JP3492221B2 - 微小移動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小移動装置に係
わり、特に、衝撃力を用いて移動する微小移動装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】衝撃力を用いて移動する微小移動装置の
従来例としては、特願昭５８−１６７５１２号及び特開
昭６３−２９９７８５号が挙げられる。衝撃力を発生す
る手段として、前者は電磁反発力を、後者は圧電素子の
急速変形を利用した微小移動装置で、いわゆる「インパ
クト機構」と呼ばれている。

【０００３】このインパクト機構は小型単純構造で微小
ステップ移動が可能であり、この長所に着目して、例え
ば、精密位置決めテーブルやマイクロマニピュレータ等
が提案されている。

【０００４】図９を用いて、圧電素子の急速変形を利用
した従来の微小移動装置の構成及び動作について説明す
る。

【０００５】この従来の微小移動装置は、移動体２と慣
性体３とを圧電素子４で結合したもので、移動体２をベ
ース１の上に置き、摩擦力で保持した構成となってい
る。そして、圧電素子４に電圧を印加して慣性体３を加
速すると、移動体２はその反力によって移動する。

【０００６】特公平６−９１７５３号によれば、圧電素
子の急速変形を利用したインパクト機構は単純な構造で
ありながら、１０ｎｍ〜１０μｍ程度の微動が可能であ
るとされている。その移動原理は、以下の通りである。

【０００７】すなわち、移動体２を左方向に移動させる
場合には、図９（ａ）に示したように圧電素子４が縮ん
でいる状態から、図９（ｂ）に示したように圧電素子４
を急激に延ばすと、移動体２と慣性体３が互いに離れる
方向に移動する。

【０００８】次に、図９（ｃ）に示したように圧電素子
４をゆっくりと引き戻し、図９（ｄ）に示したように圧
電素子４が元の長さに戻ったところで急に止めると、慣
性体３が移動体２に衝突した形となり、図９（ｅ）に示
したように移動体２は左方向に移動する。

【０００９】また、移動体２を右方向に移動させる場合
には、図９（ａ）乃至（ｅ）に示した圧電素子４の動
作、つまり、急速変形の動作とゆっくりとした動作を逆
のタイミングで行えば良い。

【００１０】このように、圧電素子の急速変形を利用し
た従来の微小移動装置は、摩擦で保持された移動体に圧
電素子と慣性体とを取り付けただけの簡単な構造で、原
理上は無制限の移動範囲と高い位置決め能力を有してい
る。なお、電磁反発力を用いた従来の微小移動装置も同
様の効果が期待できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の微小
移動装置においては、電磁反発力を用いたもの及び圧電
素子の急速変形を利用したもののいずれも慣性体を付加
する必要があるために、例えば多自由度を有する移動テ
ーブルを構築する場合には、その軸数分の慣性体が必要
となって装置が複雑化するという問題があった。

【００１２】さらに、従来の微小移動装置においては移
動体とベースとの間の摩擦力を活用した構成となってい
るので、移動特性がその摺動面の状態によって大きく変
化することになる。

【００１３】その結果、安定した移動特性を得るために
は摺動面の管理が必要となる。十分な管理が実現できな
い環境下で使用する場合には、少なからず使用上の制約
が伴うことになる。

【００１４】そこで、本発明の目的は、慣性体が不要で
摩擦の影響を受けにくい微小移動装置を提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による微小移動装置は、ベース上に置かれる
移動体と、前記移動体と前記ベースとの間に衝撃力を発
生させる衝撃力発生手段と、を備え、前記衝撃力発生手
段は、前記移動体を前記ベースから浮かせると共にその
浮いた状態において移動体の重心回りに微少回転させる
衝撃力を発生させることを特徴とする。

【００１６】また、前記衝撃力発生手段は、前記移動体
を複数の異なる方向へ回転させる複数の衝撃力を個別に
発生させることが望ましい。

【００１７】また、前記衝撃力発生手段は、前記移動体
を互いに正反対の方向へ回転させることができる複数の
衝撃力を個別に発生させることが望ましい。

【００１８】また、前記衝撃力発生手段は、圧電素子又
は磁歪素子の急速変形を利用して衝撃力を発生させるこ
とが望ましい。

【００１９】また、前記ベースは導電性部材によって形
成され、前記衝撃力発生手段は、前記移動体と前記ベー
スとの間に衝撃的な電磁反発力を発生させるコイルを有
することが望ましい。

