JP2013233050A

JP2013233050A - 慣性駆動アクチュエータ

Info

Publication number: JP2013233050A
Application number: JP2012104602A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Morishima; 哲矢森島
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2032-05-01
Also published as: US9621075B2; CN104137410A; JP5889100B2; CN104137410B; US20150048719A1; WO2013164949A1

Abstract

【課題】振動基板を用いず、小型な構成の慣性駆動アクチュエータを提供することを課題とする。
【解決手段】コイルと、コイルの磁束発生方向に配置され、コイルと対向する面を有する磁性材料で形成された移動体と、コイルを磁束発生方向とは異なる方向に変位させる変位発生手段と、を有している。そして、移動体は、変位発生手段の変位方向に沿って、変位発生手段に対して相対的に変位することを特徴とする慣性駆動アクチュエータである。
【選択図】図１

Description

本発明は、慣性駆動アクチュエータに関するものである。

従来の慣性駆動アクチュエータは、例えば、特許文献１に示すように、圧電素子の一端が固定部材に固定され、他端は振動基板の一端に固定されている。振動基板上には圧電素子の振動方向に移動可能な移動体が配置されている。ここで、固定基板または振動基板は、磁性材料（例えば鉄、磁性を持つステンレス）からなっており、吸着部もまた磁性材料である。コイルに電流を印加すると磁界が発生する。発生した磁界は吸着部にも磁界を生じる。吸着部に発生した磁界によって、磁性材料である振動基板または固定部材に対し磁気吸着力が発生し、移動体と振動基板とが密着し、その間に摩擦力が発生する。

特開２００９−１７７９７４号公報

従来のように、振動基板または板バネを用いた構成では、装置の小型化が困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、振動基板を用いず、小型な構成の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、コイルと、コイルの磁束発生方向に配置され、コイルと対向する面を有する磁性材料で形成された移動体と、コイルを磁束発生方向とは異なる方向に変位させる変位発生手段と、を有し、移動体は、変位発生手段の変位方向に沿って、変位発生手段に対して相対的に変位することを特徴とする。

本発明には、振動基板を用いず、小型な構成の慣性駆動アクチュエータを提供できるという効果を奏する。

（ａ）は第１実施形態に係る慣性駆動アクチュエータの側面構成を示す図、（ｂ）は第２実施形態に係る慣性駆動アクチュエータの側面構成を示す図である。（ａ）は第３実施形態に係る慣性駆動アクチュエータの側面構成を示す図、（ｂ）は第４実施形態に係る慣性駆動アクチュエータの側面構成を示す図である。（ａ）は第５実施形態に係る慣性駆動アクチュエータの側面構成を示す図、（ｂ）は第６実施形態に係る慣性駆動アクチュエータの側面構成を示す図である。（ａ）は第７実施形態に係る慣性駆動アクチュエータの側面構成を示す図、（ｂ）は第８実施形態に係る慣性駆動アクチュエータの側面構成を示す図である。（ａ）は第９実施形態に係る慣性駆動アクチュエータの側面構成を示す図、（ｂ）は第１０実施形態に係る慣性駆動アクチュエータの側面構成を示す図である。

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

（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係る慣性駆動アクチュエータを側面から見た構成を示す図である。

慣性駆動アクチュエータ１００は、
コイル１０２と、
コイル１０２の磁束発生方向に配置され、コイル１０２と対向する面を有する磁性材料で形成された移動体１０１と、
コイル１０２を、磁束発生方向とは異なる方向に変位させる圧電素子（変位発生手段）１０３と、を有する。移動体１０１は、圧電素子１０３の変位方向に沿って、圧電素子１０３に対して相対的に変位する。

これにより、従来用いていたような振動基板の無い、小型な構成の慣性駆動アクチュエータを実現できる。

さらに、本実施形態の構成に関して説明を続ける。圧電素子１０３によりコイル１０２を矢印Ａに沿った方向に変位させる。その変位のタイミングに合わせて、コイル１０２に電流を印加し磁束を発生させる。これにより、移動体１０１を吸着する。この結果、移動体１０１とコイル１０２との間の摩擦状態は変化する。摩擦力の変化とコイル１０２の変位を用いて、移動体１０１を移動させる。

移動体１０１を図面において左方向へ移動させる場合は、コイル１０２と圧電素子１０３に通電し、コイル１０２と移動体１０１の摩擦を増加させた状態で圧電素子１０３を伸長させる。移動体１０１は、コイル１０２の変位と共に圧電素子１０３の伸長方向に変位する。次に、コイル１０２と圧電素子１０３の通電を停止し、圧電素子１０３を収縮させる。この際、コイル１０２と移動体１０１の摩擦力が低下している。このため、移動体１０１は、慣性によりその場に留まる。これを繰り返すことにより、移動体１０１は、図面左方向へ移動する。

