JP4039359B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータに関する。

アクチュエータは、直線方向や回転方向など１方向の運動を行うものが多く、直線方向と回転方向との２方向に運動するようにするときには、運動方向を機械的に変換する運動方向変換機構が用いられる。しかしながら、運動方向変換機構は、運動方向を変換する際に騒音の原因となる。

特開２００２−７８３１０号公報は、シャフト（軸）を有する可動子（プランジャー）が空隙（ギャップ）を有して固定子（ヨーク）の内方に設けられ、コイルにより磁路を励磁して可動子がシャフトの軸方向に運動するリニアアクチュエータにおいて、可動子の軸方向の変位（ストローク位置）に対して空隙を不均一にすることにより、運動方向変換機構を用いずに、可動子がシャフトの軸方向（直線方向）と軸方向を回転軸心とする回転方向の運動を行う構成を開示している。

また、特開２００２−１９９６８９号公報は、シャフト(軸)を有する第１の可動子(プランジャー）がケースに設けられる固定子(ヨーク）の内方に空隙（ギャップ)を有して設けられ、コイルにより磁路を励磁して第１の可動子がシャフトの軸方向に運動するリニアオシレータにおいて、第１の可動子の慣性力を打ち消す動作をする第２の可動子（振幅制御錘）を設けると共に、ケースと第１の可動子と第２の可動子との間にばね部材を設け、軸方向の変位(ストローク位置)に対して空隙を不均一にすることにより、運動方向変換機構を用いずにシャフトの軸方向の共振による往復運動と軸方向を回転軸心とする回転方向の運動とを行うと共に、軸方向の慣性力による振動を低減することのできる構成を開示している。
特開２００２−７８３１０号公報 特開２００２−１９９６８９号公報

しかしながら、特開２００２−７８３１０号公報や特開２００２−１９９６８９号公報に開示された構成は、騒音の原因となる運動方向変換機構を用いずに、簡単な構成で、可動子の軸方向の変位に応じて可動子が２方向の運動を行うことができるので有用であるが、空隙の形状により可動子の軸方向の運動と回転方向の運動との関係が固定されてしまうので、可動子の軸方向の運動と回転方向の運動を独立して制御できるものではなく、動作制御の自由度が高いものではなかった。

本発明は、従来技術の上記問題点を解決するために、運動方向変換機構を用いずに、可動子が軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータにおいて、動作制御の自由度を向上することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアクチュエータは、ケースと、コイル部材を有すると共にケース内に固定される固定子部材と、可動子を含むと共にケースに支持される可動子部材とを備え、また、可動子は、シャフトを有すると共に、シャフトの軸方向とシャフトの軸方向を回転軸心とする回転方向に運動し得るようにケースに支持され、更に、コイル部材に電流を流すことにより、可動子が軸方向と回転方向に運動するアクチュエータにおいて、固定子部材は、可動子部材に軸方向の力を与える第１の固定子部材と、可動子部材に回転方向の力を与える第２の固定子部材とを備え、また、コイル部材は、第１の固定子部材を通る第１磁路を励磁する第１のコイル部材と第２の固定子部材を通る第２磁路を励磁する第２のコイル部材を含み、第１の固定子部材と第２の固定子部材が、夫々、可動子に軸方向の力と回転方向の力を与える一方、可動子が、着磁方向が軸方向に対して略直交するように設けた磁石部材を含み、第１の固定子部材が、回転軸心に対して対称に設けられた１対の第１の固定子を含む一方、第２の固定子部材が、回転軸心に対して対称に設けられた１対の第２の固定子を含み、また、第１のコイル部材が、１対の第１の固定子に、夫々、設けられた１対の第１のコイルを含む一方、第２のコイル部材が、１対の第２の固定子に、夫々、設けられた１対の第２のコイルを含み、更に、１対の第１のコイルは、夫々、１対の第１の固定子を逆位相で励磁する一方、１対の第２のコイルは、夫々、１対の第２の固定子を逆位相で励磁するものである。

本願発明によれば、第１のコイルで第１の固定子を通る磁路を励磁することにより可動子に軸方向の力を与え、第２のコイルで第２の固定子を通る磁路を励磁することにより可動子に回転方向の力を与えるので、可動子の軸方向の運動と回転方向の運動を独立して制御することができる。このことにより、運動方向変換機構を用いずに、可動子が軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータの動作制御の自由度を向上することができる。

また、可動子の磁石の質量は回転軸心に対して対称に分布するので、可動子の回転方向の運動による慣性力は打ち消され、ケースに伝わる振動を低減することができる。

また、第１の固定子と第２の固定子は、可動子の磁石の両側の磁極を用いて可動子に軸方向と回転方向の力を与えるので、可動子は大きな力を受けて運動することができる。

また、１対の第１の固定子を含む軸方向の平面と、１対の第２の固定子を含む軸方向の平面が略直交するので、第１の固定子と第２の固定子との間隔が夫々大きくなるから、第１のコイルと第２のコイルを設ける空間を大きくすることができる。

また、可動子の２個の磁石が、夫々、逆の着磁方向を有すると共に、第１の固定子がＥ字形の３個の磁極部を有するので、可動子の２個の磁石は第１の固定子に対向して位置するときに軸方向の力を生じるのに適した磁極部の配置となるから、漏れ磁束を少なくすると共に、可動子は軸方向に大きな力を受けて効率よく運動することができる。