【００２０】また、前記衝撃力発生手段は、互いに近接
して設けられた一対の前記コイルを有し、前記一対のコ
イルは、一方の前記コイルの発生磁界と他方の前記コイ
ルの発生磁界による誘導磁界とが相互に影響し合う程度
に近接していることが望ましい。

【００２１】また、前記ベースは導電性部材によって形
成され、前記衝撃力発生手段は、前記移動体と前記ベー
スとの間に衝撃的な電磁反発力を発生させる、互いに近
接して設けられた一対のコイルを有し、前記一対のコイ
ルは、一方の前記コイルの発生磁界と他方の前記コイル
の発生磁界による誘導磁界とが相互に影響し合う程度に
近接していることが望ましい。

【００２２】また、前記移動体を前記ベースに押し付け
る移動体与圧手段をさらに備えることが望ましい。

【００２３】また、前記移動体与圧手段は、前記移動体
又は前記ベースに装着した磁気吸引力発生装置から成る
ことが望ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】第１実施形態 以下、本発明の第１実施形態による微小移動装置につい
て、図１乃至図３を参照して説明する。なお、本実施形
態及び後述する第２乃至第５実施形態による微小移動装
置は、移動テーブルの精密位置決めやマイクロマニピュ
レータ等に使用することができる。

【００２５】図１（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態によ
る微小移動装置５の概略構成を示すと共にその動作方法
を説明するための縦断面図である。

【００２６】図１に示したように本実施形態による微小
移動装置５は、導電性部材より成るベース６の平らな表
面上に載置された移動体７を備えており、移動体７は直
方体を成している。移動体７の底面部には、電磁反発力
発生用の２つの空芯コイル８、９が設けられている。こ
れらの空芯コイル８、９は衝撃力発生手段を構成する。

【００２７】そして、空芯コイル８、９より成る衝撃力
発生手段は、移動体７とベース６との間に、移動体７を
ベース６から浮かせると共に回転させることができる衝
撃力を発生させる。換言すれば、衝撃力発生手段による
衝撃力は、ベース６の表面（載置面）に対して垂直で且
つ重心Ｇを通るような力以外の力であって、移動体７の
重心からずれた方向への力である。

【００２８】２つの空芯コイル８、９は、移動体７の重
心Ｇを挟んで反対側に配置されている。つまり、２つの
空芯コイル８、９は、移動体７を互いに正反対の方向へ
回転させる衝撃力を個別に発生させることができる。

【００２９】また、各空芯コイル８、９には、図示しな
いドライバによって瞬間的な大電流を個別に印加するこ
とができる。

【００３０】次に、本実施形態による微小移動装置の動
作方法について説明する。

【００３１】まず初めに、図１（ａ）に示したように、
一方の空芯コイル８に瞬間的な大電流を印加して、移動
体７とベース６との間に衝撃的な電磁反発力Ｆ１を発生
させる。

【００３２】すると、図１（ｂ）に示したように、電磁
反発力Ｆ１によって移動体７は図中左側の縁部を回転中
心として回転運動を行い、移動体７は重心Ｇを僅かに浮
上した位置に移動する。

【００３３】次に、図１（ｂ）に示したように、空芯コ
イル８への通電から時間的位相差をもって、他方の空芯
コイル９に瞬間的な大電流を印加して、移動体７とベー
ス６との間に衝撃的な電磁反発力Ｆ２を発生させる。

【００３４】すると、ベース６と接した移動体７の縁部
が浮上し、移動体７はその重心Ｇの周りに回転運動を行
う。この状態を図１（ｃ）に示す。

【００３５】その後、移動体７は落下してベース６の上
に載置され、動作後の移動体７の位置は、図１（ｄ）に
示したように、初期位置に対して微小ながら図中左方向
へＸ１のステップ移動を行うことができる。