これとは反対に、移動体１０１を図面右方向へ移動させる場合は、コイル１０２は通電せず、圧電素子１０３に通電する。コイル１０２と移動体１０１の摩擦を低下している状態で圧電素子１０３を伸長させる。移動体１０１は、慣性によりその場に留まる。

次に、コイル１０２に通電した状態で、圧電素子１０３の通電を停止して、圧電素子１０３を収縮させる。

この際、コイル１０２と移動体１０１の摩擦力が増加している。これにより、移動体１０１は、コイル１０２の変位と共に圧電素子１０３の収縮方向に変位する。これを繰り返すことにより、移動体１０１は、図面右方向へ移動する。

本実施形態によれば、上述したように振動基板は不要である。これにより、小型な構成の慣性駆動アクチュエータを実現できる。

さらに、移動体に対する配線が不要となる。このため、例えば、移動体のストロークは、配線とはかかわりなく設定できるので、有利である。

（第２実施形態）
次に、第２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１（ｂ）は、本実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ２００を側面から見た構成を示す図である。以下すべての実施形態の説明において、上記第１実施形態と同じ部分には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、磁束密度を増加させるために、コイル１０２の内側へ磁性材料で形成されたコア材２０１を配置している。コア材２０１は、移動体１０１と接触させても良い。コア材２０１と、移動体１０１とを接触させる場合は、コア材２０１、またはコア材２０１とコイル１０２を変位させる。

本実施形態によれば、コイル１０２の発生磁束を強くすることができる。また、コイル１０２の放熱を効率よく行うことができる。さらに、コイル１０２の剛性が向上する。

（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２（ａ）は、本実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ３００を側面から見た構成を示す図である。

本実施形態では、コイル１０２への無通電時に、移動体１０１を吸着させるために、永久磁石３０１を、コイル１０２の移動体１０１とは逆側へ配置する。この構成により、移動体１０１とコイル１０２の摩擦力をコイル１０２の通電方向にて増減させることが可能となる。

例えば、永久磁石３０１と同じ向きに磁界が発生するようにコイル１０２へ通電すると、移動体１０１とコイル１０２の摩擦力は増加する。また、永久磁石３０１と逆方向きに磁界が発生するようにコイル１０２に通電すると、摩擦力を減少させることが可能となる。摩擦力の変化は、増加させること、減少させること、増減させることのいずれを使用しても慣性駆動アクチュエータとして成立する。

本実施形態によれば、コイル１０２の無通電時に移動体１０１を保持できる。また、コイル１０２の放熱を効率よく行うことができる。さらに、コイル１０２の剛性が向上する。

（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２（ｂ）は、本実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ４００を側面から見た構成を示す図である。

本実施形態では、磁束を効率よく使用するため、コイル１０２の移動体１０１とは異なる方向、例えば逆側にヨーク材４０１を配置している。

本実施形態によれば、コイル１０２の発生磁束を閉じ、漏れ磁束を低減できる。また、コイル１０２の放熱を効率よく行うことができる。さらに、コイル１０２の剛性が向上する。

（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３（ａ）は、本実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ５００を側面から見た構成を示す図である。

本実施形態では、コア材２０１は、移動体１０１とコイル１０２との間に介在するように配置されている。

これにより、コア材２０１が移動体１０１に当接することで、圧電素子１０３の変位を移動体１０１に伝えることができる。また、コイル１０２を移動体１０１から保護できる。また、コイル１０２を圧電素子１０３より保護できる。また、コア材２０１と移動体１０１との接触部分が多くなるので、磁束を効率よく移動体１０１へ送ることができる。また、コイルの放熱を効率よく行うことができる。また、コイル１０２の滑落を防止できる。

（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３（ｂ）は、本実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ６００を側面から見た構成を示す図である。

本実施形態では、コア材２０１は、永久磁石３０１及びヨーク材４０１と、コイル１０２の間に介在するように配置されている。

これにより、永久磁石３０１との接触面積が増加し、磁石の磁束を効率よく受け取ることができる。また、コア材２０１が永久磁石３０１の上で動くため、コイル１０２を永久磁石３０１から保護することができる。また、コア材２０１が永久磁石３０１の上で動くため、コイル１０２を圧電素子１０３より保護することができる。また、永久磁石３０１をコイル１０２の熱から遠ざけることができる。また、コイル１０２の放熱を効率良く行うことができる。また、コア材２０１と永久磁石３０１との接触面積を増加させ、接着強度を上げることができる。

（第７実施形態）
次に、第７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（ａ）は、本実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ７００を側面から見た構成を示す図である。

本実施形態では、圧電素子１０３により、コア材２０１を変位させる構成である。これにより、圧電素子１０３の変位伝達をコア材２０１が行うことができる。また、コイル１０２を、移動体１０１、圧電素子１０３、永久磁石３０１などから保護できる。また、コイル１０２の剛性を向上できる。