また、第２の固定子がＣ字形の２個の磁極部を有するので、可動子の２個の磁石は第２の固定子の２個の磁極部に対向して位置するときに回転方向の力を生じるのに適した磁極部の配置になるので、漏れ磁束を少なくすると共に、可動子は回転方向に大きな力を受けて効率よく運動することができる。

また、軸方向に見る時に、第１の固定子の磁極部の両端部と第２の固定子の磁極部の両端部が立体的に重なり合うので、第１の固定子と第２の固定子は、その夫々が可動子との対向面積を取るための空間を確保するので、可動子との対向面積を大きく取ることができ、可動子に大きな力を与えることができる。

また、第１の固定子の磁極部と第２の固定子の磁極部の間に空隙を形成したので、第１の固定子と第２の固定子の間の磁路の磁気抵抗が大きくなるから、可動子に力を与えるために寄与しない磁束を低減することができる。

また、可動子の磁石の端部が第１の固定子の磁極部の間の凹部を横切って回転するので、可動子の磁石の磁極部と第１の固定子の磁極部の軸方向の対向面積を大きく取ることができるから、可動子は軸方向に大きな力を受けて運動することができる。

また、可動子の２個の磁石が同じ大きさに形成され、更に、２個の磁石の一方の両端面が軸方向に当接すると共に、２個の磁石の他方の両端面が第１の固定子の軸方向の両端面と一致するので、２個の磁石の他方の両端面が第１の固定子の軸方向の端面と一致する位置が安定点となり、可動子の軸方向の変位が大きくなるにつれ、大きな力が変位とは逆方向に生じるようになるから、戻しばねの効果を得ることができる。

また、第１のコイルと第２のコイルが、夫々、第１の固定子の３個の磁極部と第２の固定子の２個の磁極部に分割して巻かれるので、コイルを分割することにより、１個の磁極部に巻いた場合と比較して、巻かれたコイルによる厚みの影響が少なくなるから、コイルを巻く空間を低減することができる。

また、軸方向共振ばねを可動子とケースの間に設けたので、可動子の質量と軸方向共振ばねのばね定数により定まる共振周波数の近傍の周波数で第１のコイルに交流電圧を印加することにより、可動子は共振現象を用いて効率よく大きい振幅で軸方向の往復運動をすることができる。

また、回転共振ばねを可動子とケースの間に更に設けたので、可動子の慣性モーメントと回転共振ばねのばね定数により定まる共振周波数の近傍の周波数で第２のコイルに交流電圧を印加することにより、可動子は共振現象を用いて効率よく大きい振幅で回転方向の往復運動をすることができる。

また、可動子と、別の可動子と、ケースと、これらの夫々の間に設けられて、軸方向に撓む３個のばねを含むばね部材とによりばね共振系を構成するので、可動子の軸方向の運動と回転方向の運動を独立して制御することができる。よって、軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータの動作制御の自由度を向上することができる。また、軸方向の共振動作において、可動子と別の可動子が、夫々、軸方向に逆方向の運動を行うようにできるので、軸方向の慣性力による振動を低減することができる。

また、第１の固定子と第２の固定子が、可動子と別の可動子のいずれか一方に、夫々、軸方向の力と回転方向の力を与えるので、可動子と別の可動子の他方は第１の固定子と第２の固定子から力を受けないから、ばね共振系の設計が容易になる。

また、第１の固定子が可動子と別の可動子の一方に軸方向の力を与え、また、第２の固定子が可動子と別の固定子の他方に回転方向の力を与えるので、軸方向に力を発生するための磁路と回転方向に力を発生するための磁路が分離されるから、磁気回路を容易に設計することができる。

また、第１の固定子と第２の固定子から力を受ける可動子と別の可動子のいずれか一方が、着磁方向が軸方向に対して略直交すると共に回転軸心に対して対称に配置した磁石を含むと共に、第１の固定子と第２の固定子が、夫々、回転軸心に対して対称に設けられているので、第１の固定子と第２の固定子は、可動子と別の可動子のいずれか一方に軸方向の力と回転方向の力を与えるから、ばね共振系は大きな力を受けて運動することができる。

また、第１の固定子から軸方向の力を受ける可動子と別の可動子のいずれか一方が、逆の着磁方向を夫々が有する２個の磁石を含むと共に、第１の固定子がＥ字形の３個の磁極部を有するので、２個の磁石は第１の固定子に対向して位置するときに軸方向の力を生じるのに適した磁極部の配置となるから、漏れ磁束を少なくすると共に、ばね共振系は軸方向に大きな力を受けて効率よく運動することができる。

また、第２の固定子から回転方向の力を受ける可動子と別の可動子のいずれか一方が、逆の着磁方向を夫々が有する２個の磁石を含むと共に、第２の固定子がＣ字形の２個の磁極部を有するので、２個の磁石は第２の固定子の２個の磁極部に対向して位置するときに回転方向の力を生じるのに適した磁極部の配置になるから、漏れ磁束を少なくすると共に、可動子と別の可動子のいずれか一方は回転方向に大きな力を受けて効率よく運動することができる。

更に、磁石の端部が第１の固定子の磁極部の間の凹部を横切って回転するので、磁石の磁極部と第１の固定子の磁極部の軸方向の対向面積を大きく取ることができるから、ばね共振系は軸方向に大きな力を受けて運動することができる。

