JP2014110695A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】多自由度の駆動が可能でありながらトルクリプルの減少及び剛性の向上を実現可能なアクチュエータを提供する。
【解決手段】所定の空間において相互に直交するようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を設定し、ともに３軸の原点を円中心としてＸ軸周りに並ぶ第１固定磁極３１、Ｙ軸周りに並ぶ第２固定磁極４１を有する固定子Ｓと、各固定磁極３１、４１と所定のギャップを隔てて対面する第１可動ヨーク，第２可動ヨーク２１を有する第１可動子１，第２可動子２と、第１可動子１に設けた出力部１５とを備え、各可動子１，２の動作に伴って出力部１５を所定の球面内を自在に動作させるアクチュエータＡであり、第１可動ヨーク及び第２可動ヨーク２１をそれぞれ各軸周りに１つずつのみ配置した構成を採用した。
【選択図】図５

Description

本発明は、多自由度の駆動が可能なアクチュエータに関するものである。

近年、電気機器や産業用機械装置の発展に伴う高機能化が進み、多自由度の駆動を可能とするアクチュエータが求められ、研究開発が行われている。特に、１つのアクチュエータで所定の球面内における駆動を可能にするいわゆる球面アクチュエータは、監視カメラ、ロボット関節部や眼球の駆動装置として研究が行われている。

本発明者らは、固定子と、Ｘ軸周りに回転可能な可動子（以下、「Ｘ軸周り可動子」と称す）と、Ｙ軸周りに回転可能な可動子（以下、「Ｙ軸周り可動子」と称す）とを備え、各可動子をそれぞれの軸周りに独立して回転可能に制御して、Ｘ軸周り可動子に関連付けて設けた出力軸を、Ｘ軸周り可動子及びＹ軸周り可動子の動作に伴って所定の球面内を自在に動作させるアクチュエータを案出し、非特許文献１及び２にて発表している。

このアクチュエータ１０Ａは、図４２乃至図４６に示すように、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸周りにそれぞれ１０本の磁極１１０，１２０を３０度の角度間隔で設けた固定子１００と、Ｘ軸周りに２分割した一対の可動ヨーク２１０（「Ｘ軸周り可動ヨーク２１０」と称す）同士をフレーム２２０で連結して固定したＸ軸周り可動子２００と、Ｙ軸周りに２分割した一対の可動ヨーク３１０（「Ｙ軸周り可動ヨーク３１０」と称す）同士をフレーム３２０で連結して固定したＹ軸周り可動子３００とを備え、各軸周りにそれぞれ所定ピッチで並べて配置した固定子１００の磁極１１０，１２０にギャップを介して対面する各可動ヨーク２１０，３１０の内周面に永久磁石２０Ｍ，３０Ｍを貼り付け、各可動子２００，３００を各軸周りに回転可能に構成したものである。

このアクチュエータ１０Ａでは、Ｘ軸周り可動ヨーク２１０とＸ軸周り可動子２００のフレーム２２０との間にベアリング２３０を設け、Ｘ軸周り可動子２００のフレーム２２０がベアリング２３０を枢支点としてＸ軸周り可動ヨーク２１０を配置した円弧から外れる方向に回転可能に構成している。また、Ｘ軸周り可動子２００のフレーム２２０の周方向中央部に出力軸２４０を設け、Ｙ軸周り可動子３００のフレーム３２０には、出力軸２４０が挿入可能なガイド孔３３０を形成し、このガイド孔３３０内において出力軸２４０がＹ軸を含む平面内でのみ移動するように構成している

このアクチュエータ１０Ａは、各軸周りにそれぞれ１０本設けた固定子１００の磁極１１０，１２０に巻回したコイル１ＣをＵ，Ｖ，Ｗの３相に分け、これらのコイル１０Ｃに１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁することにより回転磁界を発生させ、駆動力を得ることができる。

Ｘ軸周り可動子２００が回転する場合、Ｘ軸周り可動子２００のフレーム２２０に設けた出力軸２４０が、Ｙ軸周り可動子３００のフレーム３２０に設けたガイド孔３３０内を動くことにより、Ｙ軸周り可動ヨーク３１０を動かすことなく、Ｘ軸周り可動子２００のみを回転させることができる。また、Ｙ軸周り可動子３００が回転する場合、Ｙ軸周り可動子３００のフレーム３２０に形成したガイド孔３３０内に、Ｘ軸周り可動子２００のフレーム２２０に設けた出力軸２４０を挿し通しているため、Ｘ軸周り可動子２００のフレーム２２０もベアリング２４０を介してＹ軸周り可動子３００のフレーム３２０に同期して回転する。この際、Ｘ軸周り可動ヨーク２１０を動かすことなく、Ｙ軸周り可動子３００を回転させることができる。そして、Ｘ軸周り可動子２００のフレーム２００に設けた出力軸２４０が、Ｙ軸周り可動子３００のフレーム３２０に設けたガイド孔３３０内を動くことにより、Ｘ軸周り可動子２００の回転によるＸ軸周りの回転出力と、Ｙ軸周り可動子３００の回転によるＹ軸周りの回転出力の合成を出力軸２４０の位置として取り出すことができる。

以上の構成により、上述のアクチュエータ１０Ａは、相互に直交する２軸周りにＸ軸周り可動子、Ｙ軸周り可動子をそれぞれ独立して回転させて、所定の球面内における駆動を実現可能にしている。

堺谷洋（Ｈ．Ｓａｋａｉｄａｎｉ）、他４名、「2-DOF Electromagnetic Spherical Actuator with Wide Rotaion Angle.」、ＩＮＴＥＲＭＡＧ ２０１２ Ｐｒｏｇｒａｍ、ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、平成２４年５月７日、ＣＧ−０１頁 堺谷洋、他３名、「２軸独立制御可能な球面電磁アクチュエータのフィードバック制御」、電気学会研究会資料（回転機、リニアドライブ、家電・民生 合同研究会）、一般社団法人電気学会、平成２４年８月７日、５１頁

ところで、上述のアクチュエータ１０Ａは、一対のＸ軸周り可動ヨーク２１０及び一対のＹ軸周り可動ヨーク３１０をそれぞれ各軸周りに所定距離隔てて対向配置し、それぞれＸ軸周りに延伸するフレーム２２０、Ｙ軸周りに延伸するフレーム３２０によって連結して固定している。ここで、一対のＸ軸周り可動ヨーク２１０及び一対のＹ軸周り可動ヨーク３１０を各軸周りの共通の円弧上に配置し、各可動ヨーク２１０，３１０の回転中心を一致させる必要があり、仮にこのような条件を満たさない配置で組み立てた場合には、この組立誤差によりトルクが減少することが考えられる。

また、上述のアクチュエータ１０Ａは、各軸周りにそれぞれ所定距離離間して一対のＸ軸周り可動ヨーク２１０や、Ｙ軸周り可動ヨーク３１０を配置する構成であるため、可動ヨーク２１０，３１０の「端」が各軸周りにそれぞれ４箇所存在する。ここで、可動ヨークの各「端」では、トルク脈動が生じ易く、推進力や効率が低下する「端効果」の影響を受ける。したがって、端効果の影響を受ける箇所を減少させるという観点からは各軸周りに存在する可動ヨークの端の数が少ない方が好ましい。

また、上述のアクチュエータ１０Ａは、各軸周りにそれぞれ所定距離離間して配置する一対のＸ軸周り可動ヨーク２１０同士、Ｙ軸周り可動ヨーク３１０同士をそれぞれフレーム２２０，３２０で連結して固定する構成であるため、剛性の点においても改善の余地があると考えられる。

さらに、上述のアクチュエータ１０Ａにおける各軸周りに複数に分割して配置した各Ｘ軸周り可動ヨーク２１０内、及び各Ｙ軸周り可動ヨーク３１０内では、磁束がスムーズに流れ難くなって部分的に偏り易くなり、磁気飽和が生じ得る可能性も低くはないと考えられる。

また、各Ｘ軸周り可動ヨーク２１０の回転中心と各Ｙ軸周り可動ヨーク３１０の回転中心を一致させた上述のアクチュエータにおいて、各可動ヨーク共通の回転中心からＸ軸周り可動ヨーク２１０及びＹ軸周り可動ヨーク３１０までの距離を略同一に設定した場合、一対のＸ軸周り可動ヨーク２１０の端同士の空間を利用してＹ軸周り可動ヨーク３１０がＹ軸周りに移動するとともに、一対のＹ軸周り可動ヨーク３１０の端同士の空間を利用してＸ軸周り可動ヨーク２１０がＸ軸周りに移動するように設定することによって、Ｘ軸周り可動ヨーク２１０とＹ軸周り可動ヨーク３１０の干渉を防止することができる。

ここで、一対のＸ軸周り可動ヨーク２１０がＸ軸周りに回転した場合には、当然のことながらＸ軸周り可動ヨーク２１０の端同士の間に形成される空間もＸ軸周りに変位し、一対のＹ軸周り可動ヨーク３１０がＹ軸周りに回転した場合には、Ｙ軸周り可動ヨーク３１０の端同士の間に形成される空間もＹ軸周りに変位する。このような構成においてＸ軸周り可動ヨーク２１０とＹ軸周り可動ヨーク３１０との干渉を防止するためには、回転中心を挟んで対向配置した一対のＸ軸周り可動ヨーク２１０がＹ軸周り可動ヨーク３１０の回転軌跡上に存在しない（回転軌跡上を通過しない）という条件、及び回転中心を挟んで対向配置した一対のＹ軸周り可動ヨーク３１０がＸ軸周り可動ヨーク２１０の回転軌跡上に存在しない（回転軌跡上を通過しない）を通過しないという条件の両方を同時に満たす必要がある。したがって、各可動ヨーク２１０，３１０単体の回転可能角度は自ずと所定角度以下に制約され、その結果、駆動範囲（出力範囲）の設定自由度が低くなると考えられる。

本発明は、多自由度の駆動が可能でありながら、このような課題を悉く解決できるアクチュエータを提供することを主たる目的とするものである。

すなわち本発明は、所定の空間において相互に直交するようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を設定し、これら３軸の原点を円中心としてＸ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第１固定磁極、及び原点を円中心としてＹ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第２固定磁極を有する固定子と、第１固定磁極と所定のギャップを隔てて対面し且つ原点を円中心とする円弧状の第１可動ヨークを有する第１可動子と、第２固定磁極と所定のギャップを隔てて対面し且つ原点を円中心とする円弧状の第２可動ヨークを有する第２可動子と、これら各可動子又は固定子の一方に設けられ交流電流を流すコイルと、第１可動子に設けた出力部とを備え、この出力部を、第１可動子及び第２可動子の動作に伴って原点を中心とする所定の球面内を自在に動作させるアクチュエータであり、特に、第１可動子及び第２可動子として、以下の要件を満たすものを適用している点に特徴を有するものである。

本発明のアクチュエータに用いる第１可動子は、第２可動ヨークとの干渉を回避する空間を端部同士の間に形成し且つＹ軸とＺ軸を含む平面であるＹＺ平面内でＸ軸周りに回転可能な単一の第１可動ヨークと、第１可動ヨークの内周面にＸ軸周りに複数設定した第１可動磁極と、第１可動ヨークと一体にＸ軸周りに回転可能に取り付けられ且つ取付箇所を枢支点として第１可動ヨークから独立してＹＺ平面から外れる方向に回転可能な第１フレームとを備えたものである。

また、本発明のアクチュエータに用いる第２可動子は、第１可動ヨークとの干渉を回避する空間を端部同士の間に形成し且つ前記Ｘ軸と前記Ｚ軸を含む平面であるＸＺ平面内で前記Ｙ軸周りに回転可能な単一の第２可動ヨークと、各第２可動ヨークの内周面にＹ軸周りに複数設定した第２可動磁極と、第１フレームとは非接触の状態で第１フレームに設けた出力部が案内され且つ出力部を前記Ｙ軸を含む平面内にのみ移動可能に規制する移動規制部を有し、第２可動ヨークと一体にＹ軸周りに回転可能な第２フレームとを備えたものである。

このような本発明のアクチュエータでは、所定の空間において相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の交点である原点を中心とするＸ軸周りの所定の円弧上に第１固定磁極を複数配置するとともに、原点を中心とするＹ軸周りの所定の円弧上に第２固定磁極を複数配置しているため、複数の第１固定磁極が並ぶ円弧と複数の第２固定磁極が並ぶ円弧はＺ軸方向から見て相互に直交する関係になる。そして、本発明のアクチュエータは、このような関係に配置した各第１固定磁極及び各第２固定磁極のうち、各第１固定磁極に所定のギャップを介して対面し得る位置に配置した単一の第１可動ヨークを、第１固定磁極が並ぶ方向、すなわちＸ軸周りに回転可能に構成するとともに、各第２固定磁極に所定のギャップを介して対面し得る位置に配置した単一の第２可動ヨークを、第２固定磁極が並ぶ方向、すなわちＹ軸周りに回転可能に構成している。

ここで、本発明のアクチュエータでは、第１可動子又は第１固定子の何れか一方に設けたコイルに電流を励磁をすることにより、第１可動子の第１可動磁極及び第１固定子の第１固定磁極を通じて回転磁界を発生させることで単一の第１可動ヨークがＹＺ平面内でＸ軸周りに回転する回転トルク（駆動力）を得ることができる。同様に、第２可動子又は第２固定子の何れか一方に設けたコイルに電流を励磁をすることにより、第２可動子の第２可動磁極及び第２固定子の第２固定磁極を通じて回転磁界を発生させることで単一の第２可動ヨークがＸＺ平面内でＹ軸周りに回転させる回転トルク（駆動力）を得ることができる。

また、本発明のアクチュエータは、第１可動ヨークと一体にＸ軸周りに回転可能な第１フレームに出力部を設けているため、第１可動子を単独駆動させた場合、第１可動ヨークがＸ軸周りに回転し、その回転角度に応じて出力部もＸ軸周りに移動する。そして、本発明のアクチュエータでは、第１フレームを第１可動ヨークとの取付箇所を枢支点としてＹＺ平面から外れる方向に第１可動ヨークとは独立して回転可能に構成し、出力部の移動方向を、第２可動ヨークと一体にＹ軸周りに回転可能な第２フレームの移動規制部によってＹ軸を含む平面内にのみ規制している。その結果、第１可動子をＹ軸と直交するＸ軸周りに回転させる際には、第２可動子を動かすことなく、第１可動子だけを単独でＸ軸周りに回転させることができる。

