JP3912240B2 - アクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルおよび磁石を含むアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アクチュエータは、第１部材に対して相対的に第２部材が運動するものであって、この運動により、この第２部材に固定されたサンプル等を移動させることができ、或いは、この第２部材に触れた人の指先等に対して触覚を与えることができる。このようなアクチュエータの駆動機構として種々のものが提案されている。
【０００３】
その中でも、コイルおよび磁石を含むアクチュエータは、磁石の周囲の磁束中に存在するコイルに電流が流れることで該コイルの導線に電磁力が作用する現象を利用したものであって、磁石が固定された第１部材に対して相対的に、コイルが固定された第２部材が運動する。このようなアクチュエータは、特に、第２部材が一定平面上を２次元運動し得る点で注目される。
【０００４】
このようなアクチュエータを用いた装置としては、特許文献１に記載の情報受感装置がある。この装置は、平面型の２次元アクチュエータをマウスに搭載し、パソコンの画面と連動して触覚情報を呈示する装置である。ここで示されているアクチュエータは、基部の上に磁石群を固定し、この上にコイル群を保持したコイルホルダを配置し、このコイルホルダの４辺を外側から弾性部材で支持する構成を有する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３３０６８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようなアクチュエータをマウスなど小型の装置に組み込んで使う場合、マウスが大型化して操作性が悪化することを避けるためには、アクチュエータを小型化して一般的なマウス内部に収容できるようにする必要がある。
【０００７】
一方、マウスに組み込んだアクチュエータを用いて触覚を呈示させる場合、第２部材の推力を向上させることにより、触覚の呈示性能を高めることができる。例えば、磁石面積を大きくしてコイルに与える磁界を強くすることで第２部材の推力を強化することが可能である。しかしながら、磁石面積を大きくするとアクチュエータが大型化するため、好ましくない。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、推力が向上できるとともに、小型化が可能なアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるアクチュエータは、略平板状の第１ヨーク板と、第１ヨーク板と略平行に設けられた略平板状の第２ヨーク板と、第２ヨーク板に対向した第１ヨーク板の面に固定して設けられた複数の磁石と、第１ヨーク板に対向した第２ヨーク板の面に平行に設けられた複数のコイルと、複数のコイルを一体に固定するコイル固定部材と、複数の磁石のうち互いに隣接し磁極の向きが互いに逆である２つの磁石の間の境界に設けられた磁性体とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第１ヨーク板と略平行に設けられた第２ヨーク板を備えることによって、第１ヨーク板に設けられた複数の磁石から延びる磁束は第２ヨーク板へ引き寄せられる。このため、磁束のＺ方向成分（磁石の極の中央付近における磁束の方向成分）に対するＸＹ方向成分（ＸＹ平面に平行な方向成分）の比が小さくなる。このことから、コイルの導線に作用する電磁力の、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、磁束はＸＹ方向に変位する複数のコイルに対して効率よく作用するため、磁束あたりの推力、つまり磁石面積あたりの推力が大きくなる。すなわち、複数のコイルおよびコイル固定部材の推力を向上できるとともに、アクチュエータの小型化が可能になる。また、互いに隣接し磁極の向きが互いに逆である２つの磁石の境界に磁性体が設けられていることにより、磁石の端部付近では、磁束の方向がＺ軸方向とは異なるものの、互いに隣接する２つの磁石の接合部の磁束の多くが磁性体中を流れる。その結果、磁石とコイルとの間の空間において、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さくなり、コイルの導線に作用する電磁力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、第１ヨーク板に対する複数のコイルおよびコイル固定部材のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広くても、複数のコイルおよびコイル固定部材の傾斜が抑制され、また、複数のコイルおよびコイル固定部材と他の部材との間の抵抗が抑制されて、複数のコイルおよびコイル固定部材は安定した変位動作が可能となる。
【００１１】
また、コイルの導線に作用する電磁力の、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなることによって、複数のコイルおよびコイル固定部材の傾斜が抑制され、また、複数のコイルおよびコイル固定部材と他の部材との間の抵抗が抑制されて、複数のコイルおよびコイル固定部材は安定した変位動作が可能となる。
【００１２】
また、第１ヨーク板及び第２ヨーク板を備えることにより、複数の磁石から延びる磁束はヨーク板が存在する方向へ引き寄せられ、またはヨーク板内部を通過するため、アクチュエータ外部へ漏れる磁束を抑えることができる。
【００１３】
また、アクチュエータは、複数の磁石と複数のコイルとの間の間隔ｄ1が、第２ヨーク板と複数のコイルとの間の間隔ｄ2より広いことを特徴としてもよい。間隔ｄ1と間隔ｄ2との間に「ｄ1＞ｄ2」なる関係が存在することにより、磁石の端部付近では、磁束の方向がＺ軸方向とは異なるものの、該磁石から離れた何れかのコイルの導線の位置では、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さい。このことから、コイルの導線に作用する電磁力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、第１ヨーク板に対する複数のコイルおよびコイル固定部材のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広くても、複数のコイルおよびコイル固定部材の傾斜が抑制され、また、複数のコイルおよびコイル固定部材と他の部材との間の抵抗が抑制されて、複数のコイルおよびコイル固定部材は安定した変位動作が可能となる。
【００１４】
また、アクチュエータは、複数の磁石と複数のコイルとの間の間隔ｄ1が、第２ヨーク板と複数のコイルとの間の間隔ｄ2と同じか、より狭いことを特徴としてもよい。複数のコイル及びコイル固定部材と磁石との間隔が狭いほど、複数のコイル付近の磁束密度が増す。よって、間隔ｄ1と間隔ｄ2との間に「ｄ1≦ｄ2」なる関係が存在することにより、複数のコイル及びコイル固定部材の推力をさらに向上できる。
【００１６】
また、アクチュエータは、第１ヨーク板及び第２ヨーク板の双方またはいずれか一方に開口部が設けられ、コイル固定部材のうち開口部に対向する部分に開口部を貫通するように設けられ、開口部の内形寸法よりも小さい外形寸法を有する柱状部をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲が規定されるため、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を規定するための部材を別に設ける必要がなくなり、アクチュエータを小型化できる。
【００１７】
また、アクチュエータは、開口部が、第２ヨーク板に設けられたことを特徴としてもよい。これによって、第１ヨーク板には開口部を設けずに済み、第１ヨーク板に設けられる磁石の大きさを維持できるので、開口部を設けても複数のコイル及びコイル固定部材の推力へ影響しない。
【００１８】
また、アクチュエータは、開口部の柱状部と接触する部分、または柱状部の開口部と接触する部分が、緩衝部材からなることを特徴としてもよい。これによって、開口部と柱状部とが接触する際の衝撃を緩和できる。
【００１９】
また、アクチュエータは、コイル固定部材の、第１ヨーク板及び第２ヨーク板の双方またはいずれか一方の側に設けられた柱状部と、柱状部の外形寸法よりも大きな外形寸法を有し、柱状部の周囲を囲うように設けられた周囲部材とをさらに備えることを特徴としてもよい。この周囲部材によって、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲が規定されるため、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を規定する部材を別に設ける必要がなくなり、アクチュエータを小型化できる。
【００２０】
また、アクチュエータは、第１ヨーク板及び第２ヨーク板の双方またはいずれか一方に開口部が設けられ、周囲部材が、開口部に設けられることを特徴としてもよい。これによって、周囲部材が柱状部の周囲を好適に囲うことができるので、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を規定し、アクチュエータを小型化できる。
【００２１】
また、アクチュエータは、周囲部材の柱状部と接触する部分、または柱状部の周囲部材と接触する部分が、緩衝部材からなることを特徴としてもよい。これによって、周囲部材と柱状部とが接触する際の衝撃を緩和できる。
【００２２】
また、アクチュエータは、第１ヨーク板と第２ヨーク板との間に固定して設けられ、コイル固定部材の可動範囲を制限する規定部材をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲が規定されるため、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を規定する部材を別に設ける必要がなくなり、アクチュエータを小型化できる。
【００２３】
また、アクチュエータは、規定部材のうちコイル固定部材と接触する部分、またはコイル固定部材のうち規定部材と接触する部分が、緩衝部材からなることを特徴としてもよい。これによって、規定部材とコイル固定部材とが接触する際の衝撃を緩和できる。
【００２４】
また、アクチュエータは、第１ヨーク板及び第２ヨーク板の双方またはいずれか一方に開口部が設けられ、コイル固定部材のうち開口部に対向する部分に開口部を貫通するように設けられ、開口部の内形寸法よりも小さい外形寸法を有する柱状部と、開口部の、コイル固定部材側とは反対側に位置するように柱状部に固定された触覚呈示部材とをさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、触覚呈示部材に触れる指先等に対して触覚情報を呈示できる。
【００２５】
また、アクチュエータは、コイル固定部材と、第１ヨーク板または第２ヨーク板との相対位置を検出する位置検出手段をさらに備えることを特徴としてもよい。アクチュエータがこのような位置検出手段を備えることによって、コイル固定部材のヨーク板に対する相対位置を検出することができる。そして、検出した相対位置に基づいて、コイルに流す電流を制御することによりコイル固定部材の動きを制御することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２７】
（第１実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第１実施形態について説明する。図１〜図６それぞれは、第１実施形態に係るアクチュエータ１の構成を示す図である。図１は、アクチュエータ１の全体の斜視図である。図２は、図１に示すアクチュエータ１のＩ−Ｉ断面を示す側面断面図である。図３は、アクチュエータ１から触覚呈示部材７０が除かれたものの斜視図である。図４は、アクチュエータ１から触覚呈示部材７０及び第２ヨーク板２０が除かれたものの斜視図である。図５は、コイル４１〜４４と磁石３１〜３４との位置関係を示す平面図である。図６は、アクチュエータ１の側面図である。
【００２８】
図１及び図２に示されるように、このアクチュエータ１は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備えている。第１ヨーク板１及び第２ヨーク板２０は、磁性体からなる。第１ヨーク板１０の形状は、略正方形の平板状である。第２ヨーク板２０は、略正方形の平板の４隅を斜めに切り欠いた形状である。第２ヨーク板２０の４隅を切り欠いているのは、取り付け時の干渉を防ぐ為である。第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０は、互いに略平行な位置に設けられており、４本のスタッド５１〜５４によって互いの四隅を固定されている。また、図３に示されるように、第２ヨーク板２０は略中央部分に矩形の開口部２０ａを有する。開口部２０ａの内壁には、衝撃を緩和する材料からなる緩衝部材２１が設けられている。
【００２９】
また、アクチュエータ１は、触覚呈示部材７０及びコイル固定部材７１を備える。コイル固定部材７１は第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０との間に、これらのヨーク板と平行に動作することが可能なように設けられる。コイル固定部材７１は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０と略平行であって互いに直交する２方向に延びる板状部分を有している。また、コイル固定部材７１は、板状部分の略中央から第２ヨーク板２０の開口部２０ａを貫通するように角柱状に突き出た柱状部７１ａを有する。触覚呈示部材７０は柱状部７１ａの先端に固定され、第２ヨーク板２０の２平面のうち、第１ヨーク板と対向する面とは反対側の面に、コイル固定部材７１とともに動作可能に設けられる。触覚呈示部材７０の形状は、中央付近が厚い円盤状である。
【００３０】
また、図４に示されるように、このアクチュエータ１は、４つのコイル４１〜４４を備えている。コイル４１〜４４は、第２ヨーク板２０の第１ヨーク板１０と対向する面に略平行になるよう、コイル固定部材７１のコイルホルダ部７１ｂに一体に固定される。図２を参照すると、コイルホルダ部７１ｂはコイル固定部材７１の板状部分の両端から第１ヨーク板１０に向かって伸び、コイル４１〜４４の中空部分を貫通するように設けられてコイル４１〜４４を固定している。第１ヨーク板１０を第１部材とすれば、コイル４１〜４４及びコイル固定部材７１は第１部材に対して相対的に変位可能な第２部材として機能する。
【００３１】
また、図４を参照すると、アクチュエータ１はさらに４つの磁石３１〜３４を備えている。４つの磁石３１〜３４それぞれは、第１ヨーク板１０の２平面のうち第２ヨーク板２０に対向する面に固定して設けられている。
【００３２】
図５に、４つの磁石３１〜３４および４つのコイル４１〜４４それぞれの相対的位置関係が示されている。この図中に示されているように、第１ヨーク板１０の中心位置を原点とするＸＹＺ直交座標系を想定する。Ｘ軸およびＹ軸それぞれは、第１ヨーク板１０の外枠の各辺に平行である。
【００３３】