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１乃至図１０は、本発明の第１の実施形態にかかるアクチュエータを示す。図１に示すように、このアクチュエータは、主に、ケース１と、各々に第１のコイル３を巻いた１対の第１の固定子２と、各々に第２のコイル５を巻いた１対の第２の固定子４と、可動子６とにより構成されている。可動子６は、シャフト６ａと、シャフト６ａに固着された駆動力発生部６ｂとを含む。

ケース１は、筐体部１ａと１対の軸受け部１ｂを含むと共に、第１の固定子２、第２の固定子４と可動子６を収納する。筐体部１ａは、金属製の磁性材料により有底円筒形状に形成される。一方、軸受け部１ｂの各々は、断面が同心の円筒管の中空部に表面を滑らかに加工された金属球を入れたいわゆるボールベアリングである。２個の軸受け部１ｂは、筐体部１ａの中心軸心と軸受け部１ｂの中心軸心が一致するように、筐体部１ａの両側の端面の中心に、夫々、設けられている。更に、２個の軸受け部１ｂは、可動子６のシャフト６ａ、即ち、可動子６がシャフト６ａの軸方向（以下、「軸方向」と呼ぶ）と、軸方向を中心軸心、即ち、回転軸心とする回転方向（以下、「回転方向」と呼ぶ）とに運動を行えるように、金属球によりシャフト６ａを支持する。

第１の固定子２は、第１の固定部材に含まれるもので、その各々は、磁性材料で断面がＥ字形の柱状に形成されたものであり、軸方向に対称に並ぶ３個の磁極部、即ち、両端の磁極部２ａ及び２ｂと中央の磁極部２ｃを有する。２個の第１の固定子２は、回転軸心に対して対称に配置されるように、ケース１の筐体部１ａの中空部に固定されている。第１の固定子２の磁極部２ａ〜２ｃは同じ幅と長さを有している。第１の固定子２において、中央の磁極部２ｃに第１のコイル３が巻かれており、第１のコイル３に電流を流すことにより、中央の磁極部２ｃと両端の磁極部２ａ及び２ｂに異なる磁極が生じる。例えば、図２に示すように、中央の磁極部２ｃにＮ極が生じれば、両端の磁極部２ａ及び２ｂにはＳ極が生じる。磁極部２ａ〜２ｃが可動子６に対向するように位置するので、第１の固定子２は、漏れ磁束が少なく、効率のよい磁気回路を構成する。２個の第１の固定子２は、可動子６に主に軸方向の力を与えるために用いられる。

第１のコイル３は、第１のコイル部材に含まれるもので、第１の固定子２の中央の磁極部２ｃに樹脂製のコイルボビン（図示せず）を介して巻かれる。第１のコイル３は、第１の固定子２と、第１の固定子２と可動子６の間の空隙と、可動子６とを通る磁路を励磁するものである。また、２個の第１の固定子２の一方に設けられている第１のコイル３の励磁と他方の第１の固定子２に設けられている第１のコイル３の励磁が逆位相となるように、第１のコイル３が接続される。例えば、図２に示すように、２個の第１の固定子２の一方の中央の磁極部２ｃがＮ極に励磁されている時に、他方の第１の固定子２の中央の磁極部２ｃがＳ極に励磁されるように、第１のコイル３が接続される。

第２の固定子４は、第２の固定子部材に含まれるもので、その各々は、磁性材料で断面がＣ字形の柱状に形成されたものであり、軸方向に対称に並ぶ２個の磁極部４ａと４ｂを有する。２個の第２の固定子４は、回転軸心に対して対称に配置されるように、ケース１の筐体部１ａの中空部に固定されている。そして、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、２個の第１の固定子２を含む軸方向の平面と、２個の第２の固定子４を含む平面とは互いに直交するように設けられている。したがって、第１の固定子２と第２の固定子４との間隔が大きくなるので、第１のコイル３と第２のコイル５を設ける空間を大きくすることができる。そして、第２の固定子４の磁極部４ａと４ｂは同じ幅と長さを有している。そして、図３に示すように、第２の固定子４の各々において、第２のコイル５が磁極部４ａと４ｂに分割して巻かれており、第２のコイル５に電流を流すことにより、磁極部４ａと４ｂに、夫々、異なる磁極が生じる。例えば、図３に示すように、磁極部４ａにＳ極が生じれば、磁極部４ｂにはＮ極が生じる。磁極部４ａと４ｂが可動子６に対向するように位置するので、第２の固定子４は、漏れ磁束が少なく、効率のよい磁気回路を構成する。２個の第２の固定子４は、可動子６に主に回転方向の力を与えるために用いられる。

第２のコイル５は、第２のコイル部材に含まれるもので、第２の固定子４の磁極部４ａと４ｂの各々に樹脂製のコイルボビン（図示せず）を介して分割して巻かれる。第２のコイル５は、第２の固定子４と、第２の固定子４と可動子６の空隙と、可動子６とを通る磁路を励磁するものである。また、２個の第２の固定子４の一方に設けられている第２のコイル５の励磁と他方の第２のコイル５に設けられている第２のコイル５の励磁が逆位相となるように、第２のコイル５が接続される。例えば、図３に示すように、２個の第２の固定子４の一方の磁極部４ａがＳ極に励磁されている時に、他方の第２の固定子４の対応する磁極部４ａがＮ極に励磁されるように、第２のコイル５が接続される。