一方、本発明のアクチュエータでは、第２可動子を単独駆動させた場合、第２可動ヨークがＹ軸周りに回転し、第２可動ヨークと一体にＹ軸周りに回転する第２フレームの移動規制部に出力部が案内されているため、出力部を設けている第１フレームにもＹ軸周りへ回転する力が作用する。ここで、第１フレームは、第１可動ヨークとの取付箇所を枢支点としてＹＺ平面から外れる方向に第１可動ヨークから独立して回転可能に構成されている。したがって、第２可動子をＹ軸周りに単独で回転させる際には、第１可動ヨークを動かすことなく、第２可動ヨーク及び第２フレームと共に第１フレームを第２可動ヨーク及び第２フレームと同一方向（すなわちＹＺ平面から外れる方向）へ回転させることができる。なお、敢えて付言するならば、第１可動ヨークが動かないということは、第１可動ヨークのうち第１固定磁極に対面し得る面（内周面）に複数設定した第１可動磁極も動かないことを意味する。

このように、本発明のアクチュエータは、Ｘ軸周りに回転する第１可動子の動きと、Ｙ軸周りに回転する第２可動子の動きをそれぞれ独立して制御することができ、これら第１可動子及び第２可動子を同時又は時間差でそれぞれ回転させた場合には、第１可動ヨーク及び第２可動ヨークの各軸周りの回転角度に応じて、出力部を所定の球面内で駆動させることができる。

そして、本発明のアクチュエータは、Ｘ軸周りに延伸する円弧状をなす単一の第１可動ヨークと、Ｙ軸周りに延伸する円弧状をなす単一の第２可動ヨーク２１とを備えたものであるため、本発明者が上述の非特許文献で発表したアクチュエータ、つまり、Ｘ軸周りに２分割した一対のＸ軸周り可動ヨークと、Ｙ軸周りに２分割した一対のＹ軸周り可動ヨークとを備えたアクチュエータ（以下、「可動ヨーク分割型アクチュエータ」と称す）と比較して、以下の点で有利である。

すなわち、可動ヨーク分割型アクチュエータであれば、一対のＸ軸周り可動ヨーク及び一対のＹ軸周り可動ヨークを各軸周りの共通の円弧上に配置し、対となる可動ヨーク同士の回転中心がそれぞれ一致するように高い精度で組み立てなければ、組立誤差によるトルクの減少を招来し得るが、本発明のアクチュエータでは、Ｘ軸周りに配置する第１可動ヨーク及びＹ軸周りに配置する第２可動ヨークが何れも一つのみであるため、共通の軸周りに対となる可動ヨークを上述した条件を満たすように組み付けることが要求されず、組立誤差に起因するトルクの減少を回避することができる。

また、本発明のアクチュエータでは、各軸周りにそれぞれ単一の可動ヨークを配置する構成であるため、可動ヨークの「端」が各軸周りにそれぞれ２箇所にのみ存在することになる。したがって、可動ヨークの「端」が各軸周りにそれぞれ４箇所に存在する可動ヨーク分割側アクチュエータと比較して、「端効果」の影響を受ける箇所を減少させることができ、トルク脈動を減少させることが可能である。

さらには、本発明において、各軸周りにそれぞれ単一の可動ヨークを配置する構成を採用することにより、各軸周りにそれぞれ所定距離離間して配置する一対の可動ヨーク同士をフレームで連結して固定する構成と比較して、剛性も向上する。

加えて、本発明のアクチュエータであれば、可動ヨーク分割型アクチュエータと比較して、各可動ヨークの円弧の長さを長く（円弧角度を大きく）設定することが可能であり、円弧の長さを長くすることで、各可動ヨーク内における磁束がスムーズに流れ易くなって、部分的に偏り難くなり、磁気飽和が緩和されるという効果をも得られる。

また、本発明は、第１可動ヨークの回転中心と第２可動ヨークの回転中心を一致させたアクチュエータにおいて、Ｘ軸周りに配置する単一の第１可動ヨークの端部同士の空間を「第２可動ヨークとの干渉を回避する空間」として利用し、Ｙ軸周りに配置する単一の第２可動ヨークの端部同士の空間を「第１可動ヨークとの干渉を回避する空間」として利用しているため、各軸周りにそれぞれ配置される単一の各可動ヨークの円弧の長さを短く（円弧角度を小さく）設定すれば、各可動ヨークの端部同士の空間を広く確保することができ、各軸周りにおける各可動ヨークの回転可能範囲（可動範囲）を大きく設定することが可能であり、出力部の駆動範囲を広く設定することができる。

すなわち、本発明のアクチュエータは、可動ヨーク分割型アクチュエータと比較して、Ｘ軸周りに延伸する第１可動ヨーク及びＹ軸周りに延伸する第２可動ヨークのそれぞれの円弧の長さを適宜設定することにより、出力部の駆動可能範囲（出力範囲）を調節することが可能であり、駆動範囲の設定自由度が高く、用途などに応じて駆動範囲を広く設定することもでき、実用性に富む。

また、本発明のアクチュエータは、第１可動子及び第２可動子を第１固定子及び第２固定子よりも原点から見て外側に配置したアウターロータ型である。したがって、本発明のアクチュエータであれば、原点から見て第１可動子及び第２可動子の外側に配置した第１固定磁極や第２固定磁極の存在によって、第１可動子に設けた出力部の可動範囲が制約され、可動角度が狭くなる事態を回避することができ、広角駆動を実現することができる。

加えて、本発明に係るアクチュエータにおいて、複数の第１固定磁極が配列される円弧と、複数の第２固定磁極が配列される円弧とを略同一径に設定するとともに、原点から第１可動磁極までの距離と原点から第２可動磁極までの距離とを略同一に設定すれば、部品の共通化、及びコイルに通電する電流制御系（ドライバ等）の共通化を図ることができる。

さらに、本発明において、固定子が、外周面に複数の第１固定磁極をＸ軸周りに所定ピッチで設け且つこれら各第１固定磁極に磁気的に連続する単一の第１固定ヨークと、外周面に複数の第２固定磁極をＹ軸周りに所定ピッチで設け且つこれら各第２固定磁極に磁気的に連続する単一の第２固定ヨークとを備えたものであれば、例えば複数の第１固定ヨークをＸ軸周りに延伸する共通の円弧上に配置したり、複数の第２固定ヨークをＹ軸周りに延伸する共通の円弧上に配置する態様と比較して、部品点数の削減を図ることができるとともに、各軸周りに対をなす固定ヨーク同士を高い精度で組み付ける必要がなく、組付誤差によるトルクの減少を期待できる。

また、本発明のアクチュエータを、第１可動子をＸ軸周りに回転可能に支持し、且つ第２可動子をＹ軸周りに回転可能に支持するガイド支持機構を備えた構成にすることもできる。この場合、ガイド支持機構の好適な一例としては、第１可動ヨークに設けられ且つ第１可動ヨークのＸ軸周りの回転に伴ってＸ軸周りに移動する第１可動ガイド部と、第２可動ヨークに設けられ且つ第２可動ヨークのＹ軸周りの回転に伴ってＹ軸周りに移動する第２可動ガイド部と、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子の間に形成されるスペースに固定配置され且つ第１可動ガイド部の移動を支持する第１固定ガイド部と、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子の間に形成されるスペースに固定配置され且つ前記第２可動ガイド部の移動を支持する第２固定ガイド部とを備えたものを挙げることができる。

このようなガイド支持機構を採用すれば、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子の間に形成されるスペースに、第１可動ヨークに設けた第１可動ガイド部のＸ軸周りの移動を支持する第１可動ガイド部と、第２可動ヨークに設けた第２可動ガイド部のＹ軸周りの移動を支持する第２可動ガイド部とを固定配置しているため、Ｚ軸方向から見て第１可動子及び第２可動子の外側のうち原点から最も離れた位置よりもさらに原点から離れた位置に、これら各固定ガイド部（第１固定ガイド部，第２固定ガイド部）を配置するスペースを確保する必要がなく、各固定ガイド部の固定位置に応じて各可動ヨーク（第１可動ヨーク，第２可動ヨーク）に対する配置箇所が制約される各可動ガイド部もまた、Ｚ軸方向から見て第１可動子及び第２可動子のうち原点から最も離れた位置よりもさらに原点から離れた位置に配置しなくてもよい構成になる。したがって、例えばジンバル機構によって可動対象部を所定の球面内で移動可能に支持する構成と比較して、第１可動子及び第２可動子よりも原点から離れた位置、換言すればＺ軸方向から第１可動子及び第２可動子の外側にガイド支持機構を配置する専用のスペースを確保する必要がなく、アクチュエータ全体の小型化を実現することができる。

さらに、このようなガイド支持機構を備えたアクチュエータであれば、第１可動ガイド部のＸ軸周りの回転を支持する第１固定ガイド部と、第２可動ガイド部のＹ軸周りの回転を支持する第２固定ガイド部を固定配置しているため、各可動子（第１可動子，第２可動子）が各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りに回転する場合に、他方の可動子の回転軸（Ｙ軸又はＸ軸）が動いてしまう（連れ回る）ことがないため、例えばジンバル機構であれば生じ得るいわゆるジンバルロック現象が起こり得ず、安定した多自由度の駆動を確保することができる。

本発明によれば、所定の空間において相互に直交するようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を設定し、これら３軸の交点を中心とする所定の球面内で、第１可動子及び第２可動子をそれぞれ独立してＸ軸周り又はＹ軸周りに回転させる２軸独立制御が可能であり、第２可動子の第２フレームに、第１可動子に設けた出力部をＹ軸を含む平面内にのみ移動可能に規制する移動規制部を形成していることによって、第１可動子及び第２可動子を同時又は時間差で駆動させた場合には、Ｘ軸周りの回転出力とＹ軸周りの回転出力の合成を出力部の位置に反映させて取り出せる多自由度駆動が可能なアクチュエータを提供することができ、しかも、Ｘ軸周りに配置する第１可動ヨーク及びＹ軸周りに配置する第２可動ヨークをそれぞれ「１つ」にすることで、可動ヨーク分割型アクチュエータと比較して、各可動ヨーク内における磁束の流れがスムーズになり、磁気飽和を緩和することができるともに、端効果の影響を受ける箇所を減らすことによるトルク脈動の減少、組立誤差に起因するトルクの減少防止、剛性の向上、駆動角度の拡大化を実現可能なアクチュエータを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るアクチュエータの全体図。 同実施形態に係るアクチュエータをＸ軸方向から見た図。 同実施形態に係るアクチュエータをＹ軸方向から見た図。 同実施形態に係るアクチュエータをＺ軸方向から見た図（平面図に相当）。 図４のａ−ａ線断面図。 図４のｂ−ｂ線断面図。 図１に示すアクチュエータのうち可動子を省略した図。 図７のａ方向矢視図。 図７のｂ方向矢視図。 図７に示すアクチュエータの平面図。 図１０のａ−ａ線断面図。 図１０のｂ−ｂ線断面図。 同実施形態における第１可動子の全体図。 図１３のａ方向矢視図。 図１４のｂ方向矢視図。 図１４のｃ方向矢視図。 同実施形態における第２可動子の全体図。 図１７のａ方向矢視図。 図１８のｂ方向矢視図。 図１８のｃ方向矢視図。 同実施形態におけるベースの平面図。 同実施形態における第１可動子のＸ軸周りの回転動作原理図（無通電時）。 同実施形態における第１可動子のＸ軸周りの回転動作原理図（通電時）。 同実施形態における通電時の電流パターンを示す図。 同実施形態において第１可動子が標準姿勢に対してＸ軸周りに所定角度回転したアクチュエータを図２に対応して示す図。 図２５に示すアクチュエータの全体図。 同実施形態において第１可動子が標準姿勢に対して図２５で示す方向とは異なる方向に所定角度回転したアクチュエータを図２６に対応して示す図。 同実施形態において第２可動子が標準姿勢に対してＹ軸周りに所定角度回転したアクチュエータを図３に対応して示す図。 図２８に示すアクチュエータの全体図。 同実施形態において第２可動子が標準姿勢に対して図２８で示す方向とは異なる方向に所定角度回転したアクチュエータを図２９に対応して示す図。 同実施形態において第１可動子及び第２可動子がそれぞれ標準姿勢に対してＸ軸周り、Ｙ軸周りに所定角度回転したアクチュエータの全体図。 同実施形態において第１可動子及び第２可動子がそれぞれ標準姿勢に対して図３１で示す方向とは異なる方向にＸ軸周り、Ｙ軸周りに所定角度回転したアクチュエータの全体図。 同実施形態において通電時の第１可動ヨーク内の磁束密度を模式的に示す図。 可動ヨーク分割型アクチュエータにおける通電時の第１可動ヨーク内の磁束密度を模式的に示す図。 同実施形態に係るアクチュエータと可動ヨーク分割型アクチュエータのトルクリプルの対比図。 同実施形態に係るアクチュエータの一変形例を図１に対応して示す図。 同変形例に係るアクチュエータを図５に対応して示す図。 同変形例に係るアクチュエータを図６に対応して示す図。 同変形例における第１可動子のＸ軸周りの回転動作原理図（無通電時）。 同変形例における第１可動子のＸ軸周りの回転動作原理図（通電時）。 同変形例に係るアクチュエータと可動ヨーク分割型アクチュエータのトルクリプルの対比図。 本発明者が非特許文献において発表したアクチュエータの全体模式図。 同アクチュエータを図５に対応して示す図。 同アクチュエータを図６に対応して示す図。 同アクチュエータのうち第１可動子の全体図。 同アクチュエータのうち第２可動子の全体図。 同アクチュエータの一駆動例を示す図。 同アクチュエータの図４７とは異なる一駆動例を示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係るアクチュエータＡは、図１に示すように、ベースＢ上の所定の空間において相互に直交するようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を設定し、Ｘ軸周りに回転可能な第１可動子１及びＹ軸周りに回転可能な第２可動子２を有する可動子Ｒと、可動子Ｒの内側に配置される固定子Ｓと、第１可動子１をＸ軸周りに回転可能に支持するとともに、第２可動子２をＹ軸周りに回転可能に支持するガイド支持機構Ｇとを備え、固定子Ｓに設けたコイルＣに交流電流を流すことによって、第１可動子１及び第２可動子２の何れか一方または両方を固定子Ｓに対してそれぞれ相対回転させ、これら第１可動子１及び第２可動子２の回転動作に伴って第１可動子１に設けた出力部１５を所定の球面内で自在に動作させるものである。

本実施形態のアクチュエータＡは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の交点である原点（以下では、単に「原点」と称す）を中心とする所定の球面内において出力部１５を移動自在に動作させるものであり、例えば図示しないロボットの目や関節、或いは監視カメラの目、ステージの駆動部などに適用可能なものである。ここで、図１に示すアクチュエータＡをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向から見た状態をそれぞれ図２、図３、図４に示す。また、図５、図６には、それぞれ図４のａ−ａ線断面、ｂ−ｂ線断面を示している。