４つの磁石３１〜３４それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する第１ヨーク板１０の面上であって、スタッド５１〜５４が設置される領域を除く領域に固定されている。４つの磁石３１〜３４それぞれは、互いに同形の平板状のものであって、Ｚ軸の周囲に対称性を有するように、第１ヨーク板１０に配置されている。
【００３４】
磁石３１は、Ｘ座標値が正であってＹ座標値も正である領域に、その磁束の一部がコイル４１およびコイル４２の双方を貫くように設けられている。磁石３２は、Ｘ座標値が負であってＹ座標値が正である領域に、その磁束の一部がコイル４２およびコイル４３の双方を貫くように設けられている。磁石３３は、Ｘ座標値が負であってＹ座標値も負である領域に、その磁束の一部がコイル４３およびコイル４４の双方を貫くように設けられている。また、磁石３４は、Ｘ座標値が正であってＹ座標値が負である領域に、その磁束の一部がコイル４４およびコイル４１の双方を貫くように設けられている。これらのうち、磁石３１および磁石３３それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する側がＳ極となるように配置され、磁石３２および磁石３４それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する側がＮ極となるように配置されている。
【００３５】
４つのコイル４１〜４４それぞれは、互いに同形であって、第２ヨーク板２０からの距離が互いに等しくなるように、また、Ｚ軸の周囲に対称性を有するように、コイル固定部材７１に固定されて配置されている。コイル４１はＸ座標値が正の領域にＸ軸をまたいで設けられている。コイル４２はＹ座標値が正の領域にＹ軸をまたいで設けられている。コイル４３はＸ座標値が負の領域にＸ軸をまたいで設けられている。また、コイル４４はＹ座標値が負の領域にＹ軸をまたいで設けられている。コイル４１とコイル４３とは、原点付近を通る導線によって電流の方向が逆になるように互いに結線されている。また、コイル４２とコイル４４とは、原点付近を通る導線によって電流の方向が逆になるように互いに結線されている。
【００３６】
磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の相対的な位置関係について換言すれば以下のとおりである。コイル４１は、磁石３４および磁石３１それぞれが作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４２は、磁石３１および磁石３２それぞれが作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４３は、磁石３２および磁石３３それぞれが作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。また、コイル４４は、磁石３３および磁石３４それぞれが作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。
【００３７】
コイル４１〜４４それぞれの導線として、銅線を用いてもよいし、また、軽量化のために、銅メッキされたアルミニウム線を用いるのも好適である。磁石３１〜３４それぞれは、保磁力および残留磁束密度が大きいものが好ましく、例えばネオジ磁石が好適である。
【００３８】
コイル４１〜４４それぞれに流れる電流の大きさ及び方向に応じて、磁石３１〜３４それぞれが作る磁界とコイル４１〜４４それぞれの導線との間で、フレミングの左手の法則に応じた電磁力が生じる。これに因り、コイル４１〜４４それぞれに推力が生じる。そして、磁石３１〜３４が固定された第１ヨーク板１０に対し、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が移動する。そして、このコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が移動することにより、柱状部７１ａに固定された触覚呈示部材７０に触れている操作者の指などに触覚が呈示される。
【００３９】
図６にアクチュエータ１の側面図が示されている。この図は、アクチュエータ１をＹ軸方向に見たときのものである。この図に示されるように、第１ヨーク板１０の４隅に設けられているスタッド５１〜５４は、各々の一端が第１ヨーク板１０に、他端が第２ヨーク板２０に固定され、第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０とを固定するものである。本実施形態のアクチュエータ１は、磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ1が、第２ヨーク板２０とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ2より広くなるように構成されている。
【００４０】
本実施形態によるアクチュエータ１は、以下の効果を有する。すなわち、磁性体からなる第２ヨーク板２０を第１ヨーク板１０と略平行に備えることによって、第１ヨーク板１０に設けられた複数の磁石３１〜３４から延びる磁束は第２ヨーク板２０の方向、すなわちＺ方向へ引き寄せられる。このため、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さくなる。このことから、コイル４１〜４４の導線に作用する電磁力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。
【００４１】
図７（ａ）は、従来のアクチュエータの内部に生じる磁束を説明するための模式図である。また、図７（ｂ）は、アクチュエータ１の内部に生じる磁束を説明するための模式図である。
【００４２】
図７（ａ）を参照すると、従来のアクチュエータは基部１０１及び基部２０１を備えており、基部１０１の面上に磁石３３及び３４が固定されている。また、磁石３３は上面がＳ極、磁石３４は上面がＮ極となるように設けられている。磁石３３の上面から放射された磁力線（図中、点線で示す）は、磁石３３の下面へ回り込むものや、磁石３４の上面へ放物線状に引き寄せられるもの等があり、磁石３３及び３４の上面に対して略垂直とはならない。これにより、コイル４４に生じる推力ＦにはＸ方向成分ＦXに対し、Ｚ方向成分ＦZが相対的に大きくなる。推力Ｆが一定とすれば、Ｚ方向成分ＦZが大きいとＸ方向成分ＦXの絶対値が小さくなる。すなわち、コイル４４をＸ方向へ移動させる推力が小さくなる。
【００４３】
これに対し、図７（ｂ）を参照すると、磁石３３から放射された磁力線は磁石３３の上面に対して略垂直に進み、第２ヨーク板２０の内部を通過し、磁石３４へ磁石３４の上面に対して略垂直に引き寄せられる。これにより、コイル４４に生じる推力ＦはＸ方向成分ＦXが支配的となり、Ｘ方向成分ＦXに対するＺ方向成分ＦZ（図示せず）の比が小さくなる。なお、Ｙ方向についてもＸ方向と同様に説明できる。
【００４４】
このように、アクチュエータ１が磁性体からなる第２ヨーク板２０を第１ヨーク板１０と略平行に備えることによって、磁束はＸＹ方向に変位する複数のコイル４１〜４４に対して効率よく作用するため、磁束あたりのＸＹ方向への推力、すなわち磁石面積あたりのＸＹ方向への推力が大きくなる。よって、磁石面積を大きくすることなく推力を強化することが可能となり、複数のコイルおよびコイル固定部材の推力を向上できる。発明者の解析によれば、アクチュエータが第２ヨーク板２０を備えることにより、第２ヨーク板２０を備えない場合に比べて約１．７倍の推力向上が達成できる。また、アクチュエータが充分な推力を有している場合には、磁石を小さくすることでアクチュエータの小型化が可能となる。
【００４５】
また、引用文献１に示される情報受感装置に用いられるような従来のアクチュエータでは、コイルの導線に作用する電磁力の方向は、磁石が形成する磁束の方向に依存する。すなわち、磁石の極の中央付近で磁束の方向が一定方向（Ｚ軸方向とする。）に平行であれば、そこに存在するコイルの導線に作用する電磁力は、Ｚ軸方向に垂直なＸＹ平面に平行な方向の成分のみを含む。一方、磁石の端部付近では磁束の方向がＺ軸方向とは異なるので、そこに存在するコイルの導線に作用する電磁力は、ＸＹ平面に平行な方向の成分を含むだけでなく、Ｚ軸方向の成分をも含む。
【００４６】
このことから、従来のアクチュエータでは、第１部材に対して相対的に第２部材が一定平面（ＸＹ平面）上を２次元運動し得るとはいっても、磁石の端部付近にコイルの導線が存在するときには、Ｚ方向成分を含む電磁力の作用により第２部材がＺ軸方向にも運動する場合がある。その結果、アクチュエータは、第２部材が傾いたり、第２部材が他の部材と接触して抵抗が生じたりして、意図した本来の動作を安定して行い得ない場合がある。磁石の端部の近くにコイルの導線が位置するまでに第２部材が大きく変位するような場合に、このような問題は大きい。
【００４７】
このような問題を抱える従来のアクチュエータに対し、本実施形態によるアクチュエータ１によれば、コイル４１〜４４の導線に作用する電磁力の、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。電磁力のＺ方向成分はコイル４１〜４４が第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０に対して傾斜するよう導線に作用するので、電磁力のＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなることによって、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制される。そして、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制されることにより、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と、例えば磁石３１〜３４や第２ヨーク板２０などの他の部材との間の摩擦抵抗が抑制される。よって、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。この効果は、第１ヨーク板１０に対するコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広いときに顕著である。
【００４８】
また、アクチュエータを組み込んだマウスはパソコンのインターフェースとして使用されるため、ＩＤカードなどのような磁気カードや、フレキシブルディスクなどのような磁気記録メディアに接近する機会が多くなる。このため、アクチュエータの磁石から漏れる磁束が磁気カードや磁気記録メディア内部のデータを破壊しないように、アクチュエータからの磁束の漏れを極力抑える必要がある。
【００４９】
本実施形態によるアクチュエータ１は、磁性体からなる第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備え、磁石３１〜３４をこれらの間に配置している。これにより、複数の磁石３１〜３４から延びる磁束は第１ヨーク板１０または第２ヨーク板２０の方向へ引き寄せられ、または第１ヨーク板１０、第２ヨーク板２０の内部を通過するため（図７（ｂ）参照）、アクチュエータ１の外部への磁束漏れを抑えることができる。発明者の解析によれば、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備えることにより、これらのヨーク板を備えない場合に比べて磁束の漏れを最大約９０％低減できる。
【００５０】
また、本実施形態に係るアクチュエータ１において、間隔ｄ1と間隔ｄ2との間に「ｄ1＞ｄ2」なる関係が存在する。コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１を安定に変位動作させる必要があるときには、アクチュエータにおいてこのような関係が成り立つことが好ましい。これにより、磁石３１〜３４の何れかの磁石の端部付近では、磁束の方向がＺ軸方向とは異なるものの、該磁石から離れたコイル４１〜４４の何れかのコイルの導線の位置では、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さい。このことから、コイル４１〜４４それぞれの導線に作用する電磁力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制される。この効果は、第１ヨーク板１０に対するコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広い場合には特に顕著である。そして、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と他の部材との間の抵抗が抑制されて、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。
【００５１】
これに対し、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の推力をさらに向上させる必要があるときには、間隔ｄ1と間隔ｄ2との間に「ｄ1≦ｄ2」なる関係が存在することが好ましい。コイル４１〜４４が磁石３１〜３４に近づくほどコイル４１〜４４付近の磁束密度が増す。特に、磁石３１〜３４の端部付近においては顕著である。このため、間隔ｄ1と間隔ｄ2との間に「ｄ1≦ｄ2」なる関係が存在することにより、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の推力をさらに向上できる。
【００５２】
また、本実施形態によるアクチュエータ１においては、第２ヨーク板２０の中央部分に開口部２０ａが設けられている。そして、コイル固定部材７１の柱状部７１ａがこの開口部２０ａを貫通するように設けられている。アクチュエータはこのような構造を備えることが好ましく、これによって、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲が規定されるため、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を規定する部材、例えば特許文献１に記載されている、コイル固定部材７１を外側から支持する弾性部材を別に設ける必要がなくなり、アクチュエータを小型化できる。このとき、アクチュエータの最大外形の大きさは複数のコイルの大きさに可動範囲を加えた大きさとなる。
【００５３】
図８は、第２ヨーク板２０に設けられた開口部２０ａを示す模式的な平面図である。この図において、コイル固定部材７１の柱状部７１ａが第２ヨーク板２０の開口部２０ａの略中央に示されている。ここで、柱状部７１ａのＸＹ方向の幅をＷとすると、この柱状部７１ａがＸ軸の正方向および負方向にＡだけ移動するように可動範囲を規定する場合、開口部２０ａのＸ方向の幅はＷ＋２Ａとなる。また、Ｙ方向についても同様である。
【００５４】
また、本実施形態においては開口部２０ａを第２ヨーク板２０に設けている。これによって、第１ヨーク板１０には開口部を設けずに済むため、磁石３１〜３４の大きさを維持できる。すなわち、開口部２０ａを設けることが、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の推力に影響しない。
【００５５】