上述のようにして、第１の固定子部材と第２の固定子部材とを含む固定子部材は、第１のコイル部材と第２のコイル部材とを含むコイル部材を有すると共にケース１内に固定されている。

可動子６は、可動子部材に含まれるものであり、上述したように、シャフト６ａと駆動力発生部６ｂを含む。シャフト６ａは、金属製の円筒からなり、シャフト６ａの軸方向とシャフト６ａの軸方向を回転軸心とする回転方向に運動できるように２個の軸受け部１ｂによりケース１に支持されている。駆動力発生部６ｂは、着磁方向（Ｓ極からＮ極に向かう方向）が、図４（Ａ）と図４（Ｂ）に示すように互いに逆方向になるように半径方向に着磁される２個の円筒管状の磁石６ｂ１と６ｂ２を有して形成される磁石部材を備えている。磁石６ｂ１と６ｂ２は、磁石６ｂ１と６ｂ２の中心軸心がシャフト６ａの中心軸心と一致するように、シャフト６ａに固着される。このことにより、磁石６ｂ１と６ｂ２は、回転軸心に対して対称に、着磁方向が軸方向に対して直交するように設けられる。したがって、磁石６ｂ１と６ｂ２の質量は回転軸心に対して対称に分布するので、可動子６の回転方向の運動による慣性力は打ち消され、ケース１に伝わる振動を低減することができる。

また、第１の固定子２と第２の固定子４は、夫々、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２の両側に位置する磁極部２ａ〜２ｃと磁極部４ａ及び４ｂを用いて、可動子６に軸方向と回転方向の力を与えるので、可動子６は大きな力を受けて運動することができる。ここで、可動子６の駆動力発生部６ｂが円筒状磁極面を有するのに対し、第１の固定子２と第２の固定子４の磁極部は、可動子６に面する平面の磁極面を有する。そして、磁石６ｂ１と６ｂ２の各々は、図２に示すように、Ｅ字形の磁極部２ａ〜２ｃを有する第１の固定子２の各凹部の幅と同じ厚さを有している。図２に示すように、磁石６ｂ１と６ｂ２の各々の側面が第１の固定子２の各凹部に対向するように、磁石６ｂ１と６ｂ２が軸方向に間隔をあけてシャフト６ａに設けられている。このとき、図３に示すように、磁石６ｂ１と６ｂ２は、夫々、第２の固定子４の磁極部４ａと４ｂに対向している。図４（Ａ）と図４（Ｂ）に示すように、可動子６の駆動力発生部６ｂの円形磁極面と第１の固定子２と第２の固定子４の磁極部の平らな磁極面との間に空隙が形成されるように、磁石６ｂ１と６ｂ２の直径が設定される。

上記のような構成にして、第１のコイル３に電流を流すことにより、第１の固定子２の磁極部２ａ〜２ｃには、夫々、例えば図２に示す磁極が生じる。そうすると、磁石６ｂ１が第１の固定子２の上端の磁極部２ａからは吸引力が与えられ、中央の磁極部２ｃからは反発力が与えられる。一方、磁石６ｂ２は、第１の固定子２の中央の磁極部２ｃから吸引力が与えられ、下端の磁極部２ｂからは反発力が与えられる。したがって、可動子６は、第１の固定子２から軸方向の力（図２の場合は矢印Ａの上方の力）を受ける。また、第１のコイル３にこれとは逆方向の電流を流すと、磁極部２ａ〜２ｃに生じる磁極の極性が逆になるので、軸方向の力も逆方向に受けることになる。

また、第２のコイル５に電流を流すことにより、第２の固定子４の磁極部４ａと４ｂには、夫々、例えば図４（Ａ）と図４（Ｂ）に示す磁極が生じる。この時、図４（Ａ）において、磁石６ｂ１は、主に第２の固定子４から力を受けるので、矢印Ｂで示す右回りの回転方向の力を受ける。また、図４（Ｂ）において、磁石６ｂ２も、主に第２の固定子４から力を受けるので、矢印Ｂで示す右回りの回転方向の力を受ける。したがって、図４（Ａ）と図４（Ｂ）において、可動子６は、第２の固定子４により右回りの回転方向の力を受ける。また、第２のコイル５にこれとは逆方向の電流を流すと、第２の固定子４の磁極部４ａと４ｂに生じる磁極の極性が逆になるので、左回りの回転方向の力が可動子６に印加される。

したがって、このアクチュエータは、可動子６の軸方向の運動と回転方向の運動を独立して制御することができ、軸方向の変位に対する推力特性（図５）と回転方向の回転角度に対するトルク特性（図６）を有している。すなわち、図５において、曲線ＦＺ１は、第１のコイル３に電流が流れていないときの推力特性を示し、曲線ＦＰ１は、第１のコイル３にプラス方向の電流が流れたときの推力特性を示し、また、曲線ＦＭ１は、第１のコイル３にマイナス方向の電流が流れたときの推力特性を示す。一方、図６において、曲線ＴＺ１は、第２のコイル５に電流が流れていないときのトルク特性を示し、曲線ＴＰ１は、第２のコイル５にプラス方向の電流が流れたときのトルク特性を示し、また、曲線ＴＭ１は、第２のコイル５にマイナス方向の電流が流れたときのトルク特性を示す。

