素子２（変位発生手段）と、該圧電素子２の上記微小変位によって往復運動するとともに、その平面上に第１の電極３１を有する振動基板３と、該振動基板３の上記平面上に配置され、上記第１の電極３１と絶縁膜３２（絶縁体層）を介して対向する平面に第２の電極４１を有する移動体４と、上記第１の電極３１と上記第２の電極４１との間に電圧を印加して静電吸着力を作用させることによって、上記振動基板３と上記移動体４との間の摩擦力を制御する電位差発生手段（摩擦力制御手段）と、磁気吸着力により上記移動体４と上記振動基板３を摩擦結合させる永久磁石５及び被吸着部材６（摩擦力付与手段）と、を備えて構成された慣性駆動アクチュエータが記載されている。

特開２００７−２８８８２８号公報

ここにおいて、特許文献１に記載されている慣性駆動アクチュエータにおいては、振動基板３に対する押圧（振動（駆動）方向に付勢するバイアスバネ７による押圧以外の振動基板３への押圧）を積極的に行うといった構成ではなかった。

このため、特許文献１に記載のような振動基板３に対する積極的な押圧を行わない場合、圧電素子２（変位発生手段）の振動により、振動基板３が、圧電素子２（変位発生手段）の変位方向とは異なる意図しない方向（図１参照）へ振動を起こすおそれがあり、このような振動が引き起こされているような場合には、アクチュエータとしての性能が十分に引き出しきれていないおそれがあった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、簡単かつ低コストな構成でありながら、振動基板の意図しない振動を抑制し、効率の良い駆動を実現可能な慣性駆動アクチュエータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る慣性駆動アクチュエータは、
振動基板と、
振動基板を変位させる変位発生手段と、
振動基板上に配置され、振動基板の変位に対して慣性により振動基板に対して移動する移動体と、
変位発生手段により振動基板を往復運動させるための駆動手段と、
振動基板を介して移動体と対向する位置に配置された磁界発生手段と、
振動基板に配置され磁界発生手段に吸着する磁気吸着手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明において、磁気吸着手段は、振動基板に設けられた磁性電極と、磁界発生手段とを吸着することを特徴とすることができる。

本発明において、磁性電極を多層に配置することを特徴とすることができる。

本発明において、磁性電極が複数配置される場合、そのうちの少なくとも１つを接地することを特徴とすることができる。

本発明において、磁気吸着手段は、振動基板に設けられた磁性被膜と、磁界発生手段とを吸着することを特徴とすることができる。

本発明において、磁気吸着手段は、磁性材料で構成された振動基板と、磁界発生手段とを吸着することができる。

本発明において、磁界発生手段は、永久磁石であることを特徴とすることができる。

本発明において、磁界発生手段は、電磁石であることを特徴とすることができる。

本発明によれば、簡単かつ低コストな構成でありながら、振動基板の意図しない振動を抑制し、効率の良い駆動を実現可能な慣性駆動アクチュエータを提供することができる。

本発明の実施例１に係る慣性駆動アクチュエータの構成を示す斜視図、断面図及び側面図である。 同上実施例において、移動体を図１（Ｃ）における左方向へ移動させる際の慣性駆動アクチュエータの各部への印加波形を示す波形図である。 同上実施例において、移動体を図１（Ｃ）における右方向へ移動させる際の慣性駆動アクチュエータの各部への印加波形を示す波形図である。 同上実施例において、図１（Ｃ）における上下方向（ｚ方向）への振動基板の振動を抑制するための構造を抜き出して示す断面図である。 同上実施例において、図１（Ｃ）における上下方向（ｚ方向）への振動基板の振動を抑制するための構造の他の一例を抜き出して示す断面図である。 同上実施例において、図１（Ｃ）における上下方向（ｚ方向）への振動基板の振動を抑制するための構造であって複数配設される磁性電極のうち少なくとも１つを接地（ＧＮＤ）させる構造例を抜き出して示す断面図である。 同上実施例において、図１（Ｃ）における上下方向（ｚ方向）への振動基板の振動を抑制するための構造の他の一例を抜き出して示す断面図である。 同上実施例において、図１（Ｃ）における上下方向（ｚ方向）への振動基板の振動を抑制するための構造の他の一例を抜き出して示す断面図である。

以下に、本発明に係る慣性駆動アクチュエータの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明に係る慣性駆動アクチュエータの実施例１の全体構成を概略的に示す図である。
まず、図１（Ａ）から図１（Ｃ）を参照して、本発明の実施例１に係る慣性駆動アクチュエータの構成を説明する。なお、図１（Ａ）は実施例１に係る慣性駆動アクチュエータの斜視図である。図１（Ｂ）は平面図であり、図１（Ｃ）は側面図である。