【００３６】なお、移動体７を逆方向、つまり図中右方
向へ移動させる場合には、空芯コイル８、９の動作タイ
ミングを前記と逆にすれば良い。

【００３７】次に、上述した電磁反発力Ｆ１、Ｆ２の発
生原理について説明する。

【００３８】空芯コイル８、９に瞬間的な大電流を印加
すると、時間的に変化する強磁界が発生する。ベース６
は導電性部材より成っており、このベース６には空芯コ
イル８、９が発生した強磁界の侵入を妨げる方向に電流
が誘導される。

【００３９】この誘導電流と空芯コイル８、９の印加電
流の流れは互いに逆方向であり、電磁作用による反発力
が発生する。

【００４０】また、上述したドライバとは、空芯コイル
８、９に瞬間的な大電流を印加する装置であるが、瞬間
的に大電流を印加する方法としてはコンデンサを用いた
方法を使用することができる。つまり、コンデンサに電
荷を充電してその放電電流を利用することにより、瞬間
的な大電流を作ることができる。

【００４１】次に、本実施形態による微小移動装置の第
二の動作方法について、図２（ａ）乃至（ｄ）を参照し
て説明する。

【００４２】まず初めに、図２（ａ）に示したように、
図示しないドライバによって２つの空芯コイル８、９の
両方に、瞬間的な大電流を同時に印加して電磁反発力Ｆ
３及びＦ４を発生させる。

【００４３】ここで、電磁反発力Ｆ３とＦ４とは略同じ
大きさであり、このため、図２（ｂ）に示したように、
移動体７はベース６の表面に対して略平行に、つまり水
平状態で僅かながら浮上する。

【００４４】次に、移動体７が僅かに浮上した図２
（ｂ）の状態で、一方の空芯コイル９に再び瞬間的な大
電流を印加して電磁反発力Ｆ４’を発生させる。する
と、図２（ｃ）に示したように、移動体７はその重心Ｇ
の周りに回転運動を行う。

【００４５】その後、移動体７は落下してベース６の上
に載置され、動作後の移動体７は、図２（ｄ）に示した
ように、初期位置に対して図中左方向に微小ながらＸ２
のステップ移動を行うことができる。

【００４６】なお、移動体７を逆方向、つまり図中右方
向へ移動させる場合には、移動体７の浮上後に電磁反発
力を発生させる空芯コイルを前記と逆にすれば良い。

【００４７】次に、本実施形態による微小移動装置の第
三の動作方法について、図３（ａ）乃至（ｃ）を参照し
て説明する。

【００４８】まず初めに、図３（ａ）に示したように、
図示しないドライバによって２つの空芯コイル８、９の
両方に、瞬間的な大電流を同時に印加して電磁反発力Ｆ
５及びＦ６を発生させる。

【００４９】ここで、電磁反発力Ｆ６の大きさは電磁反
発力Ｆ５に比べて大きく、このため、移動体７はベース
６に対して僅かに浮上しながらその重心Ｇの周りに回転
運動を行う。この状態を図３（ｂ）に示す。

【００５０】その後、図３（ｃ）に示したように、移動
体７は落下してベース６上に載置され、動作後の移動体
７の位置は初期位置に対して図中左方向へ微小ながらＸ
３のステップ移動を行うことができる。

【００５１】なお、移動体７を逆方向、つまり図中右方
向へ移動させる場合には、空芯コイル８、９に発生させ
る電磁反発力の大きさを前記と逆にすれば良い。

【００５２】以上述べたように本実施形態による微小移
動装置によれば、空芯コイル８、９より成る衝撃力発生
手段によってベース６と移動体７との間に電磁反発力を
発生させ、この電磁反発力を利用して移動体７を移動さ
せるようにしたので、従来の微小移動装置においては不
可欠であった慣性体を必要とせず、このため、装置のさ
らなる小型化と単純化を図ることができる。

【００５３】さらに、本実施形態による微小移動装置
は、機械的な摺動を伴わない移動原理を採用しているの
で、摩擦力を利用する従来の微小移動装置に比べて移動
特性の安定化と装置の長寿命化を図ることができる。

【００５４】また、本実施形態の一変形例としては、空
芯コイル８、９に代えて圧電素子又は磁歪素子を設けて
衝撃力発生手段を構成し、圧電素子又は磁歪素子の急速
変形を利用して衝撃力を発生させるようにすることもで
きる。