また、本実施形態によるアクチュエータ１のように、開口部２０ａには緩衝部材２１を設けるとよい。これによって、柱状部７１ａと開口部２０ａとが接触する時の衝撃、すなわち不快な衝撃音や余計な衝撃感を緩和できる。なお、柱状部７１ａ自体が緩衝部材からなっても、同様の効果が得られる。
【００５６】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るアクチュエータの第２実施形態について説明する。図９および図１０それぞれは、第２実施形態に係るアクチュエータ２の構成図である。図９は、アクチュエータ２の一部分の斜視図である。図１０は、アクチュエータ２の側面図である。この第２実施形態に係るアクチュエータ２の概略の構成は、既述した第１実施形態に係るアクチュエータ１と同様に、第１ヨーク板１０、第２ヨーク板２０、４つの磁石３１〜３４、４つのコイル４１〜４４、コイル固定部材７１および４つのスタッド５１〜５４を備えている。これらの形状は、第１実施形態の場合と同様である。
【００５７】
図９には、アクチュエータ２から第２ヨーク板２０、４つのコイル４１〜４４および４つのスタッド５１〜５４が除かれて、アクチュエータ２を構成する第１ヨーク板１０、４つの磁石３１〜３４および４つの磁性体６１〜６４が斜視図で示されている。この図に示されるように、第２実施形態に係るアクチュエータ２は、第１実施形態のものと比較すると、４つの磁性体６１〜６４が更に設けられている点で相違する。本実施形態でも同様にＸＹＺ直交座標系を想定する。
【００５８】
磁性体６１〜６４それぞれは、互いに同形であって、断面形状が半円形の棒状のものである。磁性体６１は、互いに隣接する磁石３４と磁石３１との境界に沿って、曲面が第２ヨーク板２０に対向するように、磁石３４および磁石３１それぞれの面に固定されて設けられている。磁性体６２は、互いに隣接する磁石３１と磁石３２との境界に沿って、曲面が第２ヨーク板２０に対向するように、磁石３１および磁石３２それぞれの面に固定されて設けられている。磁性体６３は、互いに隣接する磁石３２と磁石３３との境界に沿って、曲面が第２ヨーク板２０に対向するように、磁石３２および磁石３３それぞれの面に固定されて設けられている。また、磁性体６４は、互いに隣接する磁石３３と磁石３４との境界に沿って、曲面が第２ヨーク板２０に対向するように、磁石３３および磁石３４それぞれの面に固定されて設けられている。
【００５９】
図１０にアクチュエータ２の側面図が示されている。この図は、アクチュエータ２をＹ軸方向に見たときのものである。この図に示されるように、磁性体６１〜６４それぞれは、断面形状が半円形の棒状のものであって、平坦面が磁石３１〜３４の何れかに接しており、曲面が第２ヨーク板２０に対向している。磁性体６１〜６４それぞれの第２ヨーク板２０に対向する面の形状は、図示のとおり、角が存在せず、滑らかであるのが好適であり、このようにすることで、角からの磁束漏れの集中を抑えることができる。
【００６０】
本実施形態に係るアクチュエータ２において、４つの磁石３１〜３４のうち互いに隣接する２つの磁石の境界に磁性体６１〜６４の何れかが設けられていることにより、磁石３１〜３４の何れかの磁石の端部付近では、磁束の方向がＺ軸方向とは異なるものの、互いに隣接する２つの磁石の間の磁束の多くが磁性体中を流れる。その結果、磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の空間において、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さくなり、コイル４１〜４４それぞれの導線に作用する電磁力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制される。そして、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と他の部材との間の摩擦抵抗が抑制されて、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。この効果は、第１ヨーク板１０に対するコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広い場合に特に顕著となる。
【００６１】
（第３実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第３実施形態について説明する。図１１〜図１３それぞれは、第３実施形態に係るアクチュエータ３の構成を示す図である。アクチュエータ３は、図１に示したアクチュエータ１と同様の外観を有する。図１１は、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置でのアクチュエータ３の断面を示す側面断面図である。図１２は、アクチュエータ３から触覚呈示部材７０が除かれたものの斜視図である。図１３は、コイル４５〜４８と磁石３５〜３８との位置関係を示す平面図である。
【００６２】
図１１及び図１２に示されるように、このアクチュエータ１は、第１ヨーク板１１及び第２ヨーク板２０を備えている。第１ヨーク板１１の形状は、略正方形の平板状であり、中央部分に略矩形状の開口部１１ａを有する。第２ヨーク板２０の形状、及び第２ヨーク板２０と第１ヨーク板１１との位置関係は、第１実施形態に示したものと同様である。
【００６３】
本実施形態では、図１２に示されるように、第２ヨーク板２０の開口部２０ａには周囲部材７５が設けられている。周囲部材７５の形状は略正方形の枠状であり、枠の内側の領域が開口部２０ａと重なるように第２ヨーク板２０上に設けられている。周囲部材７５は、外形寸法がコイル固定部材７１の柱状部７１ａの外形寸法よりも大きく形成されており、柱状部７１ａの周囲を囲うように設けられている。また、周囲部材７５は、内形寸法が第２ヨーク板２０の開口部２０ａの寸法よりも小さく形成されているとともに、外形寸法が開口部２０ａの寸法よりも大きく形成されている。周囲部材７５の内壁の全面には、衝撃を緩和する材料からなる緩衝部材７６が設けられている。
【００６４】
また、アクチュエータ３は、コイル固定部材７１をさらに備える。コイル固定部材７１の構成は、第１実施形態のコイル固定部材７１の構成と同様である。
【００６５】
また、アクチュエータ３は、４つのコイル４５〜４８を備えている。図１１を参照すると、コイル４５〜４８は、第２ヨーク板２０の第１ヨーク板１１と対向する面に略平行になるよう、コイル固定部材７１のコイルホルダ部７１ｂに一体に固定される。また、アクチュエータ３はさらに４つの磁石３５〜３８を備えている。４つの磁石３５〜３８それぞれは、第１ヨーク板１１の２平面のうち第２ヨーク板２０に対向する面に固定して設けられている。
【００６６】
また、アクチュエータ３は、基板７３、２次元受光素子７４、及び発光素子７２を備えている。発光素子７２は、コイル固定部材７１に設けられた柱状部７１ａの、触覚呈示部材７０が固定されている端とは反対側の端に、Ｚ軸の負方向へ向かって光を出射するように設けられている。そして、発光素子７２から出射された光は第１ヨーク板１１の開口部１１ａを通過する。
【００６７】
２次元受光素子７４は、その受光面に入射する光の入射位置を特定するための素子である。２次元受光素子７４としては、例えば２次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）や２次元フォトダイオードアレイ等を用いるとよい。２次元受光素子７４は、発光素子７２から出射されて開口部１１ａを通過した光を受ける位置に設けられる。２次元受光素子７４の受光面の形状は、例えば図１３に示すような略正方形である。基板７３は、第１ヨーク板１１の磁石３５〜３８が固定されている面とは反対側の面に対向して、第１ヨーク板１１と略平行に設けられている。開口部１１ａに対向する基板７３の面上には、２次元受光素子７４が固定されている。
【００６８】
発光素子７２及び２次元受光素子７４は、コイル固定部材７１と第１ヨーク板１１との相対位置を検出する位置検出手段として機能する。すなわち、コイル４５〜４８及びコイル固定部材７１の位置が変化すると、コイル固定部材７１に設けられた発光素子７２から出射される光が照射する位置も変化する。そして、光が照射する位置の変化を２次元受光素子７４において検出することによって、コイル４５〜４８及びコイル固定部材７１の位置変化を検出する。なお、受光素子７２と受光素子７４との間にレンズ等の光学部品を備えても良い。
【００６９】
図１３に、４つの磁石３５〜３８および４つのコイル４５〜４８それぞれの相対的位置関係が示されている。４つの磁石３１〜３４それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する第１ヨーク板１１の面上であって、スタッド５１〜５４が設置される領域、及び開口部１１ａを除く領域に固定されている。４つの磁石３５〜３８それぞれは、互いに同形の平板状のものであって、Ｚ軸の周囲に対称性を有するように、第１ヨーク板１１に配置されている。
【００７０】
４つのコイル４５〜４８それぞれは、互いに同形であって、第２ヨーク板２０からの距離が互いに等しくなるように、また、Ｚ軸の周囲に対称性を有するように、コイル固定部材７１に固定されて配置されている。コイル４５〜４８は、それぞれのコイルが原点付近において結線されていない構成が第１実施形態と異なる。コイル４５〜４８と磁石３５〜３８との位置関係は第１実施形態と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００７１】
コイル４５〜４８それぞれは、互いに独立に電流を流すことができる。そして、コイル４５〜４８それぞれに流れる電流の大きさ及び方向に応じて、磁石３５〜３８それぞれが作る磁界とコイル４５〜４８それぞれの導線との間で、フレミングの左手の法則に応じた電磁力が生じる。これにより、第１ヨーク板１１に対し、コイル４５〜４８およびコイル固定部材７１が移動する。そして、柱状部７１ａに固定された触覚呈示部材７０に触れている操作者の指などに触覚情報が呈示される。本実施形態では第１実施形態と異なり、コイル４５〜４８それぞれに互いに独立して電流を流すことができるため、回転運動など複雑な動きを呈示することも可能である。
【００７２】
本実施形態によるアクチュエータ３は、以下の効果を有する。すなわち、磁性体からなる第２ヨーク板２０を第１ヨーク板１１と略平行に備えることによって、磁石面積を大きくすることなく推力を強化することが可能となり、複数のコイルおよびコイル固定部材の推力を向上できるとともに、アクチュエータの小型化が可能になる。また、複数のコイル４５〜４８およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制されるので、複数のコイル４５〜４８およびコイル固定部材７１と、例えば磁石３５〜３８や第２ヨーク板２０などの他の部材との間の摩擦抵抗が抑制され、複数のコイル４５〜４８およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。
【００７３】
また、本実施形態によるアクチュエータ３は、磁性体からなる第１ヨーク板１１及び第２ヨーク板２０を備え、磁石３５〜３８をこれらの間に配置することにより、アクチュエータ３の外部への磁束の漏れを抑えることができる。
【００７４】
また、アクチュエータ３は、柱状部７１ａの周囲を囲うように設けられた周囲部材７５を備える。アクチュエータはこのような周囲部材を備えることが好ましく、これによって、複数のコイル４５〜４８及びコイル固定部材７１の可動範囲が規定されるので、第１実施形態における開口部２０ａと同様にアクチュエータを小型化できる。また、周囲部材７５を開口部２０ａに設けることによって、周囲部材７５が柱状部７１ａを好適に囲むことができ、複数のコイル４５〜４８及びコイル固定部材７１の可動範囲を規定してアクチュエータを小型化できる。
【００７５】
また、本実施形態によるアクチュエータ３のように、周囲部材７５の内壁、すなわち柱状部７１ａと接触する部分には、緩衝部材７６を設けるとよい。これによって、接触時の衝撃を緩和できる。なお、周囲部材７５自体が緩衝部材からなっても、同様の効果が得られる。
【００７６】
また、アクチュエータ３は、コイル固定部材７１と、第１ヨーク板１１または第２ヨーク板２０との相対位置を検出する位置検出手段を備えるとよい。本実施形態においては、位置検出手段は発光素子７２及び２次元受光素子７４からなる。このような位置検出手段によってコイル固定部材７１のヨーク板に対する相対位置を検出できる。そして、検出された相対位置に基づいてコイル４５〜４８に流す電流を制御することによって、コイル固定部材７１の動き、すなわち触覚呈示部材７０の動きを制御できる。
【００７７】
（第４実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第４実施形態について説明する。第４実施形態によるアクチュエータ４は、図１に示したアクチュエータ１と同様の外観を有する。図１４は、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置でのアクチュエータ４の断面を示す側面断面図である。
【００７８】
図１４を参照すると、アクチュエータ４は、磁性体からなる第１ヨーク板１１及び第２ヨーク板２０を備える。第１ヨーク板１１及び第２ヨーク板２０の相互の位置関係は第１実施形態における位置関係と同様である。本実施形態では、第１ヨーク板１１は中央部分に矩形の開口部１１ａを有し、第２ヨーク板２０は開口部を有しない点で第１実施形態と異なっている。
【００７９】
アクチュエータ４は、４つのコイル４１〜４４及び４つの磁石３５ａ〜３８ａを備えている。これらの構成、及び相互の位置関係は第１実施形態と同様なので、詳細な説明を省略する。また、アクチュエータ４は、コイル固定部材７１を備えている。コイル固定部材７１は、コイル４１〜４４を固定するコイルホルダ部７１ｂを有する。コイルホルダ部７１ｂはコイル固定部材７１の端部から第２ヨーク板２０に向かって伸び、コイル４１〜４４の中空部分を貫通するように設けられてコイル４１〜４４を固定している。また、コイル固定部材７１は、コイル固定部材７１の中央部分から第１ヨーク板１１の開口部１１ａを貫通するように角柱状に突き出た柱状部７１ａを有する。そして、触覚呈示部材７０が、柱状部７１ａの先端に固定されている。
【００８０】
本実施形態によるアクチュエータ４は、以下の効果を有する。すなわち、アクチュエータ４が磁性体からなる第１ヨーク板１１を第２ヨーク板２０と略平行に備えることによって、磁石面積を大きくすることなく推力を強化することが可能となり、複数のコイルおよびコイル固定部材の推力を向上できるとともに、アクチュエータの小型化が可能になる。また、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制されるので、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と、例えば磁石３５ａ〜３８ａや第２ヨーク板２０などの他の部材との間の摩擦抵抗が抑制され、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。
【００８１】