ここで、推力特性は、第１の固定子２と可動子６が図２に示すように配置されているときを軸方向の基準位置としている一方、トルク特性は、第１の固定子２と第２の固定子４と可動子６が図４（Ａ）と図４（Ｂ）に示すように配置されているときを回転方向の基準位置としている。したがって、第１のコイル３と第２のコイル５に交流電圧を印加することにより、第１のコイル３と第２のコイル５の各々にプラス方向とマイナス方向の電流が流れるので、可動子６は、軸方向と回転方向の２方向に往復運動を行う。

ところで、図１のアクチュエータの変形例にかかるアクチュエータを示す図７では、第２の固定子４を、第１の固定子２と同様にして、３個の磁極部、即ち、両端の磁極部４ａ及び４ｂと中央の磁極部４ｃを有するＥ字形に形成している。この時、図８（Ａ）において、磁石６ｂ１と第２の固定子４の上端の磁極部４ａとの位置関係は、磁石６ｂ１が矢印Ｂで示す右回りの回転運動を行う力が発生するようになる。また、図８（Ｂ）において、磁石６ｂ２と第２の固定子４の下端の磁極部４ｂとの位置関係は、磁石６ｂ２が矢印Ｃで示す左回りの回転運動を行う力が発生するようになる。よって、磁石６ｂ１の回転方向と磁石６ｂ２の回転方向は互いに逆になるので、磁石６ｂ１の回転運動と磁石６ｂ２の回転運動は互いに打ち消し合う。また、図７に示すように、磁石６ｂ１と６ｂ２の磁極面と第２の固定子４の磁極部４ａ〜４ｃの磁極面は対向しないので、可動子６が第２の固定子４から受ける力も小さくなる。したがって、図７のＥ字形の第２の固定子４の代りに図１のＣ字形の第２の固定子４を用いることにより、可動子６が第２の固定子４から回転方向に受ける力を大きくすることができる。

次に、本発明の第１の実施形態にかかるアクチュエータの動作について説明する。可動子６は、前述した軸方向の基準位置（図２）と回転方向の基準位置（図４（Ａ)及び図４（Ｂ））にあり、第１のコイル３と第２のコイル５には電流が流れていないものとする。このとき、可動子６は、図５の曲線ＦＺ１と図６の曲線ＴＺ１に示すようにつりあった状態にあり、軸方向にも回転方向にも力を受けないので静止している。

ここで、図９に示すように、第１のコイル３と第２のコイル５に夫々波形ＶＳと波形ＶＲ１で表される矩形波の交流電圧を印加すると、第１のコイル３と第２のコイル５に交流が流れ、第１のコイル３は、第１の固定子２を通る磁路（第１磁路）を励磁し、第２のコイル５は、第２の固定子４を通る磁路（第２磁路）を励磁する。すると、可動子６は、図５に示す軸方向の力と図６に示す回転方向の力を受ける。第１のコイル３と第２のコイル５に流れる交流の位相は、可動子６の運動やコイルの巻数などによって変化するが、第１のコイル３に流れる交流により、可動子６は、軸方向に例えば図９の曲線ＤＳのように運動する。一方、可動子６は、第２のコイル５により、例えば図９に示した位相で、区間ＲＬでは左回りの回転運動を行い、区間ＲＲでは右回りの回転運動を行う。したがって、可動子６は、軸方向に往復運動をしながら軸方向と同じ周期で回転方向の往復運動を行う。

また、上述したように、このアクチュエータでは、可動子６の軸方向の運動と回転方向の運動を独立して制御できるので、例えば図１０に示すように、波形ＶＲ２で表される第２のコイル５に印加する交流電圧の周波数を波形ＶＳで表される第１のコイル３に印加する交流電圧の周波数の２倍にすると、可動子６は、軸方向に１往復の運動をする間に回転方向に２往復の運動を行うようにすることができる。

このように、本発明の第１の実施形態にかかるアクチュエータにおいては、第１のコイル３で第１の固定子２を通る磁路を励磁することにより可動子６に軸方向の力を与え、第２のコイル５で第２の固定子４を通る磁路を励磁することにより可動子６に回転方向の力を与えるので、可動子６の軸方向の運動と回転方向の運動を独立して制御することができる。このことにより、運動方向変換機構を用いずに、可動子６が軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータの動作制御の自由度を向上することができる。

そして、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２の質量は回転軸心に対して対称に分布するので、可動子６の回転方向の運動による慣性力は打ち消され、ケース１に伝わる振動を低減することができる。また、第１の固定子２と第２の固定子４は、夫々、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２の両側に位置する磁極部２ａ〜２ｃと磁極部４ａ及び４ｂを用いて、可動子６に軸方向と回転方向の力を与えるので、可動子６は大きな力を受けて運動することができる。