【００５５】第２実施形態 次に、本発明の第２実施形態による微小移動装置につい
て、図４を参照して説明する。なお、本実施形態は上述
した第１実施形態に対して構成を一部追加したものであ
り、上記第１実施形態と同一構成要素には図４において
同一符号を付すと共に、以下では、上記第１実施形態と
異なる部分について説明する。

【００５６】図４（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態によ
る微小移動装置１０の概略構成を示すと共にその動作を
説明するための縦断面図である。

【００５７】図４に示したように本実施形態による微小
移動装置１０は、移動体７を磁気吸引力によってベース
１１の平らな吸着面に吸着して押し付ける磁気吸引力発
生装置（移動体与圧手段）１２を備えている。本実施形
態においては、ベース１１は導電性で且つ磁性体の部材
により構成されており、また、その表面は垂直面を形成
している。

【００５８】磁気吸引力発生装置１２は、永久磁石１３
と、この永久磁石１３の両端に磁気的に連結されたヨー
ク１４、１５とから構成されている。そして、永久磁石
１３→ヨーク１４→ベース１１→ヨーク１５から成る閉
ループ磁束Ｍ１を形成している。磁気吸引力発生装置１
２による磁気吸引力はこの閉ループＭ１によって得られ
るものである。

【００５９】本実施形態による微小移動装置１０の動作
原理は、図１に示した第１実施形態による微小移動装置
５と同じである。

【００６０】つまり、図４（ａ）に示したように、図示
しないドライバによって一方の空芯コイル８に瞬間的な
大電流を印加すると、移動体７には衝撃的な電磁反発力
Ｆ７が発生する。

【００６１】この電磁反発力Ｆ７によって移動体１１は
その上側縁部を回転中心として回転運動を行い、移動体
７の重心Ｇは僅かにベース１１から離れた位置に移動す
る。この状態を図４（ｂ）に示す。

【００６２】次に、空芯コイル９に瞬間的な大電流を印
加して電磁反発力Ｆ８を発生させる。すると、ベース１
１と接した移動体７の上側縁部がベース１１から離れ、
移動体７はその重心Ｇの周りに回転運動を行う。この状
態を図４（ｃ）に示す。

【００６３】その後、図４（ｄ）に示したように、移動
体７は磁気吸引力発生装置１２の磁気吸引力によってベ
ース１１に吸着される。その結果、動作後の移動体７の
位置は、初期位置に対して上方に微小ながらＸ４のステ
ップ移動を行うことができる。

【００６４】なお、移動体７を逆方向、つまり下方に移
動させる場合には、空芯コイル８、９の動作タイミング
を前記と逆にすれば良い。

【００６５】以上述べたように本実施形態による微小移
動装置によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得ら
れるばかりでなく、磁気吸引力発生装置１２の磁気吸引
力によって移動体７をベース１１に吸着させることがで
きるので、ベース１１の表面が垂直面、傾斜面、天井面
であっても、移動体７をベース１１上で微小ステップ移
動させることができる。さらに、宇宙機器のような無重
力環境下においても、同様の動作を実現できる。

【００６６】なお、本実施形態においては磁気吸引力発
生装置１２は永久磁石１３を用いる構成としたが、永久
磁石に代えて電磁石でも良く、又は、永久磁石と電磁石
とを併用した構成でも良い。

【００６７】また、本実施形態においては移動体７に磁
気吸引力発生装置１２を設けたが、移動体７ではなくベ
ース１１側に磁気吸引力発生装置を設けることもでき
る。

【００６８】また、本実施形態においても上記第１実施
形態と同様に、空芯コイル８、９に代えて圧電素子又は
磁歪素子を設けて衝撃力発生手段を構成し、圧電素子又
は磁歪素子の急速変形を利用して衝撃力を発生させるよ
うにすることもできる。

【００６９】第３実施形態 次に、本発明の第３実施形態による微小移動装置につい
て、図５を参照して説明する。

【００７０】図５（ａ）、（ｂ）に示したように、本実
施形態による微小移動装置２０は直方体を成す移動体２
６を備えており、この移動体２６の底面は図５（ａ）に
示したように正方形を成している。移動体２６はベース
２７の平らな表面上に載置されている。