固定子Ｓは、図１乃至図１２（図８は図７のａ方向矢視図であり、図９は図７のｂ方向矢視図であり、図１０は図７に示すアクチュエータの平面図であり、図１１は図１０のａ−ａ線断面図であり、図１２は図１０のｂ−ｂ線断面図である）に示すように、原点を円中心としてＸ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第１固定磁極３１を有する第１固定子３と、原点を円中心としてＹ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第２固定磁極４１を有する第２固定子４とを備えている。

第１固定子３は、第１固定磁極３１と、第１固定磁極３１に磁気的に連続する単一の第１固定ヨーク３２と、第１固定ヨーク３２を保持する単一の第１保持部３３とを有する。

第１固定ヨーク３２は、例えばＸ軸周りに１８０度以上周回する部分円弧状をなし、第１可動子１側の面（外周面）に複数の第１固定磁極３１を周方向に所定ピッチで設けたものである。本実施形態では、Ｘ軸周りに略２７０度周回する略Ｃ字形状をなす第１固定ヨーク３２を適用し、この第１固定ヨーク３２の外周面にＸ軸周りに３０度毎に第１固定磁極３１を設けている。具体的には、Ｚ軸に沿ってベースＢに向かって突出する第１固定磁極３１を中心（基準）として、Ｘ軸周りプラス方向に３０度ピッチで計４本の第１固定磁極３１を設けるとともに、Ｘ軸周りマイナス方向に３０度ピッチで計４本の第１固定磁極３１を設けている。

第１保持部３３は、第１固定ヨーク３２の内周面に隙間無く接触可能な外周面を有する非磁性体である。第１保持部３３における外周面のうち、第１固定ヨーク３２に接触しない領域に、第２保持部４３の一部が嵌合可能な第１嵌合凹部を形成している。本実施形態では、Ｚ軸方向に沿ってベースＢから離間する方向に開口する第１嵌合凹部を形成した第１保持部３３を適用している。

そして、本実施形態のアクチュエータＡは、第１保持部３３及び第１固定ヨーク３２を相互に組み付けた状態で、第１保持部３３と第１固定ヨーク３２の間に、回り止め部材である共通の第１キーＫ１が嵌合可能な第１キー嵌合溝を形成している。第１キー嵌合溝に第１キーＫ１を嵌合することによって、第１保持部３３に対する第１固定ヨーク３２の相対回転を規制することができる（図１１及び図１２参照）。

第１固定磁極３１は、原点を円中心とするＸ軸周りの所定の円弧上に複数配置されるものである。各第１固定磁極３１は、第１固定ヨーク３２のうち原点から遠い面（外周面）からＸ軸周りに等ピッチで放射状に突出する円柱状の磁性体（突極）であり、突出端部を他の部分よりも直径を大きく設定したものである。そして、各第１固定磁極３１の突出端が、原点を円中心とするＸ軸周りの所定の円弧上に複数並ぶように配置される。各第１固定磁極３１のうちギャップを介して第１可動ヨーク１１に対面する突出端部（先端部）には、Ｘ軸周りに沿って一定間隔で第１ティース３１１を形成している（図１１参照）。本実施形態では、Ｘ軸周りの第１ティース３１１の間隔を、第１可動ヨーク１１に複数埋め込んだ永久磁石Ｍ１（後述）同士の間隔の約２倍に設定している。

そして、本実施形態では、上述したように、Ｚ軸に沿ってベースＢに近付く方向に突出する第１固定磁極３１を中心に、Ｘ軸周りプラス方向、マイナス方向に３０度間隔でそれぞれ第１固定磁極３１を４本ずつ配置している。したがって、本実施形態の第１固定子３は、Ｘ軸周りに延伸する単一の第１固定ヨーク３２の外周面に複数の第１固定磁極３１をＸ軸周りに２７０度の範囲に亘って備えたものになる。

各第１固定磁極３１には、それぞれコイルＣを巻回している（図１１参照）。また、第１固定磁極３１にそれぞれコイルＣを巻回した第１固定子３は、誘導子及び磁束発生部として機能する。

第２固定子４は、第１固定子３と比較して、構成する部品をＸ軸周りに配置するかＹ軸周りに配置するかという点でのみ異なっているが、その他の基本的な構成は同じである。すなわち、第２固定子４は、第２固定磁極４１と、第２固定磁極４１に磁気的に連続する単一の第２固定ヨーク４２と、第２固定ヨーク４２を保持する単一の第２保持部４３とを有する。

第２固定ヨーク４２は、例えばＹ軸周りに１８０度以上周回する部分円弧状をなし、第２可動子２側の面（外周面）に複数の第２固定磁極４１を周方向に所定ピッチで設けたものである。本実施形態では、Ｙ軸周りに略２７０度周回する略Ｃ字形状をなす第２固定ヨーク４２を適用し、この第２固定ヨーク４２の外周面にＹ軸周りに３０度毎に第２固定磁極４１を設けている。具体的には、Ｚ軸に沿ってベースから離間する方向に突出する第２固定磁極４１を中心（基準）として、Ｙ軸周りプラス方向に３０度ピッチで計４本の第２固定磁極４１を設けるとともに、Ｙ軸周りマイナス方向に３０度ピッチで計４本の第２固定磁極４１を設けている。

第２保持部４３は、第２固定ヨーク４２の内周面に隙間無く接触可能な外周面を有する非磁性体である。第２保持部４３における外周面のうち、第２固定ヨーク４２に接触しない領域に、第１保持部３３の一部が嵌合可能な第２嵌合凹部を形成している。本実施形態では、Ｚ軸方向に沿ってベースＢに近付く方向に開口する第２嵌合凹部を形成した第１保持部４３を適用している。

そして、本実施形態のアクチュエータＡは、第２保持部４３及び第２固定ヨーク４２を相互に組み付けた状態で、第２保持部４３と第２固定ヨーク４２の間に、回り止め部材である共通の第２キーＫ２が嵌合可能な第２キー嵌合溝を形成している。第２キー嵌合溝に第２キーＫ２を嵌合することによって、第２保持部４３に対する第２固定ヨーク４２の相対回転を規制することができる（図１１及び図１２参照）。

第２固定磁極４１は、原点を円中心とするＹ軸周りの所定の円弧上に複数配置されるものである。各第２固定磁極４１は、第２固定ヨーク４２のうち原点から遠い面（外周面）からＹ軸周りに等ピッチで放射状に突出する円柱状の磁性体（突極）であり、突出端部を他の部分よりも直径を大きく設定したものである。そして、各第２固定磁極４１の突出端が、原点を円中心とするＹ軸周りの所定の円弧上に複数並ぶように配置される。各第２固定磁極４１のうちギャップを介して第２可動ヨーク２１に対面する突出端部（先端部）には、Ｙ軸周りに沿って一定間隔で第２ティース４１１を形成している（図１２参照）。本実施形態では、Ｙ軸周りの第２ティース４１１の間隔を、第２可動ヨーク２１に複数埋め込んだ永久磁石Ｍ２（後述）同士の間隔の約２倍に設定している。本実施形態では、複数の第２固定磁極４１が並ぶ円弧の半径と、複数の第１固定磁極３１が並ぶ円弧の半径を同じ値に設定している。

そして、本実施形態では、上述したように、Ｚ軸に沿ってベースＢから離間する方向に突出する第２固定磁極４１を中心に、Ｘ軸周りプラス方向、マイナス方向に３０度間隔でそれぞれ第２固定磁極４１を４本ずつ配置している。したがって、本実施形態の第２固定子４は、Ｙ軸周りに延伸する単一の第２固定ヨーク４２の外周面に複数の第２固定磁極４１をＸ軸周りに２７０度の範囲に亘って備えたものになる。各第２固定磁極４１には、それぞれコイルＣを巻回している（図１２参照）。また、第２固定磁極４１にそれぞれコイルＣを巻回した第２固定子４は、誘導子及び磁束発生部として機能する。

本実施形態では、複数の第１固定磁極３１が配置されるＸ軸周りの円弧と、複数の第２固定磁極４１が配置されるＹ軸周りの円弧は、原点（Ｘ軸とＹ軸の交点）を中心とする略同一径の円弧となるように設定している。

第１固定子３の第１保持部３３及び第２固定子４の第２保持部４３は、図１１及び図１２等に示すように、第１嵌合凹部と第２嵌合凹部を相互に嵌め合わせることで一体的に組み付けることができる。すなわち、第１保持部３３の第１嵌合部に対して第２保持部４３を第２嵌合凹部から挿し込むことによって、第１嵌合凹部内に第２保持部４３のうちＺ軸方向に沿って第２嵌合凹部に連続する部分（Ｙ軸方向中央部分）を嵌合状態で収容することができるとともに、第２嵌合凹部内に第１保持部３３のうちＺ軸方向に沿って第１嵌合凹部に連続する部分（Ｘ軸方向中央部分）を嵌合状態で収容することができる。

第１可動子１は、図１乃至図７、図１３乃至図１６（図１３は第１可動子１の全体図であり、図１４は図１３のａ方向（Ｘ軸と同じ方向）矢視図であり、図１５は図１４のｂ方向（Ｙ軸と同じ方向）矢視図であり、図１６は図１４のｃ方向（Ｚ軸と同じ方向）矢視図である）に示すように、第１固定子３の第１固定磁極３１と所定のギャップを隔てて対面する円弧状の第１可動ヨーク１１と、第１可動ヨークのうち第１固定磁極３１と対面する面（内周面）に複数設定した第１可動磁極１２とを備えたものである。

本実施形態のアクチュエータＡでは、第１固定磁極３１を等ピッチで配置した円弧の円中心、つまり原点を円中心とし且つ第１固定磁極３１が並ぶ円弧よりも大きい径に設定した部分円弧状をなす単一の第１可動ヨーク１１を適用している。この第１可動ヨーク１１１は、第２可動ヨーク２１との干渉を回避する空間を端部同士の間に形成している。本実施形態の第１可動ヨーク１１は、Ｘ軸周りに略１８０度周回する部分円弧状（Ｃ形状）をなすものである。

また、本実施形態のアクチュエータＡは、第１可動ヨーク１１のうちギャップを介して固定子Ｓの第１固定磁極３１に対面する面（内周面）に一部を露出させた状態で複数の永久磁石Ｍ１を第１可動ヨーク１１に埋め込んだ構成を採用している。本実施形態では、各永久磁石Ｍ１を、Ｓ極またはＮ極が第１可動ヨーク１１の周方向を向く姿勢で所定ピッチ（例えば、各第１固定磁極３１の突出端部に設けた第１ティース３１１のピッチの半分に相当するピッチ）で複数配置している。

第１可動ヨーク１１の周方向に隣り合う永久磁石Ｍ１同士は磁化の方向が互いに逆向きとなっている。したがって、第１可動ヨーク１１の周方向に隣り合う極同士が同極となる。また、第１可動ヨーク１１のうち隣り合う永久磁石Ｍ１同士に挟まれる部分が磁極（本発明の「第１可動磁極」に相当する）として機能する。これら各永久磁石Ｍ１は、第１可動ヨーク１１のうちギャップを介して第１固定子３に面する内向き面（内周面）にＸ軸周りに沿って一定間隔で形成した各溝に挿入された状態（埋め込まれた状態）で固定されている。なお、各永久磁石Ｍ１のピッチは、第１ティース３１１のピッチの半分に限定されず、適宜のピッチに設定してもよい。

第１可動ヨーク１１には、数十枚（図示例では６４枚）の永久磁石Ｍ１を固定配置している。本実施形態に係るアクチュエータＡでは、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの寸法（円弧の長さ）を、Ｘ軸周りに複数配置した第１固定磁極３１のうち少なくとも３本以上の第１固定磁極３１と対面可能な長さに設定している。

また、本実施形態の第１可動子１は、第１可動ヨーク１１と一体にＸ軸周りに回転可能に取り付けられ且つ取付箇所を枢支点としてＹＺ平面（Ｙ軸とＺ軸を含む平面）から外れる方向に第１可動ヨーク１１から独立して回転可能な第１フレーム１３を備えている。第１フレーム１３は、原点を中心として第１可動ヨーク１１の円弧よりも大きい半径を有する部分円弧状をなし、第１可動ヨーク１１の端部同士を跨ぐ位置に配置されるものである。本実施形態の第１フレーム１３は、半円弧状をなし、両端部を第１可動ヨーク１１の端部近傍に取り付けたものである。本実施形態では、第１フレーム１３の両端部をそれぞれ軸受１４（図示例では転がり軸受）を介して第１可動ヨーク１１に取り付けている。各軸受１４は、第１可動ヨーク１１のうち原点を通ってＸ軸と直交する方向に対向する所定の位置に設けられ、第１フレーム１３をＹＺ平面から外れる方向に回転可能な状態で支持している。

本実施形態のアクチュエータＡは、第１可動子１のＸ軸周りの回転角度を検出する第１検出手段を備えている。そして、第１検出手段を構成する第１センサスケールＳ１を第１可動子１に設けている（図１３及び図１４参照）。第１センサスケールＳ１は、第１可動ヨーク１１の外周面全域を被覆し得る位置に設けた第１センサスケール保持部１６に保持されている。本実施形態では、第１センサスケール保持部１６に軸受１４を取付可能に構成している。第１センサスケール保持部１６は、第１可動ヨーク１１をＸ軸方向に挟み込むようにして保持可能な一対の第１センサスケール保持要素１６１，１６２を用いて構成したものである。各第１センサスケール保持要素１６１，１６２は、何れも非磁性体であり、相互に組み付けた状態で第１可動ヨーク１１のうち外周面全体及びＸ軸方向を向く面の一部（具体的には永久磁石Ｍ１の配置領域に重ならない部分）を被覆し得るものである。なお、一対の第１センサスケール保持要素１６１，１６２によって第１可動ヨーク１１をＸ軸方向に挟み込んで保持した状態において、第１可動ヨーク１１が第１センサスケール保持要素１６１，１６２に対してＸ軸周りに相対回転しないように、ネジ等の適宜の固定具によって固定している。

本実施形態では、これら一対の第１センサスケール保持要素１６１，１６２を用いて構成した第１センサスケール保持部１６に軸受１４を取り付ける構成にしており、第１センサスケール保持部１６に対する軸受１４の取付代を確保すべく、一方の第１センサスケール保持要素１６１のＸ軸方向の寸法を他方の第１センサスケール保持要素１６２のＸ軸方向の寸法よりも長く設定している（図１５参照）。

そして、本実施形態の第１可動子１は、第１センサスケール保持部１６の外周面に、第１センサスケールＳ１を付帯させている。第１センサスケールＳ１は、第１センサスケール保持部１６を介して第１可動ヨーク１１とＸ軸周りに一体回転可能であり、回転時にベースＢ内に設けた第１センサヘッドＳ２の検出可能領域を通過するように構成したものである（図５参照）。なお、第１センサヘッドＳ２による第１センサスケールＳ１の検出方式は、光学式や磁気式など適宜の方式であればよく、特に限定されるものではない。本実施形態における第１検出手段は、ベースＢ内に固定している第１センサヘッドＳ２によって、Ｘ軸周りに回転移動する第１センサスケールＳ２の相対移動を検出することで、第１可動子１のＸ軸周りの回転角度を検出するものである。