更に、第１の固定子２を磁極部２ａ〜２ｃを有するＥ字形で形成する一方、第２の固定子４を磁極部４ａと４ｂを有するＣ字形で形成すると共に、第１の固定子２と第４の固定子４を直交するように配置することにより、第１の固定子２と第２の固定子４の間隔が大きくなるので、第１のコイル３を第１の固定子２に設ける空間と第２のコイル５を第２の固定子４に設ける空間を大きくすることができる。また、第１の固定子２が可動子６の２個の磁石６ｂ１と６ｂ２に対向して位置するときに、第１の固定子２の磁極部２ａ〜２ｃが軸方向の力を生じるのに適した配置となるので、第１の固定子２は漏れ磁束を少なくすると共に、可動子６は軸方向に大きな力を受けて効率よく運動することができる。また、第２の固定子４が可動子６の２個の磁石６ｂ１と６ｂ２に対向して位置するときに、第２の固定子４の磁極部４ａと４ｂが回転方向の力を生じるのに適した配置となるので、第２の固定子４は漏れ磁束を少なくすると共に、可動子６は回転方向に大きな力を受けて効率よく運動することができる。
（第２の実施形態）
次に、図１１と図１２は、本発明の第２の実施形態にかかるアクチュエータを示す。このアクチュエータは、第１の実施形態のアクチュエータと、第１の固定子２と第２の固定子４の形状と相対位置が異なっており、その他は第１の実施形態のアクチュエータと同じ構成である。

このアクチュエータでは、第１の固定子２と第２の固定子４の磁極部の磁極面が、可動子６の駆動力発生部６ｂの円筒状磁極面と一定の空隙を介して対向するように、円形曲面に形成されている。そして、第２の固定子４の磁極部が、第１の固定子２のＥ字形の磁極部の間の凹部に設けられている。よって、図１２に示すように、軸方向に見る時、第１の固定子２と第２の固定子４の磁極部の両端部が、立体的に重なり合う重なり部ＣＰを形成している。したがって、図１１に示すように、空隙Ｇが、第１の固定子２の磁極部と第２の固定子４の磁極部の間に形成される。

このような構成にすることにより、第１の固定子２と第２の固定子４は、その夫々が可動子６と対向する面積を大きくするための空間を確保するので、可動子６との対向面積を大きく取ることができ、可動子６に大きな力を与えることができる。また、空隙Ｇを設けたことにより、図１２中の矢印で示された可動子６に力を与えるために寄与しない磁路ＷＣ（例えば、軸方向について考えたときには、第１の固定子２のＮ極→空隙Ｇ→第２の固定子４→空隙Ｇ→第１の固定子２のＳ極）の磁気抵抗を大きくして、磁路ＷＣに流れる磁束を減少させ、可動子６に大きな力を与えることができる。ここで、空隙Ｇの幅は、可動子６の駆動力発生部６ｂと第１の固定子２及び第２の固定子４との間の上記の一定の空隙の幅などを考慮して設計する。

このように、第２の実施形態においては、第１の固定子２と第２の固定子４の磁極部が可動子６との対向面積を取るための空間を確保するので、可動子６との対向面積を大きく取ることができる。よって、第１の固定子２と第２の固定子４の間の磁路の磁気抵抗が大きくなるので、可動子６に力を与えるために寄与しない磁束を低減することができる。したがって、可動子６に軸方向と回転方向に大きな力を与えることができる。
（第３の実施形態）
次に、図１３は、本発明の第３の実施形態にかかるアクチュエータを示す。このアクチュエータは、第１の実施形態のアクチュエータと、可動子６の形状と可動子６及び第１の固定子２の相対位置が異なっており、その他は第１の実施形態のアクチュエータと同じ構成である。

可動子６の駆動力発生部６ｂを形成する磁石６ｂ１と６ｂ２の各々は、第１の固定子２のＥ字形の磁極部２ａ〜２ｃの間の凹部の軸方向の幅よりも小さい厚さを有する円筒状の磁石であり、その直径は対になった第１の固定子２の対応する磁極部間の距離よりも大きく形成され、第１の固定子２の磁極部２ａ〜２ｃの間の凹部に突入するように設けられている。そのため、可動子６の軸方向の運動は、第１の固定子２の前記の凹部内に制限される。また、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２の半径方向の端部が第１の固定子２の両凹部を横切って回転する。このため、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２の磁極部と第１の固定子２の磁極部２ａ〜２ｃの軸方向の対向面積を大きく取ることができるので、可動子６は軸方向に大きな力を受けて運動することができる。
（第４の実施形態）
次に、図１４と図１５は、本発明の第４の実施形態にかかるアクチュエータを示す。このアクチュエータは、第１の実施形態のアクチュエータと、可動子６の磁石６ｂ１及び６ｂ２の形状が異なっており、その他は第１の実施形態のアクチュエータと同じ構成である。

図１４に示すように、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２は、同じ大きさの円筒状に形成されており、対向する両端面が軸方向に当接する一方、当接する両端面と反対側の両端面は第１の固定子２の軸方向の両端面と一致するように設けられている。磁石６ｂ１と６ｂ２の当接する両端面は、第１の固定子２の中央の磁極部２ｃの軸方向の中央に配置されている。

このような構成にすることにより、磁石６ｂ１と６ｂ２の当接する両端面と反対側の両端面が第１の固定子２の軸方向の両端面と一致する位置が安定点となる。図１５において、このアクチュエータは、第１のコイル３に電流が流れていないときには曲線ＦＺ２、第１のコイル３にプラス方向の電流が流れたときには曲線ＦＰ２、また、第１のコイル３にマイナス方向の電流が流れたときには曲線ＦＭ２で示される推力特性を有する。つまり、可動子６に軸方向の変位が生じると、可動子６を逆方向へ引き戻す力が生じる特性となる。したがって、可動子６は、戻しばねに連結されたように動作するので、安定した往復動作を行うことができる。

このように第４の実施形態においては、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２の当接する両端面と反対側の両端面が第１の固定子２の軸方向の両端面と一致する位置が安定点となり、可動子６の軸方向の変位が大きくなるにつれ、大きな力が変位とは逆方向に生じるようになるので、戻しばねの効果を得ることができる。