また、本実施形態においては、触覚呈示部材７０が設けられる側を上と定義すれば、２つのヨーク板のうち上側にあるヨーク板に磁石が設けられている。換言すれば、磁石３４ａ〜３７ａが設けられる第１ヨーク板１１は第２ヨーク板２０に対して上側に位置している。そして、第１ヨーク板１１に開口部１１ａが設けられ、柱状部７１ａが開口部１１ａを貫通している。アクチュエータはこのように第１ヨーク板に開口部を備えても良い。特に、アクチュエータの下側に電子部品等、磁気により悪影響を生じる部品を設けるときには、このように上側のヨーク板に磁石を設けることによって、アクチュエータの下側から磁束が漏れず、電子部品などへの悪影響を抑えることができる。
【００８２】
（第５実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第５実施形態について説明する。図１５及び図１６は、第５実施形態に係るアクチュエータ５の構成を示す図である。アクチュエータ５は、図１に示したアクチュエータ１と同様の外観を有する。図１５は、アクチュエータ５から触覚呈示部材７０及び第１ヨーク板２０を除いた斜視図である。また、図１６は、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置でのアクチュエータ５の断面を示す側面断面図である。
【００８３】
図１５及び図１６を参照すると、アクチュエータ５は、第１ヨーク板１１、第２ヨーク板２０、４つの磁石３１〜３４、４つのコイル４１〜４４、スタッド５１〜５４、緩衝部材５５〜５８、触覚呈示部材７０、及びコイル固定部材７１を備える。これらのうち、第１ヨーク板１１、第２ヨーク板２０、４つの磁石３１〜３４、４つのコイル４１〜４４、及び触覚呈示部材７０の構成は第１実施形態における構成と同様なので詳細な説明を省略する。
【００８４】
本実施形態では、コイル固定部材７１の形状が他の実施形態と異なっている。すなわち、コイル固定部材７１は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０と略平行であり、略正方形の板の４隅を方形に切り落とした形状の規定部７１ｃを有している。規定部７１ｃの、方形に切り落とした形状の４隅には接触面７１ｄが形成されている。また、コイル固定部材７１は、規定部７１ｃの略中央から第２ヨーク板２０の開口部２０ａを貫通するように角柱状に突き出た柱状部７１ａを有する。触覚呈示部材７０は柱状部７１ａの先端に固定され、第２ヨーク板２０の２平面のうち、第１ヨーク板１１と対向する面とは反対側の面に、コイル固定部材７１とともに動作可能に設けられる。また、コイル固定部材７１は、規定部７１ｃから第２ヨーク板２０に向かって伸び、コイル４１〜４４の中空部分を貫通するように設けられてコイル４１〜４４を固定しているコイルホルダ部７１ｂを有している。
【００８５】
スタッド５１〜５４は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０の４隅を互いに固定している。換言すれば、スタッド５１〜５４は、第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０との間に固定して設けられている。また、スタッド５１〜５４は、コイル固定部材７１の可動範囲を制限する。コイル４１〜４４に電磁力が生じてコイル固定部材７１が所定の距離を動くと、スタッド５１〜５４の何れかと規定部７１ｃの接触面７１ｄとが接触し、コイル固定部材７１の動きが止まる。このようにして、スタッド５１〜５４はコイル固定部材７１の可動範囲を制限する規定部材として用いられる。
【００８６】
緩衝部材５５〜５８それぞれは、スタッド５１〜５５それぞれの側面を覆うように設けられる。緩衝部材５５〜５８は衝撃を緩和する材料からなり、スタッド５１〜５５と接触面７１ｄとが接触する際の衝撃を緩和する。
【００８７】
本実施形態によるアクチュエータ５は、以下の効果を有する。すなわち、アクチュエータ５が磁性体からなる第１ヨーク板１１を第２ヨーク板２０と略平行に備えることによって、磁石面積を大きくすることなく推力を強化することが可能となり、複数のコイルおよびコイル固定部材の推力を向上できるとともに、アクチュエータの小型化が可能になる。また、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制されるので、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と、例えば磁石３１〜３４や第２ヨーク板２０などの他の部材との間の摩擦抵抗が抑制され、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。
【００８８】
また、アクチュエータは、第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０との間に固定して設けられ、コイル固定部材７１の可動範囲を制限するための、例えばスタッド５１〜５４のような規定部材を備えてもよい。このような規定部材によって、第１〜第４実施形態における開口部と同様の効果が得られる。すなわち、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲が規定されるため、コイル固定部材７１の外側に複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を規定する部材を別に設ける必要がなくなり、アクチュエータを小型化できる。
【００８９】
なお、コイル固定部材７１が可動範囲いっぱいまで移動したときには、第１ヨーク板１０の一辺、及び当該第１ヨーク板１０の一辺に対応する第２ヨーク板２０の一辺により規定される面よりも外側に、コイル固定部材７１の一部が位置してもよい。これによって、コイル固定部材７１の可動範囲を大きくできる。
【００９０】
また、本実施形態によるアクチュエータ５のように、スタッド５１〜５５の側面、すなわちコイル固定部材７１の接触面７１ｄと接触する部分には、緩衝部材５５〜５８を設けるとよい。これによって、接触時の衝撃を緩和できる。なお、スタッド５１〜５５自体が緩衝部材からなっても、同様の効果が得られる。また、緩衝部材がコイル固定部材７１の接触面７１ｄ上に設けられていても、同様の効果が得られる。
【００９１】
（第１実施例）
ここで、本発明によるアクチュエータの第１実施例を、比較例と対比しながら説明する。第１実施例は、上記した第１実施形態を実施したものである。第１実施例では、磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ1、及び第２ヨーク板２０とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ2の比ｄ1：ｄ2を３：１とした。これに対し、比較例では間隔ｄ1及び間隔ｄ2の比ｄ1：ｄ2を１：３とした。
【００９２】
そして、第１実施例および比較例それぞれの場合で、Ｘ軸およびＹ軸の双方に対して４５度の方向（すなわち、座標原点からスタッド５１に向かう方向）にコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１を変位させる推力が発生するようコイル４１〜４４それぞれに図３に示す方向に電流を流し、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が原点からある一定の位置まで移動したときの推力の各方向成分の大きさを調べた。
【００９３】
その結果、比較例では、推力のＸ方向成分ＦXとＺ方向成分ＦZとの比（ＦZ／ＦX）の絶対値は２．０であった。これに対して、第１実施例では、ＦXとＦZとの比（ＦZ／ＦX）の絶対値は１．５５であった。
【００９４】
第１実施例と比較例とを対比して判るように、第１実施例における比（ＦZ／ＦX）の絶対値は、比較例における比（ＦZ／ＦX）の絶対値よりも小さかった。このように、比較例と対比して第１実施例では、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１に生じる推力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さかった。したがって、比較例と対比して第１実施例では、第１ヨーク板１０に対するコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制され、また、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と他の部材との間の摩擦抵抗が抑制されて、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能であった。
【００９５】
（第２実施例）
次に、本発明によるアクチュエータの第２実施例を説明する。第２実施例についても、上記した第１実施形態を実施したものである。
【００９６】
図１７は、第２実施例における推力ＦX、ＦY、及びＦZと、間隔ｄ1及び間隔ｄ２の比（ｄ2／ｄ1）との関係を示すグラフである。第２実施例では、比（ｄ2／ｄ1）を約０．５〜１９の範囲で変化させ、Ｘ軸およびＹ軸の双方に対して４５度の方向にコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１を変位させる推力が発生するようコイル４１〜４４それぞれに電流を流し、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が原点よりＸ，Ｙともにある一定の位置まで移動したときの推力ＦX、ＦY、及びＦZの大きさを調べた。図１７から判るように、比（ｄ2／ｄ1）が小さいほど、推力のＸ方向成分ＦX、Ｙ方向性分ＦYおよびＺ方向成分ＦZの何れの絶対値も小さくなったが、比（ＦZ／ＦX）の絶対値も小さくなった。特に、比（ｄ2／ｄ1）が１未満であるとき、すなわち、磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ1が、第２ヨーク板２０とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ2より広いときに、比（ＦZ／ＦX）の絶対値が充分に小さくなった。このことから、間隔ｄ1を間隔ｄ2より広く設けることによって、比（ＦZ／ＦX）の絶対値が充分に小さくなり、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が好適に抑制される。この効果は、第１ヨーク板１０に対するコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広い場合に特に顕著となる。そして、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と他の部材との間の抵抗が抑制されて、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となることが判る。
【００９７】
なお、推力ＦX、ＦYの大きさを優先する場合には、比（ｄ2／ｄ1）を大きくすることが有効である。特に、比（ｄ2／ｄ1）が１以上であるとき、すなわち、磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間隔ｄ1が、第２ヨーク板２０とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ2と同じか、より狭い場合が効果的である。
【００９８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、アクチュエータの推力が向上できるとともに、小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態によるアクチュエータ全体の斜視図である。
【図２】図１に示すアクチュエータのＩ−Ｉ断面を示す側面断面図である。
【図３】図１に示すアクチュエータから触覚呈示部材が除かれたものの斜視図である。
【図４】図１に示すアクチュエータから触覚呈示部材及び第２ヨーク板が除かれたものの斜視図である。
【図５】第１実施形態における、コイルと磁石との位置関係を示す平面図である。
【図６】図１に示すアクチュエータの側面図である。
【図７】（ａ）従来のアクチュエータの内部に生じる磁束を説明するための模式図である。（ｂ）第１実施形態によるアクチュエータの内部に生じる磁束を説明するための模式図である。
【図８】第１実施形態において、第２ヨーク板に設けられた開口部を示す模式的な平面図である。
【図９】第２実施形態によるアクチュエータの一部分の斜視図である。
【図１０】第２実施形態によるアクチュエータの側面図である。
【図１１】第３実施形態によるアクチュエータの、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置での断面を示す側面断面図である。
【図１２】第３実施形態によるアクチュエータから触覚呈示部材が除かれたものの斜視図である。
【図１３】第３実施形態における、コイルと磁石との位置関係を示す平面図である。
【図１４】第４実施形態によるアクチュエータの、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置での断面を示す側面断面図である。
【図１５】第５実施形態によるアクチュエータから触覚呈示部材及び第１ヨーク板を除いた斜視図である。
【図１６】第５実施形態によるアクチュエータの、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置での断面を示す側面断面図である。
【図１７】第２実施例における推力ＦX、ＦY、及びＦZと、間隔ｄ1及び間隔ｄ２の比（ｄ2／ｄ1）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…アクチュエータ、１０…第１ヨーク板、２０…第２ヨーク板、３１〜３４…磁石、４１〜４４…コイル、５１〜５４…スタッド、７０…触覚呈示部材、７１…コイル固定部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルおよび磁石を含むアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アクチュエータは、第１部材に対して相対的に第２部材が運動するものであって、この運動により、この第２部材に固定されたサンプル等を移動させることができ、或いは、この第２部材に触れた人の指先等に対して触覚を与えることができる。このようなアクチュエータの駆動機構として種々のものが提案されている。
【０００３】
その中でも、コイルおよび磁石を含むアクチュエータは、磁石の周囲の磁束中に存在するコイルに電流が流れることで該コイルの導線に電磁力が作用する現象を利用したものであって、磁石が固定された第１部材に対して相対的に、コイルが固定された第２部材が運動する。このようなアクチュエータは、特に、第２部材が一定平面上を２次元運動し得る点で注目される。
【０００４】
このようなアクチュエータを用いた装置としては、特許文献１に記載の情報受感装置がある。この装置は、平面型の２次元アクチュエータをマウスに搭載し、パソコンの画面と連動して触覚情報を呈示する装置である。ここで示されているアクチュエータは、基部の上に磁石群を固定し、この上にコイル群を保持したコイルホルダを配置し、このコイルホルダの４辺を外側から弾性部材で支持する構成を有する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３３０６８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようなアクチュエータをマウスなど小型の装置に組み込んで使う場合、マウスが大型化して操作性が悪化することを避けるためには、アクチュエータを小型化して一般的なマウス内部に収容できるようにする必要がある。