【００７１】移動体２６の底面部には電磁反発力を発生
する４つの空芯コイル２１、２２、２３、２４が配設さ
れており、これらは移動体２６の正方形の底面の４隅に
対称に配設されている。これらの空芯コイル２１、２
２、２３、２４は、移動体２６とベース２７との間に、
移動体２６をベース２７から浮かせると共に回転させる
ことができる衝撃力を発生させる衝撃力発生手段を構成
している。

【００７２】なお、空芯コイル２１、２２、２３、２４
には、上述した第１実施形態における空芯コイル８、９
（図１参照）と同じものを用いることができる。

【００７３】また、移動体２６の底面部の中央には、磁
気吸引力発生装置（移動体与圧手段）２５が設けられて
いる。この磁気吸引力発生装置２５は、円筒型電磁石に
より構成されている。

【００７４】なお、本実施形態においては電磁石により
磁気吸引力発生装置２５を構成したが、電磁石に代えて
永久磁石でも良く、又は、電磁石と永久磁石とを併用し
た構成でも良い。

【００７５】また、本実施形態においては、ベース２７
は導電性で電磁石が吸着し得る部材により構成されてお
り、また、その表面は水平面を形成している。なお、ベ
ース２７の表面は、垂直面、傾斜面、天井面であっても
良い。

【００７６】そして、本実施形態による微小移動装置２
０は、ベース２７上での面内並進（ｘ−ｙ軸）の２自由
度移動が可能である。つまり、図５（ａ）においてｘ軸
方向に移動させる場合には、空芯コイル２１、２４を組
に、空芯コイル２２、２３を組にして、上述した第１実
施形態の場合と同様に、図１乃至図３に示した動作方法
に従って電流を印加し、ｘ軸方向に移動させる。

【００７７】同様に、ｙ軸方向に移動させる場合には、
空芯コイル２１、２２を組に、空芯コイル２３、２４を
組にして、電流を印加すれば良い。

【００７８】なお、例えば移動体２６に対して何らかの
引張り力が付与されている場合には、磁気吸引力発生装
置２５による保持力によって移動体２６を所定の位置に
保持することができる。

【００７９】以上述べたように本実施形態による微小移
動装置２０によれば、上記第１及び第２実施形態と同様
の効果が得られるばかりでなく、４つの空芯コイル２
１、２２、２３、２４を移動体２６の底面部の４隅に設
けたので、ベース２７上の面内並進（ｘ−ｙ軸）の２自
由度移動が可能である。

【００８０】なお、本実施形態においては移動体２６に
磁気吸引力発生装置２５を設けたが、移動体２６ではな
くベース２７側に磁気吸引力発生装置を設けることもで
きる。

【００８１】また、本実施形態の一変形例としては、空
芯コイル２１、２２、２３、２４に代えて圧電素子又は
磁歪素子を設けて衝撃力発生手段を構成し、圧電素子又
は磁歪素子の急速変形を利用して衝撃力を発生させるよ
うにすることもできる。

【００８２】第４実施形態 次に、本発明の第４実施形態による微小移動装置３０に
ついて図６を参照して説明する。

【００８３】図６（ａ）、（ｂ）に示したように、本実
施形態による微小移動装置３０は円盤形の移動体３６を
備えている。移動体３６は、ベース３７の平らな表面上
に載置されている。

【００８４】移動体３６の底面部には電磁反発力を発生
する３つの空芯コイル３１、３２、３３が同一円周上に
等角度間隔で配設されている。これらの空芯コイル３
１、３２、３３は、移動体３６とベース３７との間に、
移動体３６をベース３７から浮かせると共に回転させる
ことができる衝撃力を発生させる衝撃力発生手段を構成
している。

【００８５】なお、空芯コイル３１、３２、３３には、
上述した第１実施形態における空芯コイル８、９（図１
参照）と同じものを用いることができる。

【００８６】また、移動体３６の底面部の中央には、磁
気吸引力発生装置（移動体与圧手段）３５が設けられて
いる。この磁気吸引力発生装置３５は、円筒型電磁石に
より構成されている。