ここで、図５等に示す第１可動子１の姿勢、つまり、第１可動ヨーク１１のうちＸ軸周り中央部がＺ軸方向と一致し、且つ第１可動ヨーク１１のうちＸ軸周り両端部がベースＢから最も遠い位置にある姿勢、換言すれば、第１可動ヨーク１１が上向きに開放されたＣ字状となる姿勢を、第１可動子１の姿勢を標準姿勢（Ｓｔ）とすると、この標準姿勢（Ｓｔ）では、軸受１４による第１可動ヨーク１１及び第１フレームの連結箇所がＹ軸と一致乃至略一致し、第１フレーム１３が軸受１４を枢支点としてＹ軸周りに回転可能な状態にあり、これら第１フレーム１３及び第１可動ヨーク１１がＸ軸方向から見て、軸受１４による連結箇所で若干の段差があるものの全体として円形状となる相対位置関係にある。

また、部分円弧状をなす第１フレーム１３の周方向中央部に、標準姿勢（Ｓｔ）において突出方向がＺ軸方向に一致する出力部１５を設けている。本実施形態では、軸状の出力部１５（出力軸）を採用している。本実施形態の第１可動子１では、第１可動ヨークの端部同士を跨ぐ円弧状をなす単一の第１フレーム１３を適用し、この第１フレームの周方向中央部に出力部１５を設けている。第１フレーム１３に対する出力部１５の相対位置は固定である。そして、第１固定子３に対する第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転（ＹＺ平面内における回転）に伴ってＸ軸周りに回転する第１フレーム１３の動きや、軸受１４によって第１可動ヨーク１１から独立してＹＺ平面から外れる方向に単独で回転する第１フレーム１３の動きに応じて出力部１５の位置も変化する。

第２可動子２は、図１乃至図７、図１７乃至図２０（図１７は第２可動子２の全体図であり、図１８は図１７のａ方向（Ｙ軸と同じ方向）矢視図であり、図１９は図１８のｂ方向（Ｘ軸と同じ方向）矢視図であり、図２０は図１８のｃ方向（Ｚ軸と同じ方向）矢視図である）に示すように、第２固定子４の第２固定磁極４１と所定のギャップを隔てて対面する円弧状の第２可動ヨーク２１と、第２可動ヨーク２１のうち第２固定磁極４１と対面する面（内周面）に複数設定した第２可動磁極２２とを備えたものである。

本実施形態のアクチュエータＡは、第２固定磁極４１を等ピッチで配置した円弧の円中心、つまり原点を円中心とし且つ第２固定磁極４１が並ぶ円弧よりも大きい径に設定した部分円弧状をなす単一の第２可動ヨーク２１を適用している。本実施形態では、第２可動ヨーク２１の半径を第１可動ヨーク１１の半径と同じ値に設定している。この第２可動ヨーク２１は、第１可動ヨーク１１との干渉を回避する空間を端部同士の間に形成している。本実施形態の第２可動ヨーク２１は、Ｙ軸周りに略１８０度周回する部分円弧状（Ｃ形状）をなすものである。ここで、本実施形態では、第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの長さ（円弧の長さ）と、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの長さ（円弧の長さ）を同一又は略同一に設定している。

また、本実施形態のアクチュエータＡは、第２可動ヨーク２１のうちギャップを介して固定子Ｓの第２固定磁極４１に対面する面に一部を露出させた状態で複数の永久磁石Ｍ２を第２可動ヨーク２１に埋め込んだ構成を採用している。本実施形態では、各永久磁石Ｍ２を、Ｓ極またはＮ極が第２可動ヨーク２１の周方向を向く姿勢で所定ピッチ（例えば、各第２固定磁極４１の突出端部に設けた第２ティース４１１のピッチの半分に相当するピッチ）で複数配置している。

第２可動ヨーク２１の周方向に隣り合う永久磁石Ｍ２同士は磁化の方向が互いに逆向きとなっている。したがって、第２可動ヨーク２１の周方向に隣り合う極同士が同極となる。また、第２可動ヨーク２１のうち隣り合う永久磁石Ｍ２同士に挟まれる部分が磁極（本発明の「第２可動磁極」に相当する）として機能する。これら各永久磁石Ｍ２は、第２可動ヨーク２１のうちギャップを介して第２固定子４に面する内向き面（内周面）にＹ軸周りに沿って一定間隔で形成した各溝に挿入された状態（埋め込まれた状態）で固定されている。なお、各永久磁石Ｍ２のピッチは、第２ティース４１１のピッチの半分に限定されず、適宜のピッチに設定してもよい。

第２可動ヨーク２１には、数十枚（図示例では６４枚）の永久磁石Ｍ２を固定配置している。本実施形態に係るアクチュエータＡでは、第２可動ヨークのＹ軸周りの寸法（円弧の長さ）を、Ｙ軸周りに複数配置した第２固定磁極４１のうち少なくとも３本以上の第２固定磁極４１と対面可能な長さに設定している。

このように、本実施形態に係るアクチュエータＡでは、第２可動子２のうち、第２可動ヨーク２１及び第２可動磁極２２の具体的な形状や構成が、第１可動子１の第１可動ヨーク１１及び第１可動磁極１２と同じであり、上述の第１固定子３及び第２固定子４と同様に、部品の共通化とコイルＣに通電する電流制御系の共通化（ドライバ設定の共通化等）を図ることができる。そして、第２可動子２は、第２フレーム２３の形状及び構成が、第１可動子１の第１フレーム１３と異なる。

ここで、図６等に示す第２可動子２の姿勢、つまり、第２可動ヨーク２１のうちＹ軸周り中央部がＺ軸方向と一致し、且つ第２可動ヨーク２１のうちＹ軸周り両端部がベースＢに最も近い位置にある姿勢、換言すれば、第２可動ヨーク２１が下向きに開放されたＣ字状となる姿勢を、第２可動子２の姿勢を標準姿勢（Ｓｔ）とする。

本実施形態の第２可動子２において、第２可動ヨーク２１と一体にＹ軸周りに回転可能な第２フレーム２３は、第１可動子１の第１フレーム１３とは非接触の状態で、第１フレーム１３に設けた出力部１５が貫通し且つこの出力部１５をＹ軸を含む平面内にのみ移動可能に規制する移動規制部２４を有するものである。

本実施形態において第２フレーム２３は、第２可動ヨーク２１の外周面を被覆し得る姿勢で配置され、一端部を第２可動ヨーク２１のうち一方の端部近傍に固定するとともに、他端部を第２可動ヨーク２１の他方の端部近傍に固定した第２フレーム本体２５と、第２可動子２の標準姿勢（Ｓｔ）においてＸ軸周りに延伸して、原点を円中心とし且つ第１フレーム１３よりも大きい径に設定した部分円弧状の移動規制フレーム２６とを備えたものである。移動規制フレーム２６の延伸方向中心部分を第２フレーム本体２５に固定している。

第２フレーム本体２５は、原点を中心とし且つ第２可動ヨーク２１及び第１フレーム１３の円弧よりも大きい円弧に沿ってＹ軸周りに延伸するものであり、第２可動ヨーク２１に対面する内周面のうちＹ軸周り両端部領域を標準姿勢（Ｓｔ）においてＺ軸方向と平行な方向に延伸する形状に設定し、これら両端部領域をそれぞれ第２可動ヨーク２１の端部近傍に固定している。本実施形態では、第２フレーム本体２５として、第２可動ヨーク２１をＹ軸方向に挟み込むようにして保持可能な一対の第２フレーム本体要素２５１を用いて構成したものを適用している（図１７等参照）。各第２フレーム本体要素２５１は、何れも非磁性体であり、相互に組み付けた状態で第２可動ヨーク２１を挟み込んで保持することができる。なお、一対の第２フレーム本体要素２５１によって第２可動ヨーク２１をＹ軸方向に挟み込んで保持した状態において、第２可動ヨーク２１が第２フレーム本体要素２５１に対してＹ軸周りに相対回転しないように、ネジ等の適宜の固定具によって固定している。

また、本実施形態では、各第２フレーム本体要素２５１をＹ軸周り中央部分で分断し、分断した部分（分断部）を移動規制フレーム２６にネジ等の適宜の固定具を用いて固定することで、分断された各第２フレーム本体要素２５１同士を連結している。移動規制フレーム２６に固定される各第２フレーム本体要素２５１の分断部同士の間には、出力部１５が挿通可能であり且つ後述する出力部ガイド孔２７に通じる空間を確保している（図１７参照）。そして、第２フレーム本体２５の内周面のうち両端部領域を除く領域と第２可動ヨーク２１の外周面の間には、第１可動子１のうち第１可動ヨーク１１を配置した円弧から外れる方向に回転可能な第１フレーム１３との干渉を回避する空間が形成される。

移動規制フレーム２６は、第２可動子２の標準姿勢（Ｓｔ）においてＸ軸周りに延伸し且つ第１フレーム１３に設けた出力部１５が挿通可能な出力部ガイド孔２７を形成している。出力部ガイド孔２７は、第２可動子２の標準姿勢（Ｓｔ）においてＸ軸周りに延伸する長孔である。この出力部ガイド孔２７に挿通した出力部１５は、出力部ガイド孔２７内で移動可能になる。つまり、この出力部ガイド孔２７は、出力部１５の移動方向及び移動範囲を規制する移動規制部２４として機能する。そして、第２フレーム本体２５のうち、出力部ガイド孔２７に重なり得る領域を、出力ガイド孔２７に連通する空間（本実施形態では、各第２フレーム本体要素２５１の分断部同士の間に確保した空間）に設定しているため、第２フレーム本体２５及び移動規制フレーム２６よりも原点に近い位置に配置される第１フレーム１３に設けた出力部１５を、この出力部ガイド孔２７、第２フレーム本体２５に形成した空間の順に原点側から挿し通せば、出力部１５の突出端側領域を第２フレーム２３よりも原点から遠い位置に露出させることができるとともに、出力部ガイド孔２７内における出力部１５の移動を第２フレーム本体２５が妨げる事態を防止することができる。

また、本実施形態のアクチュエータＡは、第２可動子２のＹ軸周りの回転角度を検出する第２検出手段を備えている。そして、第２検出手段を構成する第２センサスケールＳ３を第２可動子２に設けている（図１７乃至図１９参照）。第２センサスケールＳ３は、両端部を第２フレーム本体２５の両端部にそれぞれ固定した概略部分円弧状の第２センサスケール保持部２８に保持されている。第２センサスケール保持部２８は、原点を中心とし且つ第２フレーム本体２５と同じ半径に設定した円弧に沿ってＹ軸周りに延伸する部分円弧状をなし、Ｙ軸周り両端部領域を標準姿勢（Ｓｔ）においてＺ軸方向と平行な方向に延伸する形状に設定したものである。この第２センサスケール保持部２８のＹ軸周り両端部をそれぞれ第２フレーム本体２５の端部にネジ等の適宜の固定具を介して固定している。この第２センサスケール保持部２８の内周面と原点との間には、第１可動子１との干渉を回避する空間が形成される（図６参照）。第２センサスケールＳ３は、第２センサスケール保持部２８の外周面のうち円弧状部分に適宜の手段で固定され、第２センサスケール保持部２８を介して第２可動ヨーク２１とＹ軸周りに一体回転可能であり、回転時にベースＢ内に設けた第２センサヘッドＳ４の検出可能領域を通過するように構成したものである（図５及び図６参照）。第２センサスケール保持部２８及び第２センサスケールＳ３は、ベースＢ内において第１検出手段の第１センサスケールＳ１や第１センサヘッドＳ２と干渉しない所定の円弧形状に設定されている。なお、第２センサヘッドＳ４による第２センサスケールＳ２の検出方式は、光学式や磁気式など適宜の方式であればよく、特に限定されるものではない。本実施形態における第２検出手段は、ベースＢ内に固定している第２センサヘッドＳ４によって、Ｙ軸周りに回転移動する第２センサスケールＳ３の相対移動を検出することで、第２可動子２のＹ軸周りの回転角度を検出するものである。

本実施形態のアクチュエータＡでは、第１可動子１が標準姿勢（Ｓｔ）にあり、且つ第２可動子２が標準姿勢（Ｓｔ）にある初期姿勢（Ｉ）において、出力部１５の突出方向がＺ軸と一致している（図１乃至図６参照）。

このような初期姿勢（Ｉ）をとるアクチュエータＡにおいて、第１可動子１及び第２可動子２はガイド支持機構ＧによってＸ軸周り、Ｙ軸周りにそれぞれ単独又は同時に回転可能に支持されている。

ガイド支持機構Ｇは、図１、図４、図７及び図１０等に示すように、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４の間に形成されるスペースにおいて、第１可動子１のＸ軸周りの回転を所定範囲で案内する第１固定ガイド部５と、第２可動子２のＹ軸周りの回転を所定範囲で案内する第２固定ガイド部６とを固定配置し、第１可動ヨーク１１に設けられ且つ第１固定ガイド部５に案内される第１可動ガイド部７と、第２可動ヨーク２１に設けられ且つ第２固定ガイド部６に案内される第２可動ガイド部８とを備えた構成である。

第１可動ガイド部７は、図１３等に示すように、第１可動ヨーク１１の両端部近傍からＸ軸に向かって突出する非磁性体の第１軸受保持部７１と、第１軸受保持部７１に保持された第１軸受７２とを備えたものである。この第１可動ガイド部７は、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転に伴ってＸ軸周りに移動するものである。

本実施形態の第１可動ガイド部７は、第１センサスケール保持部１６のうちＸ軸周り両端部分からＹ軸と平行な方向に延伸する板状の第１軸受保持部７１を備え、この第１軸受保持部７１の先端部又は先端部近傍に第１軸受７２をＸ軸と平行な軸周りに回転可能に保持している。ここで、第１軸受保持部７１は、第１センサスケール保持部１６と一体に形成したものが好ましいが、第１センサスケール保持部１６と別体であって第１センサスケール保持部１６に一体的に組み付けたものであってもよい。本実施形態では、原点を円中心とし且つ第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転軌跡の円弧よりも小さい円弧上に複数（図示例では２つ）の第１軸受７２を配置している。また、第１軸受保持部７１のうち第１軸受７２を配置する先端側領域を基端側領域よりもＸ軸方向の厚み寸法を小さく（薄く）設定し、この先端側領域に第１軸受７２を配置した状態で、先端側領域のＸ軸方向の厚み寸法と第１軸受７２のＸ軸方向の寸法の合計値が、第１軸受保持部７１のうち基端側領域におけるＸ軸方向の厚み寸法と同一又は若干大きくなるように構成している（図１５及び図１６参照）。