【０００７】
一方、マウスに組み込んだアクチュエータを用いて触覚を呈示させる場合、第２部材の推力を向上させることにより、触覚の呈示性能を高めることができる。例えば、磁石面積を大きくしてコイルに与える磁界を強くすることで第２部材の推力を強化することが可能である。しかしながら、磁石面積を大きくするとアクチュエータが大型化するため、好ましくない。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、推力が向上できるとともに、小型化が可能なアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明によるアクチュエータは、略平板状の第１ヨーク板と、第１ヨーク板と略平行に設けられた略平板状の第２ヨーク板と、第２ヨーク板に対向した第１ヨーク板の面に固定して設けられた複数の磁石と、第１ヨーク板に対向した第２ヨーク板の面に平行に設けられた複数のコイルと、複数のコイルを一体に固定するコイル固定部材と、複数の磁石のうち互いに隣接し磁極の向きが互いに逆である２つの磁石の間の境界に設けられた磁性体とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第１ヨーク板と略平行に設けられた第２ヨーク板を備えることによって、第１ヨーク板に設けられた複数の磁石から延びる磁束は第２ヨーク板へ引き寄せられる。このため、磁束のＺ方向成分（磁石の極の中央付近における磁束の方向成分）に対するＸＹ方向成分（ＸＹ平面に平行な方向成分）の比が小さくなる。このことから、コイルの導線に作用する電磁力の、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、磁束はＸＹ方向に変位する複数のコイルに対して効率よく作用するため、磁束あたりの推力、つまり磁石面積あたりの推力が大きくなる。すなわち、複数のコイルおよびコイル固定部材の推力を向上できるとともに、アクチュエータの小型化が可能になる。また、互いに隣接し磁極の向きが互いに逆である２つの磁石の境界に磁性体が設けられていることにより、磁石の端部付近では、磁束の方向がＺ軸方向とは異なるものの、互いに隣接する２つの磁石の接合部の磁束の多くが磁性体中を流れる。その結果、磁石とコイルとの間の空間において、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さくなり、コイルの導線に作用する電磁力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、第１ヨーク板に対する複数のコイルおよびコイル固定部材のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広くても、複数のコイルおよびコイル固定部材の傾斜が抑制され、また、複数のコイルおよびコイル固定部材と他の部材との間の抵抗が抑制されて、複数のコイルおよびコイル固定部材は安定した変位動作が可能となる。
【００１１】
また、コイルの導線に作用する電磁力の、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなることによって、複数のコイルおよびコイル固定部材の傾斜が抑制され、また、複数のコイルおよびコイル固定部材と他の部材との間の抵抗が抑制されて、複数のコイルおよびコイル固定部材は安定した変位動作が可能となる。
【００１２】
また、第１ヨーク板及び第２ヨーク板を備えることにより、複数の磁石から延びる磁束はヨーク板が存在する方向へ引き寄せられ、またはヨーク板内部を通過するため、アクチュエータ外部へ漏れる磁束を抑えることができる。
【００１３】
また、アクチュエータは、複数の磁石と複数のコイルとの間の間隔ｄ1が、第２ヨーク板と複数のコイルとの間の間隔ｄ2より広いことを特徴としてもよい。間隔ｄ1と間隔ｄ2との間に「ｄ1＞ｄ2」なる関係が存在することにより、磁石の端部付近では、磁束の方向がＺ軸方向とは異なるものの、該磁石から離れた何れかのコイルの導線の位置では、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さい。このことから、コイルの導線に作用する電磁力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、第１ヨーク板に対する複数のコイルおよびコイル固定部材のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広くても、複数のコイルおよびコイル固定部材の傾斜が抑制され、また、複数のコイルおよびコイル固定部材と他の部材との間の抵抗が抑制されて、複数のコイルおよびコイル固定部材は安定した変位動作が可能となる。
【００１４】
また、アクチュエータは、複数の磁石と複数のコイルとの間の間隔ｄ1が、第２ヨーク板と複数のコイルとの間の間隔ｄ2と同じか、より狭いことを特徴としてもよい。複数のコイル及びコイル固定部材と磁石との間隔が狭いほど、複数のコイル付近の磁束密度が増す。よって、間隔ｄ1と間隔ｄ2との間に「ｄ1≦ｄ2」なる関係が存在することにより、複数のコイル及びコイル固定部材の推力をさらに向上できる。
【００１６】
また、アクチュエータは、第１ヨーク板及び第２ヨーク板の双方またはいずれか一方に開口部が設けられ、コイル固定部材のうち開口部に対向する部分に開口部を貫通するように設けられ、開口部の内形寸法よりも小さい外形寸法を有する柱状部をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲が規定されるため、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を規定するための部材を別に設ける必要がなくなり、アクチュエータを小型化できる。
【００１７】
また、アクチュエータは、開口部が、第２ヨーク板に設けられたことを特徴としてもよい。これによって、第１ヨーク板には開口部を設けずに済み、第１ヨーク板に設けられる磁石の大きさを維持できるので、開口部を設けても複数のコイル及びコイル固定部材の推力へ影響しない。
【００１８】
また、アクチュエータは、開口部の柱状部と接触する部分、または柱状部の開口部と接触する部分が、緩衝部材からなることを特徴としてもよい。これによって、開口部と柱状部とが接触する際の衝撃を緩和できる。
【００１９】
また、アクチュエータは、コイル固定部材の、第１ヨーク板及び第２ヨーク板の双方またはいずれか一方の側に設けられた柱状部と、柱状部の外形寸法よりも大きな外形寸法を有し、柱状部の周囲を囲うように設けられた周囲部材とをさらに備えることを特徴としてもよい。この周囲部材によって、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲が規定されるため、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を規定する部材を別に設ける必要がなくなり、アクチュエータを小型化できる。
【００２０】
また、アクチュエータは、第１ヨーク板及び第２ヨーク板の双方またはいずれか一方に開口部が設けられ、周囲部材が、開口部に設けられることを特徴としてもよい。これによって、周囲部材が柱状部の周囲を好適に囲うことができるので、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を規定し、アクチュエータを小型化できる。
【００２１】
また、アクチュエータは、周囲部材の柱状部と接触する部分、または柱状部の周囲部材と接触する部分が、緩衝部材からなることを特徴としてもよい。これによって、周囲部材と柱状部とが接触する際の衝撃を緩和できる。
【００２２】
また、アクチュエータは、第１ヨーク板と第２ヨーク板との間に固定して設けられ、コイル固定部材の可動範囲を制限する規定部材をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲が規定されるため、複数のコイル及びコイル固定部材の可動範囲を規定する部材を別に設ける必要がなくなり、アクチュエータを小型化できる。
【００２３】
また、アクチュエータは、規定部材のうちコイル固定部材と接触する部分、またはコイル固定部材のうち規定部材と接触する部分が、緩衝部材からなることを特徴としてもよい。これによって、規定部材とコイル固定部材とが接触する際の衝撃を緩和できる。
【００２４】
また、アクチュエータは、第１ヨーク板及び第２ヨーク板の双方またはいずれか一方に開口部が設けられ、コイル固定部材のうち開口部に対向する部分に開口部を貫通するように設けられ、開口部の内形寸法よりも小さい外形寸法を有する柱状部と、開口部の、コイル固定部材側とは反対側に位置するように柱状部に固定された触覚呈示部材とをさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、触覚呈示部材に触れる指先等に対して触覚情報を呈示できる。
【００２５】
また、アクチュエータは、コイル固定部材と、第１ヨーク板または第２ヨーク板との相対位置を検出する位置検出手段をさらに備えることを特徴としてもよい。アクチュエータがこのような位置検出手段を備えることによって、コイル固定部材のヨーク板に対する相対位置を検出することができる。そして、検出した相対位置に基づいて、コイルに流す電流を制御することによりコイル固定部材の動きを制御することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２７】
（第１実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第１実施形態について説明する。図１〜図６それぞれは、第１実施形態に係るアクチュエータ１の構成を示す図である。図１は、アクチュエータ１の全体の斜視図である。図２は、図１に示すアクチュエータ１のＩ−Ｉ断面を示す側面断面図である。図３は、アクチュエータ１から触覚呈示部材７０が除かれたものの斜視図である。図４は、アクチュエータ１から触覚呈示部材７０及び第２ヨーク板２０が除かれたものの斜視図である。図５は、コイル４１〜４４と磁石３１〜３４との位置関係を示す平面図である。図６は、アクチュエータ１の側面図である。
【００２８】
図１及び図２に示されるように、このアクチュエータ１は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備えている。第１ヨーク板１及び第２ヨーク板２０は、磁性体からなる。第１ヨーク板１０の形状は、略正方形の平板状である。第２ヨーク板２０は、略正方形の平板の４隅を斜めに切り欠いた形状である。第２ヨーク板２０の４隅を切り欠いているのは、取り付け時の干渉を防ぐ為である。第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０は、互いに略平行な位置に設けられており、４本のスタッド５１〜５４によって互いの四隅を固定されている。また、図３に示されるように、第２ヨーク板２０は略中央部分に矩形の開口部２０ａを有する。開口部２０ａの内壁には、衝撃を緩和する材料からなる緩衝部材２１が設けられている。
【００２９】
また、アクチュエータ１は、触覚呈示部材７０及びコイル固定部材７１を備える。コイル固定部材７１は第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０との間に、これらのヨーク板と平行に動作することが可能なように設けられる。コイル固定部材７１は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０と略平行であって互いに直交する２方向に延びる板状部分を有している。また、コイル固定部材７１は、板状部分の略中央から第２ヨーク板２０の開口部２０ａを貫通するように角柱状に突き出た柱状部７１ａを有する。触覚呈示部材７０は柱状部７１ａの先端に固定され、第２ヨーク板２０の２平面のうち、第１ヨーク板と対向する面とは反対側の面に、コイル固定部材７１とともに動作可能に設けられる。触覚呈示部材７０の形状は、中央付近が厚い円盤状である。
【００３０】
また、図４に示されるように、このアクチュエータ１は、４つのコイル４１〜４４を備えている。コイル４１〜４４は、第２ヨーク板２０の第１ヨーク板１０と対向する面に略平行になるよう、コイル固定部材７１のコイルホルダ部７１ｂに一体に固定される。図２を参照すると、コイルホルダ部７１ｂはコイル固定部材７１の板状部分の両端から第１ヨーク板１０に向かって伸び、コイル４１〜４４の中空部分を貫通するように設けられてコイル４１〜４４を固定している。第１ヨーク板１０を第１部材とすれば、コイル４１〜４４及びコイル固定部材７１は第１部材に対して相対的に変位可能な第２部材として機能する。
【００３１】
また、図４を参照すると、アクチュエータ１はさらに４つの磁石３１〜３４を備えている。４つの磁石３１〜３４それぞれは、第１ヨーク板１０の２平面のうち第２ヨーク板２０に対向する面に固定して設けられている。
【００３２】
図５に、４つの磁石３１〜３４および４つのコイル４１〜４４それぞれの相対的位置関係が示されている。この図中に示されているように、第１ヨーク板１０の中心位置を原点とするＸＹＺ直交座標系を想定する。Ｘ軸およびＹ軸それぞれは、第１ヨーク板１０の外枠の各辺に平行である。
【００３３】
４つの磁石３１〜３４それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する第１ヨーク板１０の面上であって、スタッド５１〜５４が設置される領域を除く領域に固定されている。４つの磁石３１〜３４それぞれは、互いに同形の平板状のものであって、Ｚ軸の周囲に対称性を有するように、第１ヨーク板１０に配置されている。
【００３４】
磁石３１は、Ｘ座標値が正であってＹ座標値も正である領域に、その磁束の一部がコイル４１およびコイル４２の双方を貫くように設けられている。磁石３２は、Ｘ座標値が負であってＹ座標値が正である領域に、その磁束の一部がコイル４２およびコイル４３の双方を貫くように設けられている。磁石３３は、Ｘ座標値が負であってＹ座標値も負である領域に、その磁束の一部がコイル４３およびコイル４４の双方を貫くように設けられている。また、磁石３４は、Ｘ座標値が正であってＹ座標値が負である領域に、その磁束の一部がコイル４４およびコイル４１の双方を貫くように設けられている。これらのうち、磁石３１および磁石３３それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する側がＳ極となるように配置され、磁石３２および磁石３４それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する側がＮ極となるように配置されている。
【００３５】
４つのコイル４１〜４４それぞれは、互いに同形であって、第２ヨーク板２０からの距離が互いに等しくなるように、また、Ｚ軸の周囲に対称性を有するように、コイル固定部材７１に固定されて配置されている。コイル４１はＸ座標値が正の領域にＸ軸をまたいで設けられている。コイル４２はＹ座標値が正の領域にＹ軸をまたいで設けられている。コイル４３はＸ座標値が負の領域にＸ軸をまたいで設けられている。また、コイル４４はＹ座標値が負の領域にＹ軸をまたいで設けられている。コイル４１とコイル４３とは、原点付近を通る導線によって電流の方向が逆になるように互いに結線されている。また、コイル４２とコイル４４とは、原点付近を通る導線によって電流の方向が逆になるように互いに結線されている。