【００８７】なお、本実施形態においては電磁石により
磁気吸引力発生装置３５を構成したが、電磁石に代えて
永久磁石でも良く、又は、電磁石と永久磁石とを併用し
た構成でも良い。

【００８８】また、本実施形態においては、ベース３７
は導電性で電磁石が吸着し得る部材により構成されてお
り、また、その表面は水平面を形成している。なお、ベ
ース３７の表面は、垂直面、傾斜面、天井面であっても
良い。

【００８９】そして、本実施形態による微小移動装置３
０は、上述した第３実施形態と同様に、ベース３７上で
の面内並進（ｘ−ｙ軸）の２自由度移動が可能である。
つまり、図６（ａ）においてｙ軸方向に移動させる場合
には、空芯コイル３１と、２つの空芯コイル３２、３３
で一組を成すコイル群とに対して、上述した第１実施形
態の場合と同様に、図１乃至図３に示した動作方法に従
って電流を印加し、ｙ軸方向に移動させる。

【００９０】一方、ｘ軸方向に移動させる場合には、ま
ず初めに、空芯コイル３３と、２つの空芯コイル３１、
３２で一組を成すコイル群とに電流を印加して斜め移動
を行い、次に、空芯コイル３２と、２つの空芯コイル３
１、３３で一組を成すコイル群とに電流を印加して斜め
移動を行う２つの動作モードによってｘ軸方向移動を実
現できる。

【００９１】このようにｘ軸方向への移動には２つの動
作モードが必要となるが、その理由は、３つの空芯コイ
ル３１、３２、３３の配置が、ｘ軸に関して線対称とな
っていないためである。

【００９２】なお、上記第３実施形態の場合と同様に、
例えば移動体３６に対して何らかの引張り力が付与され
ている場合には、磁気吸引力発生装置３５による保持力
によって移動体３６を所定の位置に保持することができ
る。

【００９３】以上述べたように本実施形態による微小移
動装置３０によれば、上記第１及び第２実施形態と同様
の効果が得られるばかりでなく、３つの空芯コイル３
１、３２、３３を移動体３６の底面部に均等配列で設け
たので、ベース３７上の面内並進（ｘ−ｙ軸）の２自由
度移動が可能である。

【００９４】なお、本実施形態においては移動体３６に
磁気吸引力発生装置３５を設けたが、移動体３６ではな
くベース３７側に磁気吸引力発生装置を設けることもで
きる。

【００９５】また、本実施形態の一変形例としては、空
芯コイル３１、３２、３３に代えて圧電素子又は磁歪素
子を設けて衝撃力発生手段を構成し、圧電素子又は磁歪
素子の急速変形を利用して衝撃力を発生させるようにす
ることもできる。

【００９６】第５実施形態 次に、本発明の第５実施形態による微小移動装置につい
て、図７及び図８を参照して説明する。

【００９７】図７（ａ）、（ｂ）に示したように本実施
形態による微小移動装置４０は、上記第４実施形態と同
様に、円盤形の移動体４８を備えており、移動体４８は
ベース４９の平らな表面上に載置されている。

【００９８】移動体４８の底面部の中央には、磁気吸引
力発生装置（移動体与圧手段）４７が設けられている。
この磁気吸引力発生装置４７は円筒型電磁石により構成
されている。

【００９９】なお、本実施形態においては電磁石により
磁気吸引力発生装置４７を構成したが、電磁石に代えて
永久磁石でも良く、又は、電磁石と永久磁石とを併用し
た構成でも良い。

【０１００】そして、本実施形態による微小移動装置４
０は、移動体４８をベース４９から浮かせると共に回転
させることができる衝撃力を発生させる衝撃力発生手段
として、同一円周上に配置された合計６つの空芯コイル
４１、４２、４３、４４、４５、４６を備えており、こ
れらを２つで一組として、上記第４実施形態における各
空芯コイル３１、３２、３３（図６参照）の位置に一組
ずつ配置した構成となっている。

【０１０１】各組を成す一対の空芯コイル４１及び４
２、４３及び４４、４５及び４６は、一方の空芯コイル
４１、４３、４５の発生磁界と他方の空芯コイル４２、
４４、４６の発生磁界による誘導磁界とが相互に影響し
合う程度に近接して設けられている。