本実施形態のアクチュエータＡでは、第１可動ヨーク１１のＸ軸周り両端部近傍をＸ軸方向に挟む位置に第１可動ガイド部７を対向させて設けている（図１３及び図１５参照）。具体的には、第１可動ヨーク１１のＸ軸周り両端部分をＸ軸方向に挟む位置に一対の第１軸受保持部７１を設け、これら各第１軸受保持部７１にそれぞれ第１軸受７２を回転可能に保持させている。本実施形態では、第１軸受７２として転がり軸受（以下、「第１ベアリング７２」と称す）を適用している。このように、本実施形態のアクチュエータＡは、単一の第１可動子１に対して、合計４つの第１可動ガイド部７を設け、全部で８つの第１ベアリング７２を設けている。

第１固定ガイド部５は、第１可動ガイド部７のＸ軸周りの移動を支持するものである。この第１固定ガイド部５は、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４の間に形成されるスペースのうち第１軸受保持部７１とＸ軸方向に対面する位置に配置した第１ガイド板５１に、第１可動ヨーク１１の回転時における第１ベアリング７２の移動軌跡に沿って延伸し且つ第１ベアリング７２を収容可能な第１ガイド凹部５２を形成したものである（図８参照）。本実施形態のアクチュエータＡでは、第１可動ヨーク１１のＸ軸周り両端部近傍をＸ軸方向に挟む位置に第１可動ガイド部７を対向配置し、これら各第１可動ガイド部７に応じて第１固定ガイド部５を、ベースＢ上の前記スペースにおいて第１固定子３をＸ軸方向に挟む位置に固定配置している（図１０参照）。

本実施形態では、板状をなす第１ガイド板５１のうち相対的に第１ベアリング７２に近い面に形成した第１ガイド溝５３と、第１ガイド板５１のうち相対的に第１ベアリング７２から遠い面に形成され且つ第１ガイド溝５３に連通する第１ガイド孔５４とで構成した第１ガイド凹部５２を適用している（図７、図８及び図１１参照）。

第１ガイド溝５３は、第１ベアリング７２の外周面の少なくとも一部が常に接触し、転動しながらＸ軸周りに移動する第１ベアリング７２の移動方向を規制するものである。第１ガイド溝５３は、図７等に示すように、円中心（原点）から離間する方向へ開放した形状に設定し、この開放した領域を利用して、アクチュエータＡの組立時または第１ベアリング７２の交換時や分解時等に第１ベアリング７２を第１ガイド凹部５２に収容したり、第１ベアリング７２を第１ガイド凹部５２から抜き出す作業をスムーズに行えるように構成している。

第１ガイド孔５４は、第１ベアリング７２の外径よりも小さい開口幅を有する部分円弧状の長孔であり、第１ガイド溝５３に沿って転動する第１ベアリング７２と第１ガイド板５１との接触面積を減らすことで摩擦抵抗を低減する機能を発揮するとともに、転動する第１ベアリング７２が第１ガイド溝５３を超えて第１ガイド板５１の厚み方向に抜け外れることを防止するストッパとして機能する。

このような第１ガイド凹部５２に第１ベアリング７２を収容した状態では、アクチュエータＡの径方向（原点を円中心とする径方向）に向き合う第１固定子３と第１可動子１の間に生じる吸引力が与圧として第１ベアリング７２に作用し、第１ベアリング７２の外周面を第１ガイド凹部５２（具体的には第１ガイド溝５３）に接触させながら第１ベアリング７２の適切な転がり動作を得ることができる。そして、第１ベアリング７２が第１ガイド凹部５２に沿って転動しながら移動することによって、第１ベアリング７２を取り付けている第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転を支えることができる。

また、第１ガイド板５１は、ベースＢ上に固定した支持部９によって移動不能に支持されている。さらに、第１ガイド板５１の外周縁の形状を、第１可動ヨーク１１の回転軌跡の円弧と同心円であって（つまり原点を円中心とし）且つ第１可動ヨーク１１よりも小さい径の部分円弧状に設定している。

第２可動ガイド部８は、図１７等に示すように、第２可動ヨーク２１の端部近傍からＹ軸に向かって突出する非磁性体の第２軸受保持部８１と、第２軸受保持部８１に保持された第２軸受８２とを備えたものである。この第２可動ガイド部８は、第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの回転に伴ってＹ軸周りに移動するものである。

本実施形態の第２可動ガイド部８は、第２フレーム本体２５のうちＹ軸周り両端部分からＹ軸と平行な方向に延伸する板状の第２軸受保持部８１を備え、この第２軸受保持部８１の先端部又は先端部近傍に第２軸受８２をＹ軸と平行な軸周りに回転可能に保持している。ここで、第２軸受保持部８２は、第２フレーム本体２５と一体に形成したものが好ましいが、第２フレーム本体２５と別体であって第２フレーム本体２５に一体的に組み付けたものであってもよい。本実施形態では、原点を円中心とし且つ第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの回転軌跡の円弧よりも小さい円弧上に複数（図示例では２つ）の第２軸受８２を配置している。また、第２軸受保持部８１のうち第２軸受８２を配置する先端側領域を基端側領域よりもＹ軸方向の厚み寸法を小さく（薄く）設定し、この先端側領域に第２軸受８２を配置した状態で、先端側領域のＹ軸方向の厚み寸法と第２軸受８２のＹ軸方向の寸法の合計値が、第２軸受保持部８１のうち基端側領域におけるＹ軸方向の厚み寸法と同一又は若干大きくなるように構成している（図１９及び図２０参照）。

本実施形態のアクチュエータＡでは、第２可動ヨーク２１のＹ軸周り両端部近傍をＹ軸方向に挟む位置に第２可動ガイド部８を対向させて設けている（図１７及び図１９参照）。具体的には、各第２可動ヨーク２１のＹ軸周り両端部分をＹ軸方向に挟む位置に一対の第２軸受保持部８１を設け、これら各第２軸受け保持部８１にそれぞれ第２軸受７２を回転可能に保持させている。本実施形態では、第２軸受８２として転がり軸受（以下、「第２ベアリング８２」と称す）を適用している。このように、本実施形態のアクチュエータＡは、単一の第２可動子２に対して、合計４つの第２可動ガイド部８を設け、全部で８つの第２ベアリング８２を設けている。

第２固定ガイド部６は、第２可動ガイド部８のＹ軸周りの移動を支持するものである。この第２固定ガイド部６は、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４の間に形成されるスペースのうち第２軸受保持部８１とＹ軸方向に対面する位置に配置した第２ガイド板６１に、第２可動ヨーク２１の回転時における第２ベアリング８２の移動軌跡に沿って延伸し且つ第２ベアリング８２を収容可能な第２ガイド凹部６２を形成したものである（図９参照）。本実施形態のアクチュエータＡでは、第２可動ヨーク２１のＹ軸周り両端部近傍をＹ軸方向に挟む位置に第２可動ガイド部８を対向配置し、これら各第２可動ガイド部８に応じて第２固定ガイド部６を、ベースＢ上の前記スペースにおいて第２固定子４をＹ軸方向に挟む位置に固定配置している（図１０参照）。

本実施形態では、板状をなす第２ガイド板６１のうち相対的に第２ベアリング８２に近い面に形成した第２ガイド溝６３と、第２ガイド板６１のうち相対的に第２ベアリング８２から遠い面に形成され且つ第２ガイド溝６３に連通する第２ガイド孔６４とで構成した第２ガイド凹部６２を適用している（図７、図９及び図１２参照）。

第２ガイド溝６３は、第２ベアリング８２の外周面の少なくとも一部が常に接触し、転動しながらＹ軸周りに移動する第２ベアリング８２の移動方向を規制するものである。第２ガイド溝６３は、図７等に示すように、円中心（原点）から離間する方向へ開放した形状に設定し、この開放した領域を利用して、アクチュエータＡの組立時または第２ベアリング８２の交換時や分解時等に第２ベアリング８２を第２ガイド凹部６２に収容したり、第２ベアリング８２を第２ガイド凹部６２から抜き出す作業をスムーズに行えるように構成している。

第２ガイド孔６４は、第２ベアリング８２の外径よりも小さい開口幅を有する部分円弧状の長孔であり、第２ガイド溝６３に沿って転動する第２ベアリング８２と第２ガイド板６１との接触面積を減らすことで摩擦抵抗を低減する機能を発揮するとともに、転動する第２ベアリング８２が第２ガイド溝６３を超えて第２ガイド板６１の厚み方向に抜け外れることを防止するストッパとして機能する。

このような第２ガイド凹部６２内に第２ベアリング８２を収容した状態では、アクチュエータＡの径方向（原点を円中心とする径方向）に向き合う第２固定子４と第２可動子２の間に生じる吸引力が与圧として第２ベアリング８２に作用し、第２ベアリング８２の外周面を第２ガイド凹部６２（具体的には第２ガイド溝６３）にさせながら第１ベアリング７２の適切な転がり動作を得ることができる。そして、第２ベアリング８２が第２ガイド凹部６２内において転動しながら移動することによって、第２ベアリング８２を取り付けている各第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの回転を支えることができる。

また、第２ガイド板６１は、ベースＢ上に固定した支持部９によって移動不能に支持されている。さらに第２ガイド板６１の外周縁の形状を、第２可動ヨーク２１の回転軌跡の円弧と同心円であって（つまり原点を円中心とし）且つ第２可動ヨーク２１よりも小さい径の部分円弧状に設定している。より具体的に、これら第１ガイド板５１及び第２ガイド板６１は、Ｚ軸方向から見て相互に直交する角度となるように、原点に近い内向き側の部分同士を接触させた状態で配置されている。

このように、ガイド支持機構Ｇのうち、第１可動子１をＸ軸周りに回転可能に支持する第１固定ガイド部５及び第１可動ガイド部７と、第２可動子２をＹ軸周りに回転可能に支持する第２固定ガイド部６及び第２可動ガイド部８の組み合わせや具体的な構成は同じであり、部品の共通化を図ることができる。

本実施形態のアクチュエータＡは、図４及び図１０に示すように、ベース上において固定子Ｓ及び可動子Ｒが配置されていない領域であって且つＺ軸方向から見て隣り合う第１ガイド板５１と第２ガイド板６２の間に形成される計４箇所のスペースにそれぞれ支持部９を配置し、各支持部９によって、第１ガイド板５１及び第２ガイド板６２をＺ軸方向から見て相互に直交する角度で移動不能に支持している。

各支持部９は、Ｚ軸方向に沿って延伸し、第１ガイド板５１に接触する第１支持面と、第２ガイド板６１に接触する第２支持面を外面に設定した支持部本体９１と、支持部本体９１のうちベースＢ側の端部から原点に対して離れる方向に延伸するベース取付部９２とを備えている。支持部本体９１は、概略直方体状をなし、第１支持面及び第２支持面に相互に高さ違いに形成したネジ挿通孔にそれぞれ挿し込んだネジを第１ガイド板５１，第２ガイド板６１に形成したネジ孔に螺合することで、第１ガイド板５１及び第２ガイド板６１を一体的に固定支持することができる。ベース取付部９２は、概略直方体状をなし、端部を支持部本体９１のうちベースＢ側の端部に一体又は一体的に連続して設け、延伸方向を支持部本体９１の延伸方向（Ｚ軸に平行な方向）に対して直交する方向に設定したものである。

ここで、本実施形態のベースＢには、少なくとも原点に向かってＺ軸方向に開口する内部空間ＢＳが形成されている。ベースＢの平面図である図２１に示すように、Ｚ軸方向から見てＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ延伸する略十字状の内部空間ＢＳには、第１センサスケールＳ１と共に第１検出手段を構成する第１センサヘッドＳ２と、第２センサスケールＳ３と共に第２検出手段を構成する第２センサヘッドＳ４とをＺ軸方向に沿って高さ違いに配置している（図１１及び図１２参照）。本実施形態では、第１センサスケールＳ１の回転中心及び第２センサスケールＳ２の回転中心を原点に一致させ、第１センサスケールＳ１の円弧の半径を第２センサスケールＳ３の円弧の半径よりも小さく設定している。したがって、図５及び図６に示すように、ベースＢの内部空間ＢＳのうち、第１センサヘッドＳ２を第２センサヘッドＳ４よりも原点に近い位置に配置している。なお、各センサヘッドＳ２，Ｓ４にはセンサケーブルＳ２１，Ｓ４１が接続されている（図１０、図１１及び図２１参照）。

本実施形態のアクチュエータＡは、ベースＢのうち原点に近い面Ｂ１（以下「支持面Ｂ１」と称す）に支持部９のベース取付部９２を固定している。具体的には、ベース取付部９２の延伸方向をＸ軸方向又はＹ軸方向に一致させた姿勢でベースＢの支持面Ｂ１にベース取付部９２をネジ等の適宜の固定具を用いて固定する。この固定状態では、ベース取付部９２のうち支持部本体９１に連続する基端部分が、ベースの支持部９取付面のうち内部空間に臨む位置に配置され、基端部分以外の部分がベースＢの支持面Ｂ１に接触する位置に配置される（図１、図７及び図１０参照）。また、支持部本体９１は、ベース取付部９２の基端部よりも原点に近い位置に配置される。本実施形態では、上述した計４つのスペース（Ｚ軸方向から見て隣り合う第１ガイド板５１と第２ガイド板６２の間に形成される計４箇所のスペース）にそれぞれ配置する支持部９のうち、Ｚ軸方向から見て原点を経由して対向する位置に配置する支持部９同士の組のうち一方の組は、ベース取付部９２の延伸方向をＸ軸方向に一致させた姿勢で配置し、他方の組は、ベース取付部９２の延伸方向をＹ軸方向に一致させた姿勢で配置している（図７及び図１０参照）。

そして、本実施形態に係るアクチュエータＡは、ガイド支持機構Ｇを構成する各ガイド部５，６及び各被ガイド部７，８の全部または略全部を、Ｚ軸方向から見て第１可動子１及び第２可動子２のうち原点から最も離れた点から原点までの距離を半径とする円内に配置している。

次に、このような構成を有する本実施形態のアクチュエータＡの作動及び作用について説明する。

本実施形態に係るアクチュエータＡにおいて、第１固定子３に対して第１可動子１がＸ軸周りに回転する動作原理と、第２固定子４に対して第２可動子がＹ軸回りに回転する動作原理は同じである。ここで、図２２及び図２３に、第１固定子３に対して第１可動子１がＸ軸周りに回転する動作原理を示す。なお、図２２及び図２３では、説明の便宜上、第１可動子１の一部を省略するとともに、断面の切り口を示す平行斜線（ハッチング）を省略している。