【００３６】
磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の相対的な位置関係について換言すれば以下のとおりである。コイル４１は、磁石３４および磁石３１それぞれが作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４２は、磁石３１および磁石３２それぞれが作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。コイル４３は、磁石３２および磁石３３それぞれが作る磁界に対して、主にＸ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。また、コイル４４は、磁石３３および磁石３４それぞれが作る磁界に対して、主にＹ軸と平行な方向に電流が横切るように設けられている。
【００３７】
コイル４１〜４４それぞれの導線として、銅線を用いてもよいし、また、軽量化のために、銅メッキされたアルミニウム線を用いるのも好適である。磁石３１〜３４それぞれは、保磁力および残留磁束密度が大きいものが好ましく、例えばネオジ磁石が好適である。
【００３８】
コイル４１〜４４それぞれに流れる電流の大きさ及び方向に応じて、磁石３１〜３４それぞれが作る磁界とコイル４１〜４４それぞれの導線との間で、フレミングの左手の法則に応じた電磁力が生じる。これに因り、コイル４１〜４４それぞれに推力が生じる。そして、磁石３１〜３４が固定された第１ヨーク板１０に対し、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が移動する。そして、このコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が移動することにより、柱状部７１ａに固定された触覚呈示部材７０に触れている操作者の指などに触覚が呈示される。
【００３９】
図６にアクチュエータ１の側面図が示されている。この図は、アクチュエータ１をＹ軸方向に見たときのものである。この図に示されるように、第１ヨーク板１０の４隅に設けられているスタッド５１〜５４は、各々の一端が第１ヨーク板１０に、他端が第２ヨーク板２０に固定され、第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０とを固定するものである。本実施形態のアクチュエータ１は、磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ1が、第２ヨーク板２０とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ2より広くなるように構成されている。
【００４０】
本実施形態によるアクチュエータ１は、以下の効果を有する。すなわち、磁性体からなる第２ヨーク板２０を第１ヨーク板１０と略平行に備えることによって、第１ヨーク板１０に設けられた複数の磁石３１〜３４から延びる磁束は第２ヨーク板２０の方向、すなわちＺ方向へ引き寄せられる。このため、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さくなる。このことから、コイル４１〜４４の導線に作用する電磁力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。
【００４１】
図７（ａ）は、従来のアクチュエータの内部に生じる磁束を説明するための模式図である。また、図７（ｂ）は、アクチュエータ１の内部に生じる磁束を説明するための模式図である。
【００４２】
図７（ａ）を参照すると、従来のアクチュエータは基部１０１及び基部２０１を備えており、基部１０１の面上に磁石３３及び３４が固定されている。また、磁石３３は上面がＳ極、磁石３４は上面がＮ極となるように設けられている。磁石３３の上面から放射された磁力線（図中、点線で示す）は、磁石３３の下面へ回り込むものや、磁石３４の上面へ放物線状に引き寄せられるもの等があり、磁石３３及び３４の上面に対して略垂直とはならない。これにより、コイル４４に生じる推力ＦにはＸ方向成分ＦXに対し、Ｚ方向成分ＦZが相対的に大きくなる。推力Ｆが一定とすれば、Ｚ方向成分ＦZが大きいとＸ方向成分ＦXの絶対値が小さくなる。すなわち、コイル４４をＸ方向へ移動させる推力が小さくなる。
【００４３】
これに対し、図７（ｂ）を参照すると、磁石３３から放射された磁力線は磁石３３の上面に対して略垂直に進み、第２ヨーク板２０の内部を通過し、磁石３４へ磁石３４の上面に対して略垂直に引き寄せられる。これにより、コイル４４に生じる推力ＦはＸ方向成分ＦXが支配的となり、Ｘ方向成分ＦXに対するＺ方向成分ＦZ（図示せず）の比が小さくなる。なお、Ｙ方向についてもＸ方向と同様に説明できる。
【００４４】
このように、アクチュエータ１が磁性体からなる第２ヨーク板２０を第１ヨーク板１０と略平行に備えることによって、磁束はＸＹ方向に変位する複数のコイル４１〜４４に対して効率よく作用するため、磁束あたりのＸＹ方向への推力、すなわち磁石面積あたりのＸＹ方向への推力が大きくなる。よって、磁石面積を大きくすることなく推力を強化することが可能となり、複数のコイルおよびコイル固定部材の推力を向上できる。発明者の解析によれば、アクチュエータが第２ヨーク板２０を備えることにより、第２ヨーク板２０を備えない場合に比べて約１．７倍の推力向上が達成できる。また、アクチュエータが充分な推力を有している場合には、磁石を小さくすることでアクチュエータの小型化が可能となる。
【００４５】
また、引用文献１に示される情報受感装置に用いられるような従来のアクチュエータでは、コイルの導線に作用する電磁力の方向は、磁石が形成する磁束の方向に依存する。すなわち、磁石の極の中央付近で磁束の方向が一定方向（Ｚ軸方向とする。）に平行であれば、そこに存在するコイルの導線に作用する電磁力は、Ｚ軸方向に垂直なＸＹ平面に平行な方向の成分のみを含む。一方、磁石の端部付近では磁束の方向がＺ軸方向とは異なるので、そこに存在するコイルの導線に作用する電磁力は、ＸＹ平面に平行な方向の成分を含むだけでなく、Ｚ軸方向の成分をも含む。
【００４６】
このことから、従来のアクチュエータでは、第１部材に対して相対的に第２部材が一定平面（ＸＹ平面）上を２次元運動し得るとはいっても、磁石の端部付近にコイルの導線が存在するときには、Ｚ方向成分を含む電磁力の作用により第２部材がＺ軸方向にも運動する場合がある。その結果、アクチュエータは、第２部材が傾いたり、第２部材が他の部材と接触して抵抗が生じたりして、意図した本来の動作を安定して行い得ない場合がある。磁石の端部の近くにコイルの導線が位置するまでに第２部材が大きく変位するような場合に、このような問題は大きい。
【００４７】
このような問題を抱える従来のアクチュエータに対し、本実施形態によるアクチュエータ１によれば、コイル４１〜４４の導線に作用する電磁力の、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。電磁力のＺ方向成分はコイル４１〜４４が第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０に対して傾斜するよう導線に作用するので、電磁力のＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなることによって、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制される。そして、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制されることにより、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と、例えば磁石３１〜３４や第２ヨーク板２０などの他の部材との間の摩擦抵抗が抑制される。よって、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。この効果は、第１ヨーク板１０に対するコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広いときに顕著である。
【００４８】
また、アクチュエータを組み込んだマウスはパソコンのインターフェースとして使用されるため、ＩＤカードなどのような磁気カードや、フレキシブルディスクなどのような磁気記録メディアに接近する機会が多くなる。このため、アクチュエータの磁石から漏れる磁束が磁気カードや磁気記録メディア内部のデータを破壊しないように、アクチュエータからの磁束の漏れを極力抑える必要がある。
【００４９】
本実施形態によるアクチュエータ１は、磁性体からなる第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備え、磁石３１〜３４をこれらの間に配置している。これにより、複数の磁石３１〜３４から延びる磁束は第１ヨーク板１０または第２ヨーク板２０の方向へ引き寄せられ、または第１ヨーク板１０、第２ヨーク板２０の内部を通過するため（図７（ｂ）参照）、アクチュエータ１の外部への磁束漏れを抑えることができる。発明者の解析によれば、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０を備えることにより、これらのヨーク板を備えない場合に比べて磁束の漏れを最大約９０％低減できる。
【００５０】
また、本実施形態に係るアクチュエータ１において、間隔ｄ1と間隔ｄ2との間に「ｄ1＞ｄ2」なる関係が存在する。コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１を安定に変位動作させる必要があるときには、アクチュエータにおいてこのような関係が成り立つことが好ましい。これにより、磁石３１〜３４の何れかの磁石の端部付近では、磁束の方向がＺ軸方向とは異なるものの、該磁石から離れたコイル４１〜４４の何れかのコイルの導線の位置では、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さい。このことから、コイル４１〜４４それぞれの導線に作用する電磁力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制される。この効果は、第１ヨーク板１０に対するコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広い場合には特に顕著である。そして、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と他の部材との間の抵抗が抑制されて、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。
【００５１】
これに対し、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の推力をさらに向上させる必要があるときには、間隔ｄ1と間隔ｄ2との間に「ｄ1≦ｄ2」なる関係が存在することが好ましい。コイル４１〜４４が磁石３１〜３４に近づくほどコイル４１〜４４付近の磁束密度が増す。特に、磁石３１〜３４の端部付近においては顕著である。このため、間隔ｄ1と間隔ｄ2との間に「ｄ1≦ｄ2」なる関係が存在することにより、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の推力をさらに向上できる。
【００５２】
また、本実施形態によるアクチュエータ１においては、第２ヨーク板２０の中央部分に開口部２０ａが設けられている。そして、コイル固定部材７１の柱状部７１ａがこの開口部２０ａを貫通するように設けられている。アクチュエータはこのような構造を備えることが好ましく、これによって、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲が規定されるため、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を規定する部材、例えば特許文献１に記載されている、コイル固定部材７１を外側から支持する弾性部材を別に設ける必要がなくなり、アクチュエータを小型化できる。このとき、アクチュエータの最大外形の大きさは複数のコイルの大きさに可動範囲を加えた大きさとなる。
【００５３】
図８は、第２ヨーク板２０に設けられた開口部２０ａを示す模式的な平面図である。この図において、コイル固定部材７１の柱状部７１ａが第２ヨーク板２０の開口部２０ａの略中央に示されている。ここで、柱状部７１ａのＸＹ方向の幅をＷとすると、この柱状部７１ａがＸ軸の正方向および負方向にＡだけ移動するように可動範囲を規定する場合、開口部２０ａのＸ方向の幅はＷ＋２Ａとなる。また、Ｙ方向についても同様である。
【００５４】
また、本実施形態においては開口部２０ａを第２ヨーク板２０に設けている。これによって、第１ヨーク板１０には開口部を設けずに済むため、磁石３１〜３４の大きさを維持できる。すなわち、開口部２０ａを設けることが、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の推力に影響しない。
【００５５】
また、本実施形態によるアクチュエータ１のように、開口部２０ａには緩衝部材２１を設けるとよい。これによって、柱状部７１ａと開口部２０ａとが接触する時の衝撃、すなわち不快な衝撃音や余計な衝撃感を緩和できる。なお、柱状部７１ａ自体が緩衝部材からなっても、同様の効果が得られる。
【００５６】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るアクチュエータの第２実施形態について説明する。図９および図１０それぞれは、第２実施形態に係るアクチュエータ２の構成図である。図９は、アクチュエータ２の一部分の斜視図である。図１０は、アクチュエータ２の側面図である。この第２実施形態に係るアクチュエータ２の概略の構成は、既述した第１実施形態に係るアクチュエータ１と同様に、第１ヨーク板１０、第２ヨーク板２０、４つの磁石３１〜３４、４つのコイル４１〜４４、コイル固定部材７１および４つのスタッド５１〜５４を備えている。これらの形状は、第１実施形態の場合と同様である。
【００５７】
図９には、アクチュエータ２から第２ヨーク板２０、４つのコイル４１〜４４および４つのスタッド５１〜５４が除かれて、アクチュエータ２を構成する第１ヨーク板１０、４つの磁石３１〜３４および４つの磁性体６１〜６４が斜視図で示されている。この図に示されるように、第２実施形態に係るアクチュエータ２は、第１実施形態のものと比較すると、４つの磁性体６１〜６４が更に設けられている点で相違する。本実施形態でも同様にＸＹＺ直交座標系を想定する。
【００５８】