なお、第４の実施形態では、可動子６の駆動力発生部６ｂは、当接する２個の磁石６ｂ１と６ｂ２を含むが、一体部品で形成してもよい。
（第５の実施形態）
次に、図１６（Ａ）と図１６（Ｂ）は、本発明の第５の実施形態にかかるアクチュエータにおける第１の固定子２に対する第１のコイル３の２通りの巻き方を示す。このアクチュエータは、第１の実施形態のアクチュエータと、第１のコイル３の第１の固定子２への巻き方が異なっており、その他は第１の実施形態のアクチュエータと同じ構成である。

第１の実施形態のアクチュエータでは、図２に示すように、第１のコイル３は、第１の固定子２の中央の磁極部２ｃに巻かれていた。しかしながら、このアクチュエータでは、図１６（Ａ)に示すように、第１のコイル３は、第１の固定子２の両端の磁極部２ａと２ｂに分割して巻かれている。このとき、これらの第１のコイル３は、中央の磁極部２ｃと両端の磁極部２ａ及び２ｂが異なった磁極に励磁されるよう接続されている。このように第１のコイル３を磁極部２ａと２ｂに分割して巻くことにより、第１のコイル３を１個の磁極部２ｃに巻いた第１の実施形態と比較して、巻かれた第１のコイル３による厚みの影響が少なくなるので、第１のコイル３を巻く空間を低減することができる。また、図１６（Ｂ）に示すように、第１のコイル３を、第１の固定子２の磁極部２ａ〜２ｃの夫々に分割して巻くこともできる。

このように、第５の実施形態においては、第１のコイル３を第１の固定子２の両端の磁極部２ａと２ｂまたは磁極部２ａ〜２ｃに分割して巻くことにより、第１のコイル３を１個の磁極部２ｃに巻いた第１の実施形態と比較して、巻かれた第１のコイル３による厚みの影響が少なくなるので、第１の固定子２に第１のコイル３を巻く空間を更に低減することができる。
（第６の実施形態）
次に、図１７は、本発明の第６の実施形態にかかるアクチュエータを示す。このアクチュエータは、第４の実施形態のアクチュエータと、１対の共振ばね８を設けた点で異なっており、その他は第４の実施形態のアクチュエータと同じ構成である。

共振ばね８の各々は、コイルばねで形成され、撓んだ状態でケース１と可動子６の間に設けられている。即ち、一方の共振ばね８は、磁石６ｂ１と対応する軸受け部１ｂの間に設けられ、その両端が、夫々、磁石６ｂ１と対応する軸受け部１ｂに固定されている。他方の共振ばね８は、磁石６ｂ２と対応する軸受け部１ｂの間に設けられ、その両端が、夫々、磁石６ｂ２と対応する軸受け部１ｂに固定されている。このようにすることにより、共振ばね８は、可動子６の軸方向の運動に対しても、可動子６の回転方向の運動に対しても、ばねとして働くことができる。よって、共振ばね８は、軸方向の共振に用いる軸方向共振ばねの機能だけでなく、回転方向の共振に用いる回転共振ばねの機能も有する。

したがって、可動子６は、共振ばね８の軸方向のばね定数（軸方向共振ばねとしてのばね定数）と可動子６の質量によって定まる共振周波数の近傍の周波数で第１のコイル３に交流電圧を与えて励磁することにより、共振現象により効率よく軸方向の往復運動を行う。また、可動子６は、共振ばね８の回転方向のばね定数（回転共振ばねとしてのばね定数）と可動子６の慣性モーメントによって定まる共振周波数の近傍の周波数で第２のコイル５に交流電圧を与えて励磁することにより、共振現象により効率よく回転方向の往復運動を行う。ここで、第１のコイル３と第２のコイル５に印加する交流電圧の周波数を共振周波数の近傍としたのは、第１のコイル３と第２のコイル５に交流電圧を印加する電気回路の影響により、実際の共振周波数が、運動系のみで決まる共振周波数から多少ずれるからである。

このように、第６の実施形態においては、共振ばね８の各々が、軸方向共振ばねと回転共振ばねの両方の機能を有するので、可動子６の質量と軸方向共振ばねのばね定数により定まる共振周波数の近傍の周波数で第１のコイル３に交流電圧を印加することにより、可動子６は共振現象を用いて効率よく大きい振幅で軸方向の往復運動をすることができる。また、可動子６の慣性モーメントと回転共振ばねのばね定数により定まる共振周波数の近傍の周波数で第２のコイル５に交流電圧を印加することにより、可動子６は共振現象を用いて効率よく大きい振幅で回転方向の往復運動をすることができる。また、共振ばね８の各々が軸方向共振ばねとしてだけでなく回転共振ばねとしても働くので、共振ばね８を設ける空間を減少させることができる。