本実施形態のアクチュエータＡは、上述したように、Ｘ軸周りに複数配置した第１固定磁極３１のうち３以上（図示例では７本）の第１固定磁極３１が、Ｘ軸周りに複数の第１可動磁極１２を設定した第１可動ヨーク１１の内周面と対面するように設定するとともに、Ｙ軸周りに複数配置した第２固定磁極４１のうち３以上（図示例では７本）の第２固定磁極４１が、Ｙ軸周りに複数の第２可動磁極２２を設定した第２可動ヨーク２１の内周面と対面するように設定している。そして、第１固定子３の各第１固定磁極３１及び第２固定子の各第２固定磁極に巻回した各コイルＣを、それぞれの軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りにＵ，Ｖ，Ｗの三相に分けて、これら各コイルＣに適宜の電流を励磁することで第１可動子１及び第２可動子２を各軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りに回転させることができる。

図２２を参照して具体的に説明すると、各第１固定磁極３１に巻回したコイルＣに電流を励磁していない無通電時には、ギャップを介してアクチュエータＡの径方向に対面する第１固定子３の第１固定磁極３１と第１可動子１の第１可動磁極１２の間に磁束が流れるものの、第１可動子１をＸ軸周りに回転させる回転磁界は発生せず、回転トルクは発生しない。同様に、第２固定子４の各第２固定磁極４１に巻回した各コイルＣに電流を励磁していない無通電時では、第２固定磁極４１と第２可動磁極２２の間にも磁束が流れるものの、第２可動子２をＹ軸周りに回転させるトルクは発生しない（図示省略）。

一方、本実施形態に係るアクチュエータＡにおいて、第１固定磁極３１に設けたコイルＣをＵ，Ｖ，Ｗの三相に分けて、図２４に示すような電流パターン、すなわち、コイルＣに１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（通電）ことによって、図２３に示すように、第１可動ヨーク１１をＸ軸周りに回転させる回転磁界が発生し、回転トルクＴを得ることができる。その結果、第１可動ヨーク１１及び第１フレーム１３を含む第１可動子１全体がＹＺ平面（Ｙ軸とＺ軸を含む平面）内でＸ軸周りに回転する。この際、第１可動ガイド部７の第１ベアリング７２が第１固定ガイド部５の第１ガイド凹部５２に案内されながら第１ガイド凹部５２内を移動し、第１可動子１の第１フレーム１３に設けた出力部１５が、第２可動子２に設けた第２フレーム２３の移動規制部２４（出力部ガイド孔２７）に沿って滑りながら移動規制部２４内で動くことにより、第２可動子２を動かすことなく、第１可動子１のみをＸ軸周りに回転させることができる。つまり、本実施形態に係るアクチュエータＡは、出力部１５の移動方向を、移動規制部２４（出力部ガイド孔２７）によってＹ軸を含む平面内にのみ規制している。より具体的には、移動規制部２４（出力部ガイド孔２７）が、出力部１５の移動方向を、Ｙ軸を含む平面内であって且つ原点を中心とするＸ軸周りの円弧の弧の方向（出力部ガイド孔２７の延伸方向）にのみ規制している。なお、図２３は、図２４に示すような電流パターンのうちＵ相の電気角が「０」の時点における磁束の流れを模式的に示すものである。

そして、本実施形態に係るアクチュエータＡは、各コイルＣに流す電流の向きや大きさを適宜調整することにより、図１乃至図３に示す標準姿勢（Ｓｔ）の第１可動子１を、Ｘ軸周りにプラス方向、マイナス方向へそれぞれ所定角度の範囲内で回転させることが可能である。本実施形態では、第１可動子１を、標準姿勢（Ｓｔ）に対してＸ軸周りに例えば３５度回転させた角度姿勢（Ｘ＋）（図２５及び図２６参照）と、標準姿勢（Ｓｔ）に対してＸ軸周りに例えばマイナス３５度回転させた角度姿勢（Ｘ−）（図２７参照）との間で回転させることができる。この第１可動子１のＸ軸周りの回転に伴って、第１センサスケールＳ１もＸ軸周りに回転する。この第１センサスケールＳ１の回転移動量（回転角度）に関する情報は、ベースＢ内に設けた第１センサヘッドＳ２によって検出・取得することができる。

同様に、本実施形態に係るアクチュエータＡでは、Ｙ軸周りに複数配置した第２固定磁極４１にそれぞれ設けたコイルＣをＵ，Ｖ，Ｗの三相に分けて、これらのコイルＣに１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（通電）ことによって、第２可動子２をＹ軸周りに回転させる回転磁界が発生し、回転トルクを得ることができる（図示省略）。その結果、第２可動子２がＸＺ平面（Ｘ軸とＺ軸を含む平面）内でＹ軸周りに回転する。この際、第２可動ガイド部８の第２ベアリング８２が第２固定ガイド部６の第２ガイド凹部６２に案内されながら第２ガイド凹部６２内を移動する。そして、第２可動子２の第２フレーム２３も第２可動ヨーク２１と一体にＹ軸周りに回転する。ここで、第２フレーム２３のうち移動規制フレーム２６に形成した出力部ガイド孔２７には出力部１５が挿通しており、この出力部ガイド孔２７が第２可動子２の標準姿勢（Ｓｔ）においてＸ軸周りに延伸するものであることから、第２フレーム２３がＹ軸周りに回転すると、出力部１５にもＹ軸周りに回転する力が作用する。本実施形態のアクチュエータＡでは、出力部１５を固定支持している第１フレーム１３と第１可動ヨーク１１の連結箇所に軸受１４を設け、軸受１４によって第１フレーム１３をＹＺ平面から外れる方向に第１可動ヨーク１１とは独立して回転可能に支持しているため、第１可動磁極１２を内周面に所定ピッチで形成した第１可動子１の第１可動ヨーク１１を動かすことなく、第１フレーム１３を軸受１４を中心にＹ軸周りに回転（ＹＺ平面から外れる方向に回転）させることができ、第１フレーム１３のＹ軸周りの回転に伴って出力部１５もＹ軸周りに移動する。

そして、本実施形態に係るアクチュエータＡは、各コイルＣに流す電流の向きや大きさを適宜調整することにより、図１乃至図３に示す標準姿勢（Ｓｔ）の第２可動子２を、Ｙ軸周りにプラス方向、マイナス方向へそれぞれ所定角度の範囲内で回転させることが可能である。本実施形態では、第２可動子２を、標準姿勢（Ｓｔ）に対してＹ軸周りに例えば３５度回転させた角度姿勢（Ｙ＋）（図２８及び図２９参照）と、標準姿勢（Ｓｔ）に対してＹ軸周りに例えばマイナス３５度回転させた角度姿勢（Ｙ−）（図３０参照）との間で回転させることができる。この第２可動子２のＹ軸周りの回転に伴って、第２センサスケールＳ３もＹ軸周りに回転する。この第２センサスケールＳ３の回転移動量（回転角度）に関する情報は、ベースＢ内に設けた第２センサヘッドＳ４によって検出・取得することができる。

そして、本実施形態に係るアクチュエータＡは、第１可動子１の第１フレーム１３に設けた出力部１５を、第２可動子２に設けた第２フレーム２３の移動規制部２４（出力部ガイド孔２７）内で移動規制部２４の延伸方向（長手方向）に移動可能であるため、第１可動子１及び第２可動子２を同時または時間差でそれぞれ回転させた場合に、第１可動子１の回転によるＸ軸周りの回転出力と、第２可動子２の回転によるＹ軸周りの回転出力の合成を、第１可動子１に設けた出力部１５の位置として取り出すことができる。一例として、図３１には、第１可動子１が標準姿勢（Ｓｔ）に対してＸ軸周りに例えば３５度回転した角度姿勢（Ｘ＋）にあり、第２可動子２が標準姿勢（Ｓｔ）に対してＹ軸周りに例えば３５度回転した角度姿勢（Ｙ＋）にあるアクチュエータＡを示し、図３２には、第１可動子１が標準姿勢（Ｓｔ）に対してＸ軸周りに例えばマイナス３５度回転した角度姿勢（Ｘ−）にあり、第２可動子２が標準姿勢（Ｓｔ）に対してＹ軸周りに例えばマイナス３５度回転した角度姿勢（Ｙ−）にあるアクチュエータＡを示している。なお、各可動子（第１可動子１、第２可動子２）を目標角度まで回転させる制御は、各センサヘッド（第１センサヘッドＳ２，第２センサヘッドＳ４）の検出情報を用いたオープンループ制御またはフィードバック制御の何れであってもよい。

このように、本実施形態に係るアクチュエータＡは、相互に直交するＸ軸及びＹ軸の各軸周りに第１可動子１、第２可動子２をそれぞれ個々に独立して回転させることができ、第１可動子１の回転によるＸ軸周りの回転出力と、第２可動子２の回転によるＹ軸周りの回転出力の合成を、第１可動子１に設けた出力部１５の位置として取り出すことができる。

特に、本実施形態に係るアクチュエータＡは、Ｘ軸周りに略１８０度延伸する部分円弧状をなし且つＹＺ平面内でＸ軸周りに回転可能な単一の第１可動ヨーク１１と、Ｙ軸周りに略１８０度延伸する部分円弧状をなし且つＸＺ平面内でＹ軸周りに回転可能な単一の第２可動ヨーク２１とを備えたものであるため、Ｘ軸周りに２分割した一対の第１可動ヨークと、Ｙ軸周りに２分割した一対の第２可動ヨークとを備えたアクチュエータ（以下、「可動ヨーク分割型アクチュエータ」と称す）と比較して、励磁状態において磁束が偏り難く、磁束が分散することにより、磁束がスムーズに流れ、各可動子ヨーク１１，２１内の磁気飽和が緩和される。ここで、図３３に、本実施形態に係るアクチュエータＡの励磁状態における可動ヨーク（図示例では第２可動ヨーク２１）内の磁束密度を示し、図３４に、Ｘ軸周りに２分割した一対の第１可動ヨーク、及びＹ軸周りに２分割した一対の第２可動ヨーク以外の構成を本実施形態に係るアクチュエータＡに準じたものにした可動ヨーク分割型アクチュエータの励磁状態における可動ヨーク内の磁束密度を示す。図３３、３４では、磁束密度の程度をグレースケールで示し、暗いほど（黒に近いほど）磁束密度が大きく、明るいほど（白に近いほど）磁束密度が小さいことを模式的に示している。図３４から、可動ヨーク分割型アクチュエータであれば、可動ヨーク内において磁束の偏りが生じ易く、特に点線で囲む部分Ｑに磁束が局所的に偏り、磁気飽和が生じていることが把握できる。一方で、図３３から、本実施形態に係るアクチュエータＡであれば、可動ヨーク２１内において磁束が局所的に偏ることなくスムーズに流れ、磁気飽和が生じていないことを確認することができる。

さらに、可動ヨーク分割型アクチュエータであれば、各軸周りにそれぞれ可動ヨークを２分割して配置するため、各軸周りにそれぞれ可動ヨークの「端」が４箇所存在するが、本実施形態のアクチュエータＡでは、各軸周りにはそれぞれ単一の第１可動子１，第２可動子２を配置しているため、各軸周りにそれぞれ可動ヨーク１１，２１の「端」が２箇所存在する。その結果、本実施形態のアクチュエータＡでは、可動ヨーク分割型アクチュエータと比較して端効果（エンドエフェクト）が起こり得る箇所を少なくすることができ、トルクリプルを効果的に減少させることが可能である。ここで、図３５では、本実施形態に係るアクチュエータＡのトルク特性を実線で示すとともに、可動ヨーク分割型アクチュエータのトルク特性を点線で示している。この図より、本実施形態のアクチュエータＡであれば、可動ヨーク分割型アクチュエータよりもトルクリプルを減少させることが可能であることが分かる。

また、可動ヨーク分割型アクチュエータでは、Ｘ軸周りに回転する一対の可動ヨーク同士、及びＹ軸周りに回転する一対の可動ヨーク同士をそれぞれ共通の円弧上に配置し、対面する固定磁極と可動磁極のギャップが全て同一となるようにその配置関係を維持する位置決めが要求され、この条件を満たさない組立状態では、その組立誤差に起因してそれぞれペアとなるＸ軸周りの可動ヨーク同士の回転中心やＹ軸周りの可動ヨーク同士の回転中心がずれて、トルクの減少を招来するという事態も起こり得る。一方、本実施形態のアクチュエータＡであれば、Ｘ軸周りに配置する第１可動ヨーク１１、及びＹ軸周りに配置する第２可動ヨーク２１はそれぞれ単一のものであるため、上述した位置決めが要求されず、高精度な組立が可能になり、組立誤差に起因するトルクの減少を防止することができる。特に、本実施形態のアクチュエータＡでは、Ｘ軸周りに並んで配置される第１固定磁極３１とこれら各第１固定磁極３１に磁気的に連続する第１固定ヨーク３２の組、及びＹ軸周りに並んで配置される第２固定磁極４１とこれら各第２固定磁極４１に磁気的に連続する第２固定ヨーク４２の組がそれぞれ１組であるため、例えばＸ軸周りに分割した複数の固定ヨーク同士、及びＹ軸周りに分割した複数の固定ヨーク同士をそれぞれの固定磁極が共通の円弧上に並ぶように配置するという位置決めも要求されず、この点においても組立の精度を高めることができ、有利である。

さらにはまた、本実施形態のアクチュエータＡは、Ｘ軸周りに回転する第１可動ヨーク１１、及びＹ軸周りに回転する第２可動ヨーク２１をそれぞれ一体構造にしているため、各軸周りに分割した複数の可動ヨーク同士をフレームで連結する可動ヨーク分割型アクチュエータと比較して、剛性を向上させることができる。

加えて、本実施形態のアクチュエータＡは、Ｘ軸周りに延伸する第１可動ヨーク１１及びＹ軸周りに延伸する第２可動ヨーク２１のそれぞれの延伸方向の寸法（円弧の長さ）を適宜設定することにより、出力部１５の駆動可能範囲（出力範囲）を簡単に調節することが可能であるため、駆動範囲の設定自由度が高く、用途などに応じて駆動範囲を広く設定することもでき、実用性に富む。

しかも、本実施形態のアクチュエータＡは、Ｘ軸周りのモータを構成する第１可動ヨーク１１、第１可動磁極１２、第１固定ヨーク３２及び第２固定磁極３１の形状を含めた全体構造と、Ｙ軸周りのモータを構成する第２可動ヨーク２１、第２可動磁極２２、第２固定ヨーク４２及び第２固定磁極４１の形状を含めた全体構造を相互に同一に設定しているため、Ｘ軸周りのモータ及びＹ軸周りのモータが、同一径の電磁力発生部となり、同一のトルク密度のモータとして駆動させることができ、各軸周りのモータのドライバ設定を共通化して、各軸周りの安定した位置決め及び回転出力を得ることが可能である。