磁性体６１〜６４それぞれは、互いに同形であって、断面形状が半円形の棒状のものである。磁性体６１は、互いに隣接する磁石３４と磁石３１との境界に沿って、曲面が第２ヨーク板２０に対向するように、磁石３４および磁石３１それぞれの面に固定されて設けられている。磁性体６２は、互いに隣接する磁石３１と磁石３２との境界に沿って、曲面が第２ヨーク板２０に対向するように、磁石３１および磁石３２それぞれの面に固定されて設けられている。磁性体６３は、互いに隣接する磁石３２と磁石３３との境界に沿って、曲面が第２ヨーク板２０に対向するように、磁石３２および磁石３３それぞれの面に固定されて設けられている。また、磁性体６４は、互いに隣接する磁石３３と磁石３４との境界に沿って、曲面が第２ヨーク板２０に対向するように、磁石３３および磁石３４それぞれの面に固定されて設けられている。
【００５９】
図１０にアクチュエータ２の側面図が示されている。この図は、アクチュエータ２をＹ軸方向に見たときのものである。この図に示されるように、磁性体６１〜６４それぞれは、断面形状が半円形の棒状のものであって、平坦面が磁石３１〜３４の何れかに接しており、曲面が第２ヨーク板２０に対向している。磁性体６１〜６４それぞれの第２ヨーク板２０に対向する面の形状は、図示のとおり、角が存在せず、滑らかであるのが好適であり、このようにすることで、角からの磁束漏れの集中を抑えることができる。
【００６０】
本実施形態に係るアクチュエータ２において、４つの磁石３１〜３４のうち互いに隣接する２つの磁石の境界に磁性体６１〜６４の何れかが設けられていることにより、磁石３１〜３４の何れかの磁石の端部付近では、磁束の方向がＺ軸方向とは異なるものの、互いに隣接する２つの磁石の間の磁束の多くが磁性体中を流れる。その結果、磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の空間において、磁束のＺ方向成分に対するＸＹ方向成分の比が小さくなり、コイル４１〜４４それぞれの導線に作用する電磁力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さくなる。したがって、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制される。そして、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と他の部材との間の摩擦抵抗が抑制されて、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。この効果は、第１ヨーク板１０に対するコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広い場合に特に顕著となる。
【００６１】
（第３実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第３実施形態について説明する。図１１〜図１３それぞれは、第３実施形態に係るアクチュエータ３の構成を示す図である。アクチュエータ３は、図１に示したアクチュエータ１と同様の外観を有する。図１１は、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置でのアクチュエータ３の断面を示す側面断面図である。図１２は、アクチュエータ３から触覚呈示部材７０が除かれたものの斜視図である。図１３は、コイル４５〜４８と磁石３５〜３８との位置関係を示す平面図である。
【００６２】
図１１及び図１２に示されるように、このアクチュエータ１は、第１ヨーク板１１及び第２ヨーク板２０を備えている。第１ヨーク板１１の形状は、略正方形の平板状であり、中央部分に略矩形状の開口部１１ａを有する。第２ヨーク板２０の形状、及び第２ヨーク板２０と第１ヨーク板１１との位置関係は、第１実施形態に示したものと同様である。
【００６３】
本実施形態では、図１２に示されるように、第２ヨーク板２０の開口部２０ａには周囲部材７５が設けられている。周囲部材７５の形状は略正方形の枠状であり、枠の内側の領域が開口部２０ａと重なるように第２ヨーク板２０上に設けられている。周囲部材７５は、外形寸法がコイル固定部材７１の柱状部７１ａの外形寸法よりも大きく形成されており、柱状部７１ａの周囲を囲うように設けられている。また、周囲部材７５は、内形寸法が第２ヨーク板２０の開口部２０ａの寸法よりも小さく形成されているとともに、外形寸法が開口部２０ａの寸法よりも大きく形成されている。周囲部材７５の内壁の全面には、衝撃を緩和する材料からなる緩衝部材７６が設けられている。
【００６４】
また、アクチュエータ３は、コイル固定部材７１をさらに備える。コイル固定部材７１の構成は、第１実施形態のコイル固定部材７１の構成と同様である。
【００６５】
また、アクチュエータ３は、４つのコイル４５〜４８を備えている。図１１を参照すると、コイル４５〜４８は、第２ヨーク板２０の第１ヨーク板１１と対向する面に略平行になるよう、コイル固定部材７１のコイルホルダ部７１ｂに一体に固定される。また、アクチュエータ３はさらに４つの磁石３５〜３８を備えている。４つの磁石３５〜３８それぞれは、第１ヨーク板１１の２平面のうち第２ヨーク板２０に対向する面に固定して設けられている。
【００６６】
また、アクチュエータ３は、基板７３、２次元受光素子７４、及び発光素子７２を備えている。発光素子７２は、コイル固定部材７１に設けられた柱状部７１ａの、触覚呈示部材７０が固定されている端とは反対側の端に、Ｚ軸の負方向へ向かって光を出射するように設けられている。そして、発光素子７２から出射された光は第１ヨーク板１１の開口部１１ａを通過する。
【００６７】
２次元受光素子７４は、その受光面に入射する光の入射位置を特定するための素子である。２次元受光素子７４としては、例えば２次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）や２次元フォトダイオードアレイ等を用いるとよい。２次元受光素子７４は、発光素子７２から出射されて開口部１１ａを通過した光を受ける位置に設けられる。２次元受光素子７４の受光面の形状は、例えば図１３に示すような略正方形である。基板７３は、第１ヨーク板１１の磁石３５〜３８が固定されている面とは反対側の面に対向して、第１ヨーク板１１と略平行に設けられている。開口部１１ａに対向する基板７３の面上には、２次元受光素子７４が固定されている。
【００６８】
発光素子７２及び２次元受光素子７４は、コイル固定部材７１と第１ヨーク板１１との相対位置を検出する位置検出手段として機能する。すなわち、コイル４５〜４８及びコイル固定部材７１の位置が変化すると、コイル固定部材７１に設けられた発光素子７２から出射される光が照射する位置も変化する。そして、光が照射する位置の変化を２次元受光素子７４において検出することによって、コイル４５〜４８及びコイル固定部材７１の位置変化を検出する。なお、受光素子７２と受光素子７４との間にレンズ等の光学部品を備えても良い。
【００６９】
図１３に、４つの磁石３５〜３８および４つのコイル４５〜４８それぞれの相対的位置関係が示されている。４つの磁石３１〜３４それぞれは、第２ヨーク板２０に対向する第１ヨーク板１１の面上であって、スタッド５１〜５４が設置される領域、及び開口部１１ａを除く領域に固定されている。４つの磁石３５〜３８それぞれは、互いに同形の平板状のものであって、Ｚ軸の周囲に対称性を有するように、第１ヨーク板１１に配置されている。
【００７０】
４つのコイル４５〜４８それぞれは、互いに同形であって、第２ヨーク板２０からの距離が互いに等しくなるように、また、Ｚ軸の周囲に対称性を有するように、コイル固定部材７１に固定されて配置されている。コイル４５〜４８は、それぞれのコイルが原点付近において結線されていない構成が第１実施形態と異なる。コイル４５〜４８と磁石３５〜３８との位置関係は第１実施形態と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００７１】
コイル４５〜４８それぞれは、互いに独立に電流を流すことができる。そして、コイル４５〜４８それぞれに流れる電流の大きさ及び方向に応じて、磁石３５〜３８それぞれが作る磁界とコイル４５〜４８それぞれの導線との間で、フレミングの左手の法則に応じた電磁力が生じる。これにより、第１ヨーク板１１に対し、コイル４５〜４８およびコイル固定部材７１が移動する。そして、柱状部７１ａに固定された触覚呈示部材７０に触れている操作者の指などに触覚情報が呈示される。本実施形態では第１実施形態と異なり、コイル４５〜４８それぞれに互いに独立して電流を流すことができるため、回転運動など複雑な動きを呈示することも可能である。
【００７２】
本実施形態によるアクチュエータ３は、以下の効果を有する。すなわち、磁性体からなる第２ヨーク板２０を第１ヨーク板１１と略平行に備えることによって、磁石面積を大きくすることなく推力を強化することが可能となり、複数のコイルおよびコイル固定部材の推力を向上できるとともに、アクチュエータの小型化が可能になる。また、複数のコイル４５〜４８およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制されるので、複数のコイル４５〜４８およびコイル固定部材７１と、例えば磁石３５〜３８や第２ヨーク板２０などの他の部材との間の摩擦抵抗が抑制され、複数のコイル４５〜４８およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。
【００７３】
また、本実施形態によるアクチュエータ３は、磁性体からなる第１ヨーク板１１及び第２ヨーク板２０を備え、磁石３５〜３８をこれらの間に配置することにより、アクチュエータ３の外部への磁束の漏れを抑えることができる。
【００７４】
また、アクチュエータ３は、柱状部７１ａの周囲を囲うように設けられた周囲部材７５を備える。アクチュエータはこのような周囲部材を備えることが好ましく、これによって、複数のコイル４５〜４８及びコイル固定部材７１の可動範囲が規定されるので、第１実施形態における開口部２０ａと同様にアクチュエータを小型化できる。また、周囲部材７５を開口部２０ａに設けることによって、周囲部材７５が柱状部７１ａを好適に囲むことができ、複数のコイル４５〜４８及びコイル固定部材７１の可動範囲を規定してアクチュエータを小型化できる。
【００７５】
また、本実施形態によるアクチュエータ３のように、周囲部材７５の内壁、すなわち柱状部７１ａと接触する部分には、緩衝部材７６を設けるとよい。これによって、接触時の衝撃を緩和できる。なお、周囲部材７５自体が緩衝部材からなっても、同様の効果が得られる。
【００７６】
また、アクチュエータ３は、コイル固定部材７１と、第１ヨーク板１１または第２ヨーク板２０との相対位置を検出する位置検出手段を備えるとよい。本実施形態においては、位置検出手段は発光素子７２及び２次元受光素子７４からなる。このような位置検出手段によってコイル固定部材７１のヨーク板に対する相対位置を検出できる。そして、検出された相対位置に基づいてコイル４５〜４８に流す電流を制御することによって、コイル固定部材７１の動き、すなわち触覚呈示部材７０の動きを制御できる。
【００７７】
（第４実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第４実施形態について説明する。第４実施形態によるアクチュエータ４は、図１に示したアクチュエータ１と同様の外観を有する。図１４は、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置でのアクチュエータ４の断面を示す側面断面図である。
【００７８】
図１４を参照すると、アクチュエータ４は、磁性体からなる第１ヨーク板１１及び第２ヨーク板２０を備える。第１ヨーク板１１及び第２ヨーク板２０の相互の位置関係は第１実施形態における位置関係と同様である。本実施形態では、第１ヨーク板１１は中央部分に矩形の開口部１１ａを有し、第２ヨーク板２０は開口部を有しない点で第１実施形態と異なっている。
【００７９】
アクチュエータ４は、４つのコイル４１〜４４及び４つの磁石３５ａ〜３８ａを備えている。これらの構成、及び相互の位置関係は第１実施形態と同様なので、詳細な説明を省略する。また、アクチュエータ４は、コイル固定部材７１を備えている。コイル固定部材７１は、コイル４１〜４４を固定するコイルホルダ部７１ｂを有する。コイルホルダ部７１ｂはコイル固定部材７１の端部から第２ヨーク板２０に向かって伸び、コイル４１〜４４の中空部分を貫通するように設けられてコイル４１〜４４を固定している。また、コイル固定部材７１は、コイル固定部材７１の中央部分から第１ヨーク板１１の開口部１１ａを貫通するように角柱状に突き出た柱状部７１ａを有する。そして、触覚呈示部材７０が、柱状部７１ａの先端に固定されている。
【００８０】
本実施形態によるアクチュエータ４は、以下の効果を有する。すなわち、アクチュエータ４が磁性体からなる第１ヨーク板１１を第２ヨーク板２０と略平行に備えることによって、磁石面積を大きくすることなく推力を強化することが可能となり、複数のコイルおよびコイル固定部材の推力を向上できるとともに、アクチュエータの小型化が可能になる。また、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制されるので、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と、例えば磁石３５ａ〜３８ａや第２ヨーク板２０などの他の部材との間の摩擦抵抗が抑制され、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。
【００８１】
また、本実施形態においては、触覚呈示部材７０が設けられる側を上と定義すれば、２つのヨーク板のうち上側にあるヨーク板に磁石が設けられている。換言すれば、磁石３４ａ〜３７ａが設けられる第１ヨーク板１１は第２ヨーク板２０に対して上側に位置している。そして、第１ヨーク板１１に開口部１１ａが設けられ、柱状部７１ａが開口部１１ａを貫通している。アクチュエータはこのように第１ヨーク板に開口部を備えても良い。特に、アクチュエータの下側に電子部品等、磁気により悪影響を生じる部品を設けるときには、このように上側のヨーク板に磁石を設けることによって、アクチュエータの下側から磁束が漏れず、電子部品などへの悪影響を抑えることができる。
【００８２】
（第５実施形態）
本発明に係るアクチュエータの第５実施形態について説明する。図１５及び図１６は、第５実施形態に係るアクチュエータ５の構成を示す図である。アクチュエータ５は、図１に示したアクチュエータ１と同様の外観を有する。図１５は、アクチュエータ５から触覚呈示部材７０及び第１ヨーク板２０を除いた斜視図である。また、図１６は、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置でのアクチュエータ５の断面を示す側面断面図である。
【００８３】
図１５及び図１６を参照すると、アクチュエータ５は、第１ヨーク板１１、第２ヨーク板２０、４つの磁石３１〜３４、４つのコイル４１〜４４、スタッド５１〜５４、緩衝部材５５〜５８、触覚呈示部材７０、及びコイル固定部材７１を備える。これらのうち、第１ヨーク板１１、第２ヨーク板２０、４つの磁石３１〜３４、４つのコイル４１〜４４、及び触覚呈示部材７０の構成は第１実施形態における構成と同様なので詳細な説明を省略する。
【００８４】