（第８実施形態）
次に、第８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（ｂ）は、本実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ８００を側面から見た構成を示す図である。

本実施形態では、コイル１０２と共に、永久磁石３０１を変位させる。また、その際、ヨーク材４０１ａを固定部材としても良い。

コイル１０２、コア材２０１の剛性を向上できる。また、圧電素子１０３の活性層から遠ざけ、永久磁石３０１に対して、圧電素子１０３の熱を直接伝導させないことができる。

また、圧電素子１０３の導通を防止できる。ここで、小型磁石は、コーティングが難しい。このため、圧電素子１０３の活性層に対応する電極部分に磁石を配置する構成（図４（ａ）を参照）は避けることがより望ましい。本実施形態によれば、このような配置を容易に避けることができる。
また、永久磁石３０１を振動させて、コイル１０２を振動させることができる。これにより、圧電素子１０３の変位をコイル１０２に伝えることができる。

本実施形態の構成によれば、実装の自由度が向上する。さらに、構成する材料を選択する自由度が向上する。このため、コストを低減しながら、小型化を達成できる。

（第９実施形態）
次に、第９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（ａ）は、本実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ９００を側面から見た構成を示す図である。

本実施形態は、圧電素子１０３により、ヨーク材４０１を変位させる構成である。

これにより、永久磁石３０１とヨーク材４０１とをいっしょに振動させる。これにより、永久磁石３０１とヨーク材４０１との間の摩擦を生じない。また、圧電素子１０３のサイズを大きくできる。これにより、駆動力を増加できる。また、コイル１０２、コア材２０１、永久磁石３０１の剛性を向上できる。

さらに、永久磁石３０１とヨーク材４０１とを当接させることで、ヨークの機能を果たしつつ、フレームとしての強度も得ることができる。これにより、小型化できる。また、コイル１０２と共に、永久磁石３０１とヨーク材４０１を変位させることもできる。

（第１０実施形態）
次に、第１０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（ｂ）は、本実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ９５０を側面から見た構成を示す図である。

本実施形態は、移動体１０１とヨーク材９５１との間に非磁性層（エアギャップ）９５２を有している。移動体１０１は、コイル１０２を覆う形状のヨークとしての機能を有する。

本実施形態では、磁束を閉じることができる。また、移動体１０１の移動時のガイド機能も達成できる。さらに、移動体１０１が固定部に接触することによる、コア材（不図示）からの浮き、傾き防止を防止できる。これにより、常に、コア材と移動体が安定して接触できる。また、摩擦を低減できる。

上記各実施形態において、永久磁石３０１は、ヨーク材４０１とコイル３０１の間に介在するように配置できる。

これにより、コイル１０２の磁束変化を阻害することがない。また、ヨーク材で磁石の磁束を閉じることができる。

また、上記各実施形態において、以下の構成をとることが望ましい。
（Ａ）移動体１０１に摩擦低減及び／又は磨耗低減のコーティングをすること、
（Ｂ）コイル１０２に摩擦低減及び／又は磨耗低減のコーティングをすること、
（Ｃ）コア材２０１に摩擦低減及び／又は磨耗低減のコーティングをすること、
（Ｄ）永久磁石３０１に摩擦低減及び／又は磨耗低減のコーティングをすること、
（Ｅ）ヨーク材４０１に摩擦低減及び／又は磨耗低減のコーティングをすること。

以上のように、本発明は、振動基板を用いず、小型な構成の慣性駆動アクチュエータに有用である。

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、９５０慣性駆動アクチュエータ
１０１移動体
１０２コイル
１０３圧電素子
１０４固定部材

Claims

コイルと、
前記コイルの磁束発生方向に配置され、前記コイルと対向する面を有する磁性材料で形成された移動体と、
前記コイルを前記磁束発生方向とは異なる方向に変位させる変位発生手段と、を有し、前記移動体は、前記変位発生手段の変位方向に沿って、前記変位発生手段に対して相対的に変位することを特徴とする慣性駆動アクチュエータ。
前記コイルの内側に配置され、磁性材料で形成されたコア材をさらに有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。
前記コイルの前記移動体とは異なる方向に配置された永久磁石をさらに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。
前記コイルの前記移動体とは異なる方向に配置されたヨーク材をさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記コア材は、前記移動体と前記コイルの間に介在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記コア材は前記永久磁石と前記コイルの間に介在することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記変位発生手段により、前記コア材を変位させることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記変位発生手段により、前記永久磁石を変位させることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記変位発生手段により、前記ヨーク材を変位させることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記移動体と前記ヨーク材との間に非磁性層を有し、
前記移動体はヨークとなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記永久磁石は、前記ヨーク材と前記コイルの間に介在することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。