また、Ｘ軸周りのモータ及びＹ軸周りのモータが同一形状である本実施形態のアクチュエータＡであれば、部品の共通化を実現でき、量産性にも優れる。

そして、本実施形態に係るアクチュエータＡは、Ｘ軸周りのモータとＹ軸周りのモータを相互に直交するようにねじれの位置に配置し、Ｘ軸及びＹ軸の各軸周りに第１可動子１、第２可動子２をそれぞれ個々に独立して回転させることができ、これらの各可動子１，２の回転移動に応じて出力部１５を所定の球面（部分球面）内で駆動させることができる。

また、本実施形態に係るアクチュエータＡは、第１可動ヨーク１１及び第２可動ヨーク２１の各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りの回転を案内しながら支持するガイド支持機構Ｇを、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４のスペースを利用して配置することによって、Ｚ軸方向から見て第１可動ヨーク１１や第２可動ヨーク２１の外側にガイド支持機構Ｇを配置するための専用スペースを確保する必要がなく、アクチュエータＡ全体の小型化を図ることができる。このようなメリットは、可動対象部の回転を支持するジンバル枠を可動対象部の外側に配置せざるを得ないジンバル機構と比較した場合に顕著に現れる。

さらに、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転を所定範囲で案内する第１固定ガイド部５と、第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの回転を所定範囲で案内する第２固定ガイド部６を相互に直交する位置に個別に設け、これら第１固定ガイド部５と第２固定ガイド部６の相対位置を固定しているため、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転に伴って第２可動ヨーク２１の回転軸であるＹ軸が移動する（連れ回る）事態や、第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの回転に伴って第１可動ヨーク１１の回転軸であるＸ軸が移動する（連れ回る）事態を防止することができ、第１可動子１や第２可動子２の回転動作中に、Ｘ軸とＹ軸が同一平面上において一致して回転の自由度が減ってしまうジンバルロック現象またはジンバルロックに近い現象が起こり得ず、動作の安定性及び実用性の向上を実現することができる。

特に、本実施形態に係るアクチュエータＡでは、ガイド支持機構Ｇとして、第１可動ヨーク１１の所定箇所にＸ軸に平行な軸周りに回転可能な第１ベアリング７２を設けた第１可動ガイド部７と、第１可動ヨーク１１の回転時における第１ベアリング７２の移動軌跡に沿って延伸し且つ第１ベアリング７２を収容可能な第１ガイド凹部５２を形成した第１固定ガイド部５とを備えたものを適用しているため、第１ガイド凹部５２に第１ベアリング７２を収容した状態で、相互に向かい合う第１固定子３と第１可動子１の間に生じる吸引力が与圧として第１ベアリング７２に作用し、第１ベアリング７２を第１ガイド凹部５２に接触させながらＸ軸と平行な軸周りに適切に回転させることができ、良好なガイド支持状態を得ることができるともに、第１可動ヨーク１１がＸ軸周りに回転する際に、第１ベアリング７２が第１ガイド凹部５２の延伸方向に沿って移動することになり、第１可動ヨーク１１の安定した回転動作を確保することができる。

また、本実施形態のガイド支持機構Ｇは、第１可動ヨーク１１からＸ軸に向かって突出する非磁性体の第１軸受保持部７１の先端部又は先端部近傍に第１ベアリング７２を回転可能に保持させた構成を採用しているため、第１ベアリグ７２が第１ガイド凹部５２に沿って移動する領域を原点に対して第１可動ヨーク１１よりも近い位置に設定することができ、アクチュエータＡ全体の小型化を有効に図ることができる。

さらに、本実施形態のアクチュエータＡでは、第１ガイド凹部５２を形成した第１ガイド板５１を第１軸受保持部７１とＸ軸方向に対面する位置に支持部９によって固定配置しているため、回転移動する第１可動子１を安定した支持状態を維持することができるとともに、第１軸受保持部７１に複数の第１ベアリング７２を設けているため、第１可動子１の回転時及び静止時の何れにおいても第１固定ガイド部５に作用する荷重を好適に分散することができる。

さらに、本実施形態のアクチュエータＡでは、各第１可動ヨーク１１をＹ軸方向に挟む位置に第１可動ガイド部７を対向配置し、これら一対の第１可動ガイド部７に応じて第１固定ガイド部５を、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４との間のスペースにおいて第１固定子３をＹ軸方向に挟む位置に固定配置しているため、Ｘ軸周りに回転する第１可動子の荷重をバランス良く分散して受けながら第１可動子のスムーズな回転を確保することができる。

これら第１固定ガイド部５及び第１可動ガイド部７の各形状や構成、相互関係によって得られる作用効果は、第１固定ガイド部５及び第１可動ガイド部７と同じ形状や構成、相互関係を有する第２固定ガイド部６及び第２可動ガイド部８によっても得ることができる。

特に、本実施形態のアクチュエータＡでは、複数の第１可動磁極１２をＸ軸周りに設定し且つＹＺ平面内でＸ軸周りに回転可能な第１可動ヨーク１１が、Ｘ軸周りの所定円弧上に並ぶ第１固定磁極３１と対面する相対位置関係、及び内周面に複数の第２可動磁極２２をＹ軸周りに設定し且つＸＺ平面内でＹ軸周りに回転可能な第２可動ヨーク２１が、Ｙ軸周りの所定円弧上に並ぶ第２固定磁極４１と対面する相対位置関係を常に維持しているため、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの位置検出や第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの位置検出をリニアスケール（リニアエンコーダとも称される）などの汎用センサを用いて行うことが可能である。
具体的に本実施形態のアクチュエータＡでは、第１可動子１の回転角度を検出する第１検出手段を、第１可動子１のうち第１可動ヨーク１１よりも原点から遠い位置に配置した第１センサスケールＳ１と、ベースＢ内に固定配置した第１センサヘッドＳ２とを用いて構成するとともに、第２可動子２の回転角度を検出する第２検出手段を、第２可動子２のうち第２可動ヨーク２１よりも原点から遠い位置に配置した第２センサスケールＳ３と、ベースＢ内に固定配置した第２センサヘッドＳ４とを用いて構成している。このような構成により、ベースＢ内に設けた各センサヘッドＳ２，Ｓ４のセンサケーブルＳ２１，Ｓ４１を各可動子１，２の可動範囲から外れた位置で引き回すことができる。例えば、ジンバル機構であれば、相対的に内側に配置される軸の回転角度を検出するセンサをジンバル構造内に配置しなければならず、このセンサがジンバル（フレーム）の回転に伴って移動することを予め想定してセンサのケーブルがジンバルや可動対象部に干渉しないように引き回さなければならないが、本実施形態のアクチュエータＡによれば、煩雑なケーブル処理が不要になり、堅牢なシステム構成が可能である。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１可動ヨーク及び第２可動ヨークの各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りの延伸寸法（円弧の長さ、円弧角度）は適宜変更することができる。そして、第１可動子のＸ軸周りの可動角度範囲や、第２可動子のＹ軸周りの可動角度範囲は、アクチュエータの用途や仕様などに応じて適宜変更することができる。

また、第１可動ヨークの円弧の長さと、第２可動ヨークの円弧の長さを相互に異ならせても構わない。ここで、各可動ヨークの円弧の長さ（各軸周りの延伸寸法であり、各可動ヨークの円弧角度ともいえる）を長く設定すればするほど、トルクは小さくなるものの可動範囲を大きくすることができ、短く設定すればするほど、可動範囲は小さくなるもののトルクを大きくできる。また、各可動ヨークの円弧の長さは、ギャップを介して対面する固定磁極との関係においてＵ，Ｖ，Ｗの三相を１セット分（３本の固定磁極と対面可能な円弧の長さであり、固定磁極を３０度ピッチで配置した上述したアクチュエータＡであれば９０度分）確保可能な長さ（角度）であればよい。

また、第１可動子に設けた第１フレームと、第２可動子に設けた第２フレームは、相互に干渉しないように原点からの距離を相互に異ならせる必要があり、上述の実施形態では、第１フレームを第２フレームよりも相対的に原点に近い位置に配置する構成を示したが、第１フレームを第２フレームよりも相対的に原点から遠い位置に配置する構成にしてもよい。この場合、第１フレームに設けた出力部は、第１フレームよりも原点に近い第２フレームに形成した移動規制部に案内可能な状態にあり、この移動規制部によってＹ軸を含む平面内にのみ移動可能に規制される必要があるため、出力部（出力軸）の突出方向を第１フレームから原点に向かう方向にも設定することになる。

第１フレームに設ける出力部は、本発明に係るアクチュエータの用途等に応じて適宜変更することができ、軸構成のものに限定されることはない。そして、第２フレームの移動規制部は、出力部の形状や構成に応じて適宜適当な形状や構成に設定すればよい。出力部は、第２フレームの移動規制部に案内されるものであればよく、先端側領域が移動規制部を貫通して完全に移動規制部から飛び出した（露出した）状態で案内される構成、または先端側領域が移動規制部内にとどまり、移動規制部から飛び出していない（露出していない）状態で案内される構成でも構わない。

また、コイルを第１固定子や第２固定子ではなく、第１可動子や第２可動子に設けた構成であってもよい。

また、各固定子における固定ヨーク（第１固定ヨーク，第２固定ヨーク）と保持部（第１保持部，第２保持部）を一体に形成することもできる。固定ヨーク及び保持部を一体の磁性体によって構成した場合、一体成形した磁性体のうち、原点に近い領域が保持部として機能し、相対的に原点から遠い領域が固定ヨークとして機能する。また、上述した実施形態で示すように相互に別体の固定ヨーク及び保持部を用いる場合、保持部は非磁性体であることが好ましいが、磁性体であってもよい。

上述の実施形態では、各可動ヨーク（第１可動ヨーク１１，第２可動ヨーク２１）のうちギャップを介して固定子Ｓの第１固定磁極３１，第２固定磁極４２に対面する面に一部を露出させた状態で複数の永久磁石Ｍ１，Ｍ２を各可動ヨーク１１，２１に埋め込んだタイプのモータを用いたアクチュエータを例示したが、上記以外のタイプのモータを用いたアクチュエータであってもよい。一例として、図３６乃至及び図３８（図３６は一変形例に係るアクチュエータＡを図１に対応して示す図であり、図３７、図３８は、同変形例に係るアクチュエータＡを図５、図６にそれぞれ対応してさせて示す図である）に示すように、永久磁石Ｍ１，Ｍ２を可動ヨーク１１，１２の表面に配置したいわゆるＳＰＭ（surface permanent magnet）タイプのモータを用いたアクチュエータを採用することができる。

この変形例に係るアクチュエータＡは、第１可動ヨーク１１の内周面に複数の第１可動磁極１２を設定するとともに、第２可動ヨーク２１の内周面に複数の第２可動磁極２２を設定すべく、Ｓ極またはＮ極が各可動ヨーク１１，２１の径方向を向く姿勢で各永久磁石Ｍ１，Ｍ２を各可動ヨーク１１，２１の内周面に所定ピッチで配置した構成を採用している。また、各固定磁極３１，４１には、上述の実施形態で示したティース３１１，４１１は設けていない。なお、この変形例に示すアクチュエータＡは、第１可動子１、第２可動子２、第１固定子３、第２固定子４以外の構成は、上述した実施形態のアクチュエータＡと同様の構成であるため、説明は省略し、図３６乃至図３８では、上述の実施形態におけるアクチュエータＡと対応する部分や部材には同じ符号を付している。

具体的には、第１可動ヨーク１１の内周面に第１可動磁極１２として機能する永久磁石Ｍ１を複数整列させて配置している。各第１可動磁極１２は、部分円弧状の永久磁石Ｍ１（例えば厚さ１ｍｍのセグメント型磁石）によって構成され、この永久磁石Ｍ１を第１可動ヨーク１１の内周面にＸ軸周りに並べて固定配置している。各永久磁石Ｍ１は、Ｓ極またはＮ極が第１可動ヨーク１１の径方向を向く姿勢でＸ軸周りに所定ピッチで複数配置され、Ｘ軸周り（第１可動ヨーク１１の周方向）に隣り合う永久磁石Ｍ１は磁化の方向が互いに逆向きとなっている。

本変形例では、第１可動ヨーク１１の内周面に、８枚の永久磁石Ｍ１をＸ軸周りに所定ピッチで整列配置している。本変形例のアクチュエータＡでは、図３７に示すように、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの寸法（円弧の長さ）を、Ｘ軸周りに複数配置した第１固定磁極３１のうち３本以上の第１固定磁極３１（図示例では７本の第１固定磁極３１）と対面可能な長さに設定している。

同様に、第２可動ヨーク２１の内周面に第２可動磁極２２として機能する永久磁石Ｍ２を所定ピッチで複数整列させて配置している。各第２可動磁極２２は、部分円弧状の永久磁石Ｍ２（例えば厚さ１ｍｍのセグメント型磁石）によって構成され、この永久磁石Ｍ２を第２可動ヨーク２１の内周面にＹ軸周りに並べて固定配置している。各永久磁石Ｍ２は、Ｓ極またはＮ極が第２可動ヨーク２１の径方向を向く姿勢でＹ軸周りに所定ピッチで複数配置され、Ｙ軸周り（第２可動ヨーク２１の周方向）に隣り合う永久磁石Ｍ２は磁化の方向が互いに逆向きとなっている。ここで、原点から第２可動磁極２２までの距離は、原点から第１可動磁極１２までの距離と略同一になる。

本変形例では、第２可動ヨーク２１の内周面に、８枚の永久磁石Ｍ２をＹ軸周りに整列配置している。本変形例のアクチュエータＡでは、図３８に示すように、第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの寸法（円弧の長さ）を、Ｙ軸周りに複数配置した第２固定磁極４１のうち３本以上の第２固定磁極４１（図示例では７本の第２固定磁極４１）と対面可能な長さに設定している。

次に、このような構成を有するアクチュエータＡの作動及び作用について説明する。

この変形例に係るアクチュエータＡにおいて、第１固定子３に対して第１可動子１がＸ軸周りに回転する動作原理と、第２固定子４に対して第２可動子がＹ軸回りに回転する動作原理は同じであり、図３９及び図４０に、第１固定子３に対して第１可動子１がＸ軸周りに回転する動作原理を示す。なお、図３９及び図４０では、説明の便宜上、第１可動子１及び第１固定子３の一部を省略するとともに、断面の切り口を示す平行斜線（ハッチング）を省略している。

本変形例に係るアクチュエータＡは、第１固定子３の各第１固定磁極３１及び第２固定子の各第２固定磁極に巻回した各コイルＣを、それぞれの軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りにＵ，Ｖ，Ｗの三相に分けて、これら各コイルＣに適宜の電流を励磁することで第１可動子１及び第２可動子２を各軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りに回転させることができる。なお、この変形例では、各固定磁極３１，４１にそれぞれ円錐型のコイルＣを巻回している。