本実施形態では、コイル固定部材７１の形状が他の実施形態と異なっている。すなわち、コイル固定部材７１は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０と略平行であり、略正方形の板の４隅を方形に切り落とした形状の規定部７１ｃを有している。規定部７１ｃの、方形に切り落とした形状の４隅には接触面７１ｄが形成されている。また、コイル固定部材７１は、規定部７１ｃの略中央から第２ヨーク板２０の開口部２０ａを貫通するように角柱状に突き出た柱状部７１ａを有する。触覚呈示部材７０は柱状部７１ａの先端に固定され、第２ヨーク板２０の２平面のうち、第１ヨーク板１１と対向する面とは反対側の面に、コイル固定部材７１とともに動作可能に設けられる。また、コイル固定部材７１は、規定部７１ｃから第２ヨーク板２０に向かって伸び、コイル４１〜４４の中空部分を貫通するように設けられてコイル４１〜４４を固定しているコイルホルダ部７１ｂを有している。
【００８５】
スタッド５１〜５４は、第１ヨーク板１０及び第２ヨーク板２０の４隅を互いに固定している。換言すれば、スタッド５１〜５４は、第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０との間に固定して設けられている。また、スタッド５１〜５４は、コイル固定部材７１の可動範囲を制限する。コイル４１〜４４に電磁力が生じてコイル固定部材７１が所定の距離を動くと、スタッド５１〜５４の何れかと規定部７１ｃの接触面７１ｄとが接触し、コイル固定部材７１の動きが止まる。このようにして、スタッド５１〜５４はコイル固定部材７１の可動範囲を制限する規定部材として用いられる。
【００８６】
緩衝部材５５〜５８それぞれは、スタッド５１〜５５それぞれの側面を覆うように設けられる。緩衝部材５５〜５８は衝撃を緩和する材料からなり、スタッド５１〜５５と接触面７１ｄとが接触する際の衝撃を緩和する。
【００８７】
本実施形態によるアクチュエータ５は、以下の効果を有する。すなわち、アクチュエータ５が磁性体からなる第１ヨーク板１１を第２ヨーク板２０と略平行に備えることによって、磁石面積を大きくすることなく推力を強化することが可能となり、複数のコイルおよびコイル固定部材の推力を向上できるとともに、アクチュエータの小型化が可能になる。また、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制されるので、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と、例えば磁石３１〜３４や第２ヨーク板２０などの他の部材との間の摩擦抵抗が抑制され、複数のコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となる。
【００８８】
また、アクチュエータは、第１ヨーク板１０と第２ヨーク板２０との間に固定して設けられ、コイル固定部材７１の可動範囲を制限するための、例えばスタッド５１〜５４のような規定部材を備えてもよい。このような規定部材によって、第１〜第４実施形態における開口部と同様の効果が得られる。すなわち、複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲が規定されるため、コイル固定部材７１の外側に複数のコイル４１〜４４及びコイル固定部材７１の可動範囲を規定する部材を別に設ける必要がなくなり、アクチュエータを小型化できる。
【００８９】
なお、コイル固定部材７１が可動範囲いっぱいまで移動したときには、第１ヨーク板１０の一辺、及び当該第１ヨーク板１０の一辺に対応する第２ヨーク板２０の一辺により規定される面よりも外側に、コイル固定部材７１の一部が位置してもよい。これによって、コイル固定部材７１の可動範囲を大きくできる。
【００９０】
また、本実施形態によるアクチュエータ５のように、スタッド５１〜５５の側面、すなわちコイル固定部材７１の接触面７１ｄと接触する部分には、緩衝部材５５〜５８を設けるとよい。これによって、接触時の衝撃を緩和できる。なお、スタッド５１〜５５自体が緩衝部材からなっても、同様の効果が得られる。また、緩衝部材がコイル固定部材７１の接触面７１ｄ上に設けられていても、同様の効果が得られる。
【００９１】
（第１実施例）
ここで、本発明によるアクチュエータの第１実施例を、比較例と対比しながら説明する。第１実施例は、上記した第１実施形態を実施したものである。第１実施例では、磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ1、及び第２ヨーク板２０とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ2の比ｄ1：ｄ2を３：１とした。これに対し、比較例では間隔ｄ1及び間隔ｄ2の比ｄ1：ｄ2を１：３とした。
【００９２】
そして、第１実施例および比較例それぞれの場合で、Ｘ軸およびＹ軸の双方に対して４５度の方向（すなわち、座標原点からスタッド５１に向かう方向）にコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１を変位させる推力が発生するようコイル４１〜４４それぞれに図３に示す方向に電流を流し、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が原点からある一定の位置まで移動したときの推力の各方向成分の大きさを調べた。
【００９３】
その結果、比較例では、推力のＸ方向成分ＦXとＺ方向成分ＦZとの比（ＦZ／ＦX）の絶対値は２．０であった。これに対して、第１実施例では、ＦXとＦZとの比（ＦZ／ＦX）の絶対値は１．５５であった。
【００９４】
第１実施例と比較例とを対比して判るように、第１実施例における比（ＦZ／ＦX）の絶対値は、比較例における比（ＦZ／ＦX）の絶対値よりも小さかった。このように、比較例と対比して第１実施例では、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１に生じる推力は、ＸＹ方向成分に対するＺ方向成分の比が小さかった。したがって、比較例と対比して第１実施例では、第１ヨーク板１０に対するコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が抑制され、また、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と他の部材との間の摩擦抵抗が抑制されて、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能であった。
【００９５】
（第２実施例）
次に、本発明によるアクチュエータの第２実施例を説明する。第２実施例についても、上記した第１実施形態を実施したものである。
【００９６】
図１７は、第２実施例における推力ＦX、ＦY、及びＦZと、間隔ｄ1及び間隔ｄ２の比（ｄ2／ｄ1）との関係を示すグラフである。第２実施例では、比（ｄ2／ｄ1）を約０．５〜１９の範囲で変化させ、Ｘ軸およびＹ軸の双方に対して４５度の方向にコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１を変位させる推力が発生するようコイル４１〜４４それぞれに電流を流し、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１が原点よりＸ，Ｙともにある一定の位置まで移動したときの推力ＦX、ＦY、及びＦZの大きさを調べた。図１７から判るように、比（ｄ2／ｄ1）が小さいほど、推力のＸ方向成分ＦX、Ｙ方向性分ＦYおよびＺ方向成分ＦZの何れの絶対値も小さくなったが、比（ＦZ／ＦX）の絶対値も小さくなった。特に、比（ｄ2／ｄ1）が１未満であるとき、すなわち、磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ1が、第２ヨーク板２０とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ2より広いときに、比（ＦZ／ＦX）の絶対値が充分に小さくなった。このことから、間隔ｄ1を間隔ｄ2より広く設けることによって、比（ＦZ／ＦX）の絶対値が充分に小さくなり、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１の傾斜が好適に抑制される。この効果は、第１ヨーク板１０に対するコイル４１〜４４およびコイル固定部材７１のＸＹ平面上の相対的な変位の範囲が広い場合に特に顕著となる。そして、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１と他の部材との間の抵抗が抑制されて、コイル４１〜４４およびコイル固定部材７１は安定した変位動作が可能となることが判る。
【００９７】
なお、推力ＦX、ＦYの大きさを優先する場合には、比（ｄ2／ｄ1）を大きくすることが有効である。特に、比（ｄ2／ｄ1）が１以上であるとき、すなわち、磁石３１〜３４とコイル４１〜４４との間隔ｄ1が、第２ヨーク板２０とコイル４１〜４４との間の間隔ｄ2と同じか、より狭い場合が効果的である。
【００９８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、アクチュエータの推力が向上できるとともに、小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態によるアクチュエータ全体の斜視図である。
【図２】図１に示すアクチュエータのＩ−Ｉ断面を示す側面断面図である。
【図３】図１に示すアクチュエータから触覚呈示部材が除かれたものの斜視図である。
【図４】図１に示すアクチュエータから触覚呈示部材及び第２ヨーク板が除かれたものの斜視図である。
【図５】第１実施形態における、コイルと磁石との位置関係を示す平面図である。
【図６】図１に示すアクチュエータの側面図である。
【図７】（ａ）従来のアクチュエータの内部に生じる磁束を説明するための模式図である。（ｂ）第１実施形態によるアクチュエータの内部に生じる磁束を説明するための模式図である。
【図８】第１実施形態において、第２ヨーク板に設けられた開口部を示す模式的な平面図である。
【図９】第２実施形態によるアクチュエータの一部分の斜視図である。
【図１０】第２実施形態によるアクチュエータの側面図である。
【図１１】第３実施形態によるアクチュエータの、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置での断面を示す側面断面図である。
【図１２】第３実施形態によるアクチュエータから触覚呈示部材が除かれたものの斜視図である。
【図１３】第３実施形態における、コイルと磁石との位置関係を示す平面図である。
【図１４】第４実施形態によるアクチュエータの、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置での断面を示す側面断面図である。
【図１５】第５実施形態によるアクチュエータから触覚呈示部材及び第１ヨーク板を除いた斜視図である。
【図１６】第５実施形態によるアクチュエータの、図１に示したＩ−Ｉ断面と同じ位置での断面を示す側面断面図である。
【図１７】第２実施例における推力ＦX、ＦY、及びＦZと、間隔ｄ1及び間隔ｄ２の比（ｄ2／ｄ1）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…アクチュエータ、１０…第１ヨーク板、２０…第２ヨーク板、３１〜３４…磁石、４１〜４４…コイル、５１〜５４…スタッド、７０…触覚呈示部材、７１…コイル固定部材。
Claims (13)
- 略平板状の第１ヨーク板と、
前記第１ヨーク板と略平行に設けられた略平板状の第２ヨーク板と、
前記第２ヨーク板に対向した前記第１ヨーク板の面に固定して設けられた複数の磁石と、
前記第１ヨーク板に対向した前記第２ヨーク板の面に平行に設けられた複数のコイルと、
前記複数のコイルを一体に固定するコイル固定部材と、
前記複数の磁石のうち互いに隣接し磁極の向きが互いに逆である２つの磁石の間の境界に設けられた磁性体と
を備えることを特徴とするアクチュエータ。 - 前記複数の磁石と前記複数のコイルとの間の間隔が、前記第２ヨーク板と前記複数のコイルとの間の間隔より広いことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
- 前記複数の磁石と前記複数のコイルとの間の間隔が、前記第２ヨーク板と前記複数のコイルとの間の間隔と同じか、より狭いことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
- 前記第１ヨーク板及び前記第２ヨーク板の双方またはいずれか一方に開口部が設けられ、
前記コイル固定部材のうち前記開口部に対向する部分に前記開口部を貫通するように設けられ、前記開口部の内形寸法よりも小さい外形寸法を有する柱状部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。 - 前記開口部は前記第２ヨーク板に設けられたことを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ。
- 前記開口部の前記柱状部と接触する部分、または前記柱状部の前記開口部と接触する部分が、緩衝部材からなることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ。
- 前記コイル固定部材の、前記第１ヨーク板及び前記第２ヨーク板の双方またはいずれか一方の側に設けられた柱状部と、
前記柱状部の外形寸法よりも大きな外形寸法を有し、前記柱状部の周囲を囲うように設けられた周囲部材と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。 - 前記第１ヨーク板及び前記第２ヨーク板の双方またはいずれか一方に開口部が設けられ、
前記周囲部材が、前記開口部に設けられることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ。 - 前記周囲部材の前記柱状部と接触する部分、または前記柱状部の前記周囲部材と接触する部分が、緩衝部材からなることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ。
- 前記第１ヨーク板と前記第２ヨーク板との間に固定して設けられ、前記コイル固定部材の可動範囲を制限する規定部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
- 前記規定部材のうち前記コイル固定部材と接触する部分、または前記コイル固定部材のうち前記規定部材と接触する部分が、緩衝部材からなることを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータ。
- 前記第１ヨーク板及び前記第２ヨーク板の双方またはいずれか一方に開口部が設けられ、
前記コイル固定部材のうち前記開口部に対向する部分に前記開口部を貫通するように設けられ、前記開口部の内形寸法よりも小さい外形寸法を有する柱状部と、
前記開口部の、前記コイル固定部材側とは反対側に位置するように前記柱状部に固定された触覚呈示部材と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。 - 前記第１ヨーク板または前記第２ヨーク板と、前記コイル固定部材との相対位置を検出する位置検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
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