図１（Ａ）から図１（Ｃ）に示したように、実施例１に係る慣性駆動アクチュエータにおいては、圧電素子２の一端が固定部材１に固定され、他端は振動基板３の一端に固定されている。振動基板３上には、圧電素子２（変位発生手段）の振動方向（ｘ方向）に移動可能な移動体４が配置されている。

振動基板３、移動体４のそれぞれ対向する平面には、第１の電極３１，第２の電極４１が形成されており、これら第１の電極３１と第２の電極４１とは、第１の電極３１上に形成された絶縁膜３２を介して互いに対向して接触している。図示しない電位差発生手段によって、これら第１の電極３１と第２の電極４１の間に電位差を与えると、電極間に静電吸着力が作用するようになっている。

また、振動基板３の移動体４が配置されている反対側には、磁界発生手段である永久磁石５が振動基板３の振動方向に延在して配置されている。移動体４には磁性を有する被吸着部材６が設置されているため、永久磁石５と移動体４の間には磁気吸着力が働くようになっている。

永久磁石５と被吸着部材６を設けることにより、移動体４を停止させ、第１の電極３１と第２の電極４１間に静電吸着力が働いていなくても摩擦力があるために、停止の際も移動体４をその位置に保持しておくことが可能になる。また、永久磁石５と被吸着部材６は非接触であるため摩耗等の影響はなく、摩擦力を供給できるため安定した駆動が可能になる。

なお、振動基板３の他端は、バイアスバネ７で上記圧電素子２側に向けて付勢されている。

また、移動体４が圧電素子２の振動方向以外の方向に移動しないように、ガイド等を設けても構わない。

次に、図２及び図３を参照して、このような構成の慣性駆動アクチュエータの動作を説明する。なおここで、図２は、移動体４を図１（Ｂ）及び（Ｃ）における紙面左方向に移動させる場合の駆動波形を示す波形図である。また、図３は、移動体４を同じく紙面右方向に移動させる場合の駆動波形を示す波形図である。

ここで、図２を用いて駆動原理を説明する。図２に示された時点Ａから時点Ｂまでの間で、図示しない駆動回路から圧電素子２への印加波形は急峻に立ち上がっており、圧電素子２が急激に左方向へ変位するのに伴い、振動基板３も急激に左方向へ移動する。このとき同時に図示しない電位差発生手段によって、振動基板３に設けられた第１の電極３１への印加電圧と移動体４に設けられた第２の電極４１への印加電圧には電位差が生じているため、静電吸着力が振動基板３と移動体４の間に作用し摩擦力が増大する。従って、振動基板３の変位とともに移動体４も左方向へ移動する。

次に、図２中の時点Ｃから時点Ｄの間では、逆に圧電素子２への印加波形は急激な立ち下がりであり、圧電素子２が急激に縮むとともに振動基板３は急激に右方向へと移動する。このとき、振動基板３の第１の電極３１への印加電圧と移動体４の第２の電極４１への印加電圧は同電圧であるため、電極間に静電吸着力が発生しない。従って、移動体４の慣性により、上記永久磁石５と被吸着部材６が設置された上記移動体４との間に働く磁気吸着力による振動基板３と移動体４との間の摩擦力に打ち勝って、移動体４はその位置に留まる。

これを繰り返すことにより、移動体４が振動基板３に対して左方向（ｘ方向）へ移動することになる。

また、移動体４を右方向に移動させる場合には、図３に示すように、圧電素子２を急激に縮める際に第１，第２の電極３１，４１間への電位差を与えれば良い。

以上が、本実施例に係る慣性駆動アクチュエータの基本的な駆動原理である。圧電振動に同期させて摩擦を与えているため、摩擦が増加したときのみ移動体４は移動するため駆動効率が上がるとともに、圧電素子２の変位速度を往復で変化させることなく慣性駆動させることが可能であり駆動波形を簡略化できる。

そして、移動体４を移動させている状態から停止させる際には、圧電素子２の駆動及び第１，第２の電極３１，４１間への電位差の供給を停止させれば、永久磁石５と被吸着部材６との磁気吸着力による振動基板３と移動体４との間の摩擦力により、移動体４を停止させ、その位置に保持しておくことができる。

なお、本実施例では、永久磁石５を振動基板３の下側に配置しているが、振動基板３そのものが永久磁石で成り立っていてもかまわない。振動基板３が永久磁石であれば慣性駆動アクチュエータを構成する部品を減らすことができ、構成も簡単になる。