【０１０２】なお、空芯コイル４１、４２、４３、４
４、４５、４６には、上述した第１実施形態における空
芯コイル８、９（図１参照）と同じものを用いることが
できる。

【０１０３】また、本実施形態においては、ベース４９
は導電性で電磁石が吸着し得る部材により構成されてお
り、また、その表面は水平面を形成している。なお、ベ
ース４９の表面は、垂直面、傾斜面、天井面であっても
良い。

【０１０４】そして、上記構成よりなる微小移動装置４
０は、ベース４９の面内の並進（ｘ−ｙ軸）と回転（θ
軸）の３自由度移動が可能である。

【０１０５】つまり、各組を成す一対の空芯コイル４１
及び４２、４３及び４４、４５及び４６に対して、各組
ごとに電流を印加すると、図６に示した第４実施形態に
よる微小移動装置３０と等価となる。したがって、上記
第４実施形態における動作方法と同様の方法によってベ
ース４９の面内並進（ｘ−ｙ軸）の２自由度移動が実現
できる。

【０１０６】次に、ベース４９の面内回転（θ軸）の移
動原理について図８を参照して説明する。

【０１０７】図８（ａ）乃至（ｄ）は本実施形態による
微小移動装置４０の回転動作を説明するための図であ
る。この回転動作においては、各組を成す一対の空芯コ
イル４１及び４２、４３及び４４、４５及び４６に対し
て、同一の電流印加の操作となるので、以下では、空芯
コイル４１及び４２を例にとって説明する。

【０１０８】図８（ａ）の状態において、図示しないド
ライバによって空芯コイル４１及び４２に瞬間的な大電
流を同時に印加して電磁反発力Ｆ９及びＦ１０を発生さ
せる。ここで、電磁反発力Ｆ１０の大きさは電磁反発力
Ｆ９に比べて大きくなるようにする。

【０１０９】空芯コイル４１及び４２に電流を印加する
と、ベース４９には空芯コイル４１及び４２と対面する
位置に誘導電流が生じる。この誘導電流は、図８（ｂ）
に示したように誘導磁界Ｕ３及びＵ４を発生させる。

【０１１０】そして、空芯コイル４１の発生磁界Ｕ１と
誘導磁界Ｕ３との間の磁気的な作用によって電磁反発力
Ｆ９が生成され、同様に、空芯コイル４２の発生磁界Ｕ
２と誘導磁界Ｕ４との間の磁気的な作用によって電磁反
発力Ｆ１０が生成される。

【０１１１】ここで、誘導磁界Ｕ３及びＵ４の強さは、
磁気的な抵抗によってそれぞれ対応する発生磁界Ｕ１及
びＵ２に比べて小さい。ゆえに、磁界Ｕ１〜Ｕ４の強さ
はいずれも異なるものである。

【０１１２】その結果、図８（ｂ）に示したように、空
芯コイル４１の発生磁界Ｕ１と誘導磁界Ｕ４との間の磁
気的な作用によって斜め方向に電磁反発力Ｆ１１が発生
し、同様に、空芯コイル４２の発生磁界Ｕ２と誘導磁界
Ｕ３との間の磁気的な作用によって斜め方向に電磁反発
力Ｆ１２が発生する。

【０１１３】これらの電磁反発力Ｆ１１及びＦ１２はベ
ース４９の面内方向に対して互いに逆向きのベクトルを
持った力となるが、それらの力の大きさは異なり、移動
体４８を回転させる一方向の力を得ることができる。

【０１１４】すなわち、図８（ｂ）に示したように、移
動体４８は電磁反発力Ｆ９及びＦ１０によってベース４
９と略垂直方向へ浮上する位置へ移動すると共に、電磁
反発力Ｆ１１及びＦ１２によってベース４９の面内の回
転移動を行う。

【０１１５】その後、図８（ｃ）に示したように、移動
体４８は磁気吸引力発生装置４７の磁気吸引力によって
ベース４９に吸着される。その結果、動作後の移動体４
８は初期位置に対して微小ながらθのステップ回転移動
を行うことができる。