図３９を参照して具体的に説明すると、各第１固定磁極３１に巻回したコイルＣに電流を励磁していない無通電時には、ギャップを介してアクチュエータＡの径方向に対面する第１固定子３の第１固定磁極３１と第１可動子１の第１可動磁極１２の間に磁束が流れるものの、第１可動子１をＸ軸周りに回転させる回転磁界は発生せず、回転トルクは発生しない。同様に、第２固定子４の各第２固定磁極４１に巻回した各コイルＣに電流を励磁していない無通電時では、第２固定磁極４１と第２可動磁極２２の間にも磁束が流れるものの、第２可動子２をＹ軸周りに回転させるトルクは発生しない（図示省略）。

一方、本変形例に係るアクチュエータＡにおいて、第１固定磁極３１に設けたコイルＣをＵ，Ｖ，Ｗの三相に分けて、図２４に示すような電流パターン、すなわち、コイルＣに１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（通電）ことによって、図４０に示すように、第１可動子１をＸ軸周りに回転させる回転磁界が発生し、回転トルクＴを得ることができる。その結果、第１可動子１がＸ軸周りに回転する。この際、第１可動ガイド部７の第１ベアリング７２が第１固定ガイド部５の第１ガイド凹部５２に案内されながら第１ガイド凹部５２内を移動し、第１可動子１の第１フレーム１３に設けた出力部１５が、第２可動子２に設けた第２フレーム２３の移動規制部２４（出力部ガイド孔２７）に沿って滑りながら移動規制部２４内で動くことにより、第２可動子２を動かすことなく、第１可動子１のみをＸ軸周りに回転させることができる。

そして、本実施形態に係るアクチュエータＡは、各コイルＣに流す電流の向きや大きさを適宜調整することにより、図３６に示す標準姿勢（Ｓｔ）の第１可動子１を、Ｘ軸周りにプラス方向、マイナス方向へそれぞれ所定角度の範囲内で回転させることが可能である。

同様に、本変形例に係るアクチュエータＡでは、Ｙ軸周りに複数配置した第２固定磁極４１にそれぞれ設けたコイルＣをＵ，Ｖ，Ｗの三相に分けて、これらのコイルＣに１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（通電）ことによって、第２可動子２をＹ軸周りに回転させる回転磁界が発生し、回転トルクを得ることができる（図示省略）。その結果、第２可動子２がＹ軸周りに回転する。この際、第２可動ガイド部８の第２ベアリング８２が第２固定ガイド部６の第２ガイド凹部６２に案内されながら第２ガイド凹部６２内を移動する。そして、第２可動子２の第２フレーム２３も第２可動ヨーク２１と一体にＹ軸周りに回転し、第２フレーム２３及び第１フレーム１３のＹ軸周りの回転に伴って出力部１５もＹ軸周りに移動する。

そして、本変形例に係るアクチュエータＡは、各コイルＣに流す電流の向きや大きさを適宜調整することにより、図３６に示す標準姿勢（Ｓｔ）の第２可動子２を、Ｙ軸周りにプラス方向、マイナス方向へそれぞれ所定角度の範囲内で回転させることが可能である。

そして、本変形例に係るアクチュエータＡにおいても、第１可動子１の第１フレーム１３に設けた出力部１５を、第２可動子２に設けた第２フレーム２３の移動規制部２４（出力部ガイド孔２７）内で移動規制部２４の延伸方向（長手方向）に移動可能に設定しているため、第１可動子１及び第２可動子２を同時または時間差でそれぞれ回転させた場合に、第１可動子１の回転によるＸ軸周りの回転出力と、第２可動子２の回転によるＹ軸周りの回転出力の合成を、第１可動子１に設けた出力部１５の位置として取り出すことができる。

なお、本変形例に係るアクチュエータＡは、図１に示すアクチュエータＡと比較して、可動子Ｒ及び固定子Ｓの具体的な構造が異なるものの、その他の構造は同じであるため、図１に示すアクチュエータＡが奏する作用効果と同様の作用効果を得ることができる。例えば図４１には、本変形例に係るアクチュエータＡのトルク特性を実線で示すとともに、本変形例のアクチュエータＡと同様のタイプのモータを適用した可動ヨーク分割型アクチュエータのトルク特性を点線で示している。この図より、本変形例のアクチュエータＡであれば、可動ヨーク分割型アクチュエータよりもトルクリプルを減少させることが可能であることが分かる。その他の作用効果も上述の実施形態に係るアクチュエータＡと同様またはほぼ同様であるため、詳細な説明は省略する。

また、本発明に係るアクチュエータは、上述した用途（ロボットの眼球や関節、監視カメラ、所定範囲で角度調整可能な角度ステージ）以外の種々の用途（例えば、ウェハ検査装置など）においても好適に使用することができる。

また、ガイド支持機構のうち、第１可動ガイド部として、例えば第１可動ヨークの両端部近傍からＸ軸に向かって突出する非磁性の第１ガイド板の先端部又は当該先端部近傍に、第１可動ヨークの回転時の移動軌跡と同心円であって且つ半径を第１可動ヨークの半径よりも小さく設定した部分円弧状の第１ガイド凹部を形成したものを適用し、第１固定ガイド部として、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子との間のスペースのうち第１ガイド板とＸ軸方向に対面する位置に配置した第１軸受保持部に、第１ガイド凹部に収容または貫通可能であって且つＸ軸と平行な軸周りに回転可能な第１軸受を保持させたものを採用することもできる。つまり、上述の実施形態と比較して、第１ガイド凹部と第１軸受の配置関係を逆転させた構成であってもよい。

同様に、第２可動ガイド部として、例えば第２可動ヨークの両端部近傍からＹ軸に向かって突出する非磁性の第２ガイド板の先端部又は当該先端部近傍に、第２可動ヨークの回転時の移動軌跡と同心円であって且つ半径を第２可動ヨークの半径よりも小さく設定した部分円弧状の第２ガイド凹部を形成したものを適用し、第２固定ガイド部として、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子との間のスペースのうち第２ガイド板とＹ軸方向に対面する位置に配置した第２軸受保持部に、第２ガイド凹部に収容または貫通可能であって且つＹ軸と平行な軸周りに回転可能な第１軸受を保持させたものを採用することもできる。

また、上述の実施形態では、ガイド支持機構を構成する軸受としてベアリング（転がり軸受）を例示したが、ベアリングに代えて、ローラやカムフォロア、或いはすべり軸受を適用してもよい。また、ガイド板に保持させる軸受の数は、適宜増減すればよく、１つ或いは３つ以上に設定することもできる。

また、第１ガイド凹部及び第２ガイド凹部として、溝または孔の何れか一方のみから形成したものを適用してもよい。

また、本発明のアクチュエータでは、第１可動ガイド部又は第１固定ガイド部の一方を、スライダを備えたものとし、他方を可動ヨークの回転時にスライダを支持するレールを備えたものにし、レールとスライダとの関係においてスライダが相対的にレール内を往復移動可能に構成した円弧状リニアガイド機構をガイド支持機構として採用することも可能である。

上述した実施形態では、一対の第１可動ガイド部及び一対の第１固定ガイド部によって第１可動ヨークのＸ軸周りの回転移動を案内するとともに、一対の第２可動ガイド部及び一対の第２固定ガイド部によって第２可動ヨークのＹ軸周りの回転移動を案内するガイド支持機構を例示したが、１つの第１可動ガイド部及び１つの第１固定ガイド部によって第１可動ヨークのＸ軸周りの回転移動を案内するとともに、１つの第２可動ガイド部及び１つの第２固定ガイド部によって第２可動ヨークのＹ軸周りの回転移動を案内するように構成したガイド支持機構であっても構わない。

また、本発明のアクチュエータは、ガイド支持機構をＺ軸方向から見て第１可動ヨークや第２可動ヨークの外側に確保した専用スペースに配置する構成を排除するものではない。

各固定磁極及び各可動磁極の数やピッチは適宜変更することができる。

また、第１ガイド板及び第２ガイド板を支持する支持部は、第１可動子及び第２可動子の可動範囲から外れた位置に固定配置されたものであればよく、特に、支持部本体はＺ軸と一致する方向に延伸するものに限られない。第１ガイド板及び第２ガイド板をベースに直接固定してもよい。

第１可動子をＸ軸周りに回転させる際のコイルに通電する電流制御と、第２可動子をＹ軸周りに回転させる際のコイルに通電する電流制御とを共通化することは困難になるものの、複数の第１固定磁極が配列されるＸ軸周りの円弧と、複数の第２固定磁極が配列されるＹ軸周りの円弧との径を相互に異ならせたり、原点から第１可動磁極までの距離と原点から第２可動磁極までの距離を相互に異ならせても構わない。

また、固定子として、外周面に複数の第１固定磁極をＸ軸周りに所定ピッチで設け且つこれら各第１固定磁極に磁気的に連続する複数の第１固定ヨークを、各第１固定磁極がＸ軸周りに延伸する共通の円弧上に並ぶように適宜の位置に配置するとともに、外周面に複数の第２固定磁極をＹ軸周りに所定ピッチで設け且つこれら各第２固定磁極に磁気的に連続する複数の第２固定ヨークを、各第２固定磁極がＹ軸周りに延伸する共通の円弧上に並ぶように配置したものを適用することもできる。

上述の実施形態では、第１固定子３の第１保持部３３及び第２固定子４の第２保持部４３にそれぞれ形成した嵌合凹部同士を嵌め合わせることで、第１固定子３と第２固定子４とを一体的に組み付ける構成を例示したが、嵌合凹部同士の嵌合に代えて、または加えて、ネジなどの適宜の固定具を用いて保持部同士を固定することによって第１固定子と第２固定子とを一体的に組み付ける態様や、第１保持部及び第２保持部を共通の部材（例えばベースに基端部を固定した支柱）に固定することによって第１固定子と第２固定子とを一体的に組み付ける態様を採用してもよい。

第１可動子や第２可動子の回転角度又は位置を検出する手段として、上述の実施形態で述べたリニアスケールに代えて、又は加えて他の検出装置を用いてもよい。一例として、ガイド支持機構の第１ガイド板や第２ガイド板に、各可動ヨークの各軸周りの位置を検出する位置検出部を設けた態様を挙げることができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…第１可動子
１１…第１可動ヨーク
１２…第１可動磁極
１３…第１フレーム
１５…出力部
２…第２可動子
２１…第２可動ヨーク
２２…第２可動磁極
２３…第２フレーム
２４…移動規制部
３…第１固定子
３１…第１固定磁極
３２…第１固定ヨーク
４…第２固定子
４１…第２固定磁極
４２…第２固定ヨーク
５…第１固定ガイド部
５１…第１支持部
５２…第１ガイド凹部
６…第２固定ガイド部
６１…第２支持部
６２…第２ガイド凹部
７…第１可動ガイド部
７１…第１軸受保持部
７２…第１軸受
８…第２可動ガイド部
８１…第２軸受保持部
８２…第２軸受
Ａ…アクチュエータ
Ｃ…コイル
Ｇ…ガイド支持機構
Ｓ…固定子

Claims (4)

1. 所定の空間において相互に直交するようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を設定し、
   前記３軸の原点を円中心として前記Ｘ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第１固定磁極、及び前記原点を円中心として前記Ｙ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第２固定磁極を有する固定子と、
   前記第１固定磁極と所定のギャップを隔てて対面し且つ前記原点を円中心とする円弧状の第１可動ヨークを有する第１可動子と、
   前記第２固定磁極と所定のギャップを隔てて対面し且つ前記原点を円中心とする円弧状の第２可動ヨークを有する第２可動子と、
   これら各可動子又は固定子の一方に設けられ交流電流を流すコイルと、
   前記第１可動子に設けた出力部とを備え、
   前記出力部を、前記第１可動子及び前記第２可動子の動作に伴って前記原点を中心とする所定の球面内を自在に動作させるアクチュエータであり、
   前記第１可動子は、
   前記第２可動ヨークとの干渉を回避する空間を端部同士の間に形成し且つ前記Ｙ軸と前記Ｚ軸を含む平面であるＹＺ平面内で前記Ｘ軸周りに回転可能な単一の前記第１可動ヨークと、
   前記第１可動ヨークの内周面に前記Ｘ軸周りに複数設定した第１可動磁極と、
   前記第１可動ヨークと一体に前記Ｘ軸周りに回転可能に取り付けられ且つ前記取付箇所を枢支点として前記第１可動ヨークから独立して前記ＹＺ平面から外れる方向に回転可能な第１フレームとを備えたものであり、
   前記第２可動子は、
   前記第１可動ヨークとの干渉を回避する空間を端部同士の間に形成し且つ前記Ｘ軸と前記Ｚ軸を含む平面であるＸＺ平面内で前記Ｙ軸周りに回転可能な単一の前記第２可動ヨークと、
   前記各第２可動ヨークの内周面に前記Ｙ軸周りに複数設定した第２可動磁極と、
   前記第１フレームとは非接触の状態で当該第１フレームに設けた前記出力部の移動が案内され且つ当該出力部を前記Ｙ軸を含む平面内にのみ移動可能に規制する移動規制部を有し、前記第２可動ヨークと一体に前記Ｙ軸周りに回転可能な第２フレームとを備えたものであることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記複数の第１固定磁極が配列される前記円弧と、前記複数の第２固定磁極が配列される前記円弧とを略同一径に設定するとともに、前記原点から前記第１可動磁極及び前記第２可動磁極までの距離を略同一に設定している請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記固定子は、
   外周面に前記複数の第１固定磁極をＸ軸周りに所定ピッチで設け且つこれら各第１固定磁極に磁気的に連続する単一の第１固定ヨークと、
   外周面に前記複数の第２固定磁極をＹ軸周りに所定ピッチで設け且つこれら各第２固定磁極に磁気的に連続する単一の第２固定ヨークとを備えたものである請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第１可動子を前記Ｘ軸周りに回転可能に支持し、且つ前記第２可動子を前記Ｙ軸周りに回転可能に支持するガイド支持機構を備え、前記ガイド支持機構は、前記第１可動ヨークに設けられ且つ前記第１可動ヨークの前記Ｘ軸周りの回転に伴ってＸ軸周りに移動する第１可動ガイド部と、前記第２可動ヨークに設けられ且つ前記第２可動ヨークの前記Ｙ軸周りの回転に伴ってＹ軸周りに移動する第２可動ガイド部と、前記Ｚ軸周りに隣り合う前記第１固定子と前記第２固定子の間に形成されるスペースに固定配置され且つ前記第１可動ガイド部の移動を支持する第１固定ガイド部と、前記スペースに固定配置され且つ前記第２可動ガイド部の移動を支持する第２固定ガイド部とを備えたものである請求項１乃至３の何れかに記載のアクチュエータ。

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