また、移動体４に磁性を有する材料を用いれば、被吸着部材６を別途配置しなくても本実施例と同等の効果が得られるだけでなく構成が更に簡単になる。その場合、移動体４に用いる磁性体としては、鉄、ニッケル合金、ステンレスなどが典型的に使われる。

慣性駆動アクチュエータのサイズは、典型的には長さ２０ｍｍ×幅３ｍｍ×高さ３ｍｍ程度である。

ところで、上記の構成においては、振動基板３は、それが載置されている固定部材１の方向に対して、積極的に押圧されることはなく、移動体４を移動させる際に、図１のｚ方向へ意図しない振動が発生するおそれがある。

このため、本実施例では、振動基板３の意図しないｚ方向への振動を、磁気吸着手段（例えば、後述する磁性電極５１、５２など）と磁界発生手段（例えば、永久磁石５０）を吸着させることにより、意図しない振動を抑えることができるように構成されている。

詳細には、図４に示すように、本実施例においては、振動基板３に磁性材料の電極５１を設ける。これにより、電極としての役割と磁気吸着手段としての役割を達成する。

なお、図４の振動基板３や電極５１は、図１の慣性駆動アクチュエータの第１の電極３１などと一体的に構成することもできる また、永久磁石５０は、永久磁石５と共通化することもできる。

ここで、電極１枚の厚さには限度があるため、図５に示すように、磁性電極５１、磁性電極５２のごとく多層に配置し、吸着力を向上させることもできる。これにより面積の増加なく、より強い磁気吸着効果が得られる。

ところで、図６に示したように、多数の電極（磁性電極５１Ａ，５１Ｂ，５２等参照）を配置することができるが、このように多数の電極を配置する構成とすると、その電極間には寄生容量が発生してしまう。
そのため、図６に示したように、少なくとも１枚（一の電極）は接地させることが望ましい。

また、図７に示すように、振動基板３に磁性材料の磁性被膜６１を設けた構成とすることもできる。
これにより、磁気吸着手段と共に、摩耗防止、腐食防止、表面状態の安定化などの効果が得られる。
なお、かかる構成とした場合には、図７に示したように、移動体４の下面（振動基板３の皮膜６１との当接面）などに、絶縁皮膜を配設することが必要である。

また、図８に示すように、振動基板３自身を磁性材料にて作製する構成とすることもできる。
これにより、電極、被膜以上の磁気吸着効果が得られると共に、振動基板３の強度を増すことができる。
なお、かかる構成とした場合には、図８に示したように、移動体４の下面などに、絶縁皮膜を配設することが必要である。

ところで、永久磁石５や永久磁石５０は、電磁石とすることもできる。

以上で説明したように、本実施例に係る慣性駆動アクチュエータによれば、簡単かつ低コストな構成でありながら、振動基板３の意図しない振動を抑制することができ、延いては効率の良い駆動を実現することができる。

本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得るものである。

以上のように、本発明に係る慣性駆動アクチュエータは、簡単かつ低コストな構成でありながら、振動基板の意図しない振動を抑制し、効率の良い駆動を実現でき、駆動アクチュエータの技術分野において有益である。

１ 固定部材（ガイド部材）
２ 圧電素子（変位発生手段）
３ 振動基板
４ 移動体
５ 永久磁石
７ バイアスバネ
３１ 第１の電極
４１ 第２の電極
５０ 永久磁石（磁界発生手段の一例）
５１ 磁性電極（磁気吸着手段の一例）
５２ 磁性電極（磁気吸着手段の一例）
６１ 磁性被膜（磁気吸着手段の一例）

Claims (8)

1. 振動基板と、
   前記振動基板を変位させる変位発生手段と、
   前記振動基板上に配置され、前記振動基板の変位に対して慣性により前記振動基板に対して移動する移動体と、
   前記変位発生手段により前記振動基板を往復運動させるための駆動手段と、
   前記振動基板を介して前記移動体と対向する位置に配置された磁界発生手段と、
   前記振動基板に配置され前記磁界発生手段に吸着する磁気吸着手段と、
   を備えることを特徴とする慣性駆動アクチュエータ。
2. 前記磁気吸着手段は、前記振動基板に設けられた磁性電極と、前記磁界発生手段とを吸着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。
3. 前記磁性電極を多層に配置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。
4. 前記磁性電極が複数配置される場合、そのうちの少なくとも１つを接地することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の慣性駆動アクチュエータ。
5. 前記磁気吸着手段は、前記振動基板に設けられた磁性被膜と、前記磁界発生手段とを吸着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。
6. 前記磁気吸着手段は、磁性材料で構成された前記振動基板と、前記磁界発生手段とを吸着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。
7. 前記磁界発生手段は、永久磁石であ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。
8. 前記磁界発生手段は、電磁石であ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。

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