【０１１６】なお、逆回転の移動を行う場合には、空芯
コイル４１及び４２に印加する電流の大小を逆にすれば
良い。

【０１１７】以上述べたように本実施形態による微小移
動装置によれば、上記第１乃至第４実施形態と同様の効
果が得られるばかりでなく、移動体４８の回転移動を行
うこともできる。

【０１１８】なお、本実施形態においては移動体４８に
磁気吸引力発生装置４７を設けたが、移動体４８ではな
くベース４９側に磁気吸引力発生装置を設けることもで
きる。

【０１１９】以上、本発明の第１乃至第５実施形態につ
いて説明したが、本発明による微小移動装置の衝撃力発
生手段を構成する空芯コイル（又は圧電素子、磁歪素
子）の数及び配置、並びに動作方法は、上述した各実施
形態に示したものに限定されるものではない。

【０１２０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
の微小移動装置において不可欠であった慣性体を不要と
し、しかも、摩擦の影響を受けにくい微小移動装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による微小移動装置の概
略構成を示すと共にその動作方法を説明するための縦断
面図。

【図２】本発明の第１実施形態による微小移動装置の概
略構成を示すと共にその第二の動作方法を説明するため
の縦断面図。

【図３】本発明の第１実施形態による微小移動装置の概
略構成を示すと共にその第三の動作方法を説明するため
の縦断面図。

【図４】本発明の第２実施形態による微小移動装置の概
略構成を示すと共にその動作方法を説明するための縦断
面図。

【図５】本発明の第３実施形態による微小移動装置の概
略構成を示した図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’断面図。

【図６】本発明の第４実施形態による微小移動装置の概
略構成を示した図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ’断面図。

【図７】本発明の第５実施形態による微小移動装置の概
略構成を示した図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は
（ａ）のＣ−Ｃ’断面図。

【図８】本発明の第５実施形態による微小移動装置の概
略構成を示すと共にその動作方法を説明するための図で
あり、（ａ）乃至（ｃ）は縦断面図、（ｄ）は底面図。

【図９】従来の微小移動装置の概略構成を示すと共にそ
の動作方法を説明するための図。

【符号の説明】

５、１０、２０、３０、４０ 微小移動装置 ７、２６、３６、４８ 移動体 ８、９、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、
４１、４２、４３、４４、４５、４６ 空芯コイル １２、２５、３５、４７ 磁気吸引力発生装置（移動体
与圧手段） ６、１１、２７、３７、４９ ベース Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ４’、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、
Ｆ８、Ｆ９、Ｆ１０、Ｆ１１、Ｆ１２ 磁気反発力 Ｇ 移動体の重心 Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、θ ステップ移動量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−246812（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−296379（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−369009（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−60582（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−299785（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−244529（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−91753（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 15/00 G05D 3/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベース上に置かれる移動体と、前記移動体
   と前記ベースとの間に衝撃力を発生させる衝撃力発生手
   段と、を備え、前記衝撃力発生手段は、前記移動体を前
   記ベースから浮かせると共にその浮いた状態において移
   動体の重心回りに微少回転させる衝撃力を発生させるこ
   とを特徴とする微小移動装置。
2. 【請求項２】前記衝撃力発生手段は、前記移動体を複数
   の異なる方向へ回転させる複数の衝撃力を個別に発生さ
   せることを特徴とする請求項１記載の微小移動装置。
3. 【請求項３】前記衝撃力発生手段は、前記移動体を互い
   に正反対の方向へ回転させることができる複数の衝撃力
   を個別に発生させることを特徴とする請求項２記載の微
   小移動装置。
4. 【請求項４】前記ベースは導電性部材によって形成さ
   れ、 前記衝撃力発生手段は、前記移動体と前記ベースとの間
   に衝撃的な電磁反発力を発生させる、互いに近接して設
   けられた一対のコイルを有し、前記一対のコイルは、一
   方の前記コイルの発生磁界と他方の前記コイルの発生磁
   界による誘導磁界とが相互に影響し合う程度に近接して
   いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
   一項に記載の微小移動装置。
5. 【請求項５】前記移動体を前記ベースに押し付ける移動
   体与圧手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃
   至請求項４のいずれか一項に記載の微小移動装置。