なお、ここでは、共振ばね８の各々が、軸方向共振ばねと回転共振ばねの両方の機能を有する場合を説明したが、第６の実施形態はこの場合に限るものではなく、軸方向共振ばねと回転共振ばねを別々に設けてもよい。この目的のために、例えば、板ばねと渦巻きばねを、夫々、軸方向共振ばねと回転共振ばねとして用いてもよい。また、軸方向共振ばねとしてのコイルばねと回転共振ばねとしてのコイルばねの一方を他方の空間に入れて組み合わせることにより、共振ばね８を設けるのに必要な空間を低減することができる。
（第７の実施形態）
次に、図１８乃至図２０は、本発明の第７の実施形態にかかるアクチュエータを示す。このアクチュエータは、第１の実施形態のアクチュエータと、別の可動子１７とばね部材１８を設けて、ケース１に収納した点で異なっており、その他は第１の実施形態のアクチュエータと同じ構成である。したがって、このアクチュエータは、第１の実施形態のアクチュエータと大略同様に動作する。また、図１８のアクチュエータの変形例にかかるアクチュエータを示す図２１では、第２の固定子４を、第１の実施形態の変形例（図７）と同様に、３個の磁極部、即ち、両端の磁極部４ａ及び４ｂと中央の磁極部４ｃを有するＥ字形に形成している。

別の可動子１７は、可動子部材に含まれるもので、銅、タングステン、黄銅等で筺体部１ａの内径より小さい外径の円筒管で形成され、シャフト６ａの直径より大きい直径の円形貫通孔が、別の可動子１７の中心軸心に設けられている。別の可動子１７は、貫通孔にシャフト６ａを挿通した状態で可動子６の磁石６ｂ２と対応する軸受け部１ｂの間で磁石６ｂ２と軸方向に並ぶように筺体部１ａ内に収納されている。別の可動子１７は、可動子６とは別に軸方向に運動を行えるように、後述のばね部材１８を用いて磁石６ｂ２と軸受け部１ｂの間に支持されている。別の可動子１７の質量は、可動子６の質量と同程度に設定されている。

ばね部材１８は、軸方向に撓む３個のコイルばね、即ち、第１のばね１８ａ、第２のばね１８ｂと第３のばね１８ｃにより構成されている。第１のばね１８ａは、磁石６ｂ１と対応する軸受け部１ｂの間に設けられ、その両端が、夫々、磁石６ｂ１と対応する軸受け部１ｂに固定されている。また、第２のばね１８ｂは、磁石６ｂ２と別の可動子１７の間に設けられ、その両端が、夫々、磁石６ｂ２と別の可動子１７に固定されている。更に、第３のばね１８ｃは、別の可動子１７と対応する軸受け部１ｂの間に設けられ、その両端が、夫々、別の可動子１７と対応する軸受け部１ｂに固定されている。その結果、ばね１８は、回転方向にもばねとして働く。

また、ケース１と、可動子６と、別の可動子１７と、ばね部材１８とは、夫々の質量とばね部材１８の第１のばね１８ａ、第２のばね１８ｂと第３のばね１８ｃの夫々のばね定数により決まる共振周波数で軸方向の共振運動を行うばね共振系を構成する。このばね共振系は、ケース１を固定した状態に近似できる時には２個の共振周波数を持つ。一方の共振周波数（以下、「１次モード共振周波数」と呼ぶ）では、可動子６と別の可動子１７とが軸方向に同位相で運動し、また、他方の共振周波数（以下、「２次モード共振周波数」と呼ぶ）では、可動子６と別の可動子１７とが軸方向に逆位相で運動する。よって、第１のコイル３に２次モード共振周波数の近傍の周波数の交流電圧を印加すると、可動子６と別の可動子１７は軸方向に逆位相で動作する共振運動を行う。したがって、可動子６は、軸方向の共振運動により、大きな軸方向の振幅を効率よく得ることができる。また、可動子６の質量と別の可動子１７の質量を同程度としているので、可動子６と別の可動子１７の夫々の慣性力が打ち消し合うから、ケース１に伝わる軸方向の慣性力による振動を低減することができる。

一方、ばね部材１８は、コイルばねであるので両端を固定することにより、回転方向のばねの機能を有するから、ケース１と、可動子６と、別の可動子１７と、ばね部材１８とは、夫々の慣性モーメントとばね部材１８の第１のばね１８ａ、第２のばね１８ｂと第３のばね１８ｃの夫々の回転方向のばね定数により決まる共振周波数で回転方向の共振運動を行うばね共振系を構成することができる。したがって、この共振周波数の近傍の周波数で交流電圧を第２のコイル５に印加することにより、可動子６は、回転方向の共振運動により大きな回転方向の振幅を効率よく得ることができる。

第７の実施形態において、可動子６の軸方向と回転方向の共振運動を行うために、第１のコイル３と第２のコイル５に印加する交流電圧の周波数を共振周波数の近傍としたのは、第１のコイル３と第２のコイル５に交流電圧を印加する電気回路の影響により、実際の共振周波数が、運動系のみで決まる共振周波数から多少ずれるからである。

このように、本発明の第７の実施形態にかかるアクチュエータにおいては、可動子６と、別の可動子１７と、ケース１と、これらの部材の間で軸方向に撓むばね部材１８とによりばね共振系を構成し、第１のコイル３で第１の固定子２を通る磁路を励磁することにより、可動子６に軸方向の力を与えて軸方向の共振運動を行う一方、第２のコイル５で第２の固定子４を通る磁路を励磁することにより、可動子６に回転方向の力を与えて回転方向の共振運動を行うので、可動子６の軸方向の運動と回転方向の運動を独立して制御することができる。また、軸方向の共振運動において、可動子６と別の可動子１７が、夫々、軸方向で逆に運動することができるので、ケース１に伝わる軸方向の慣性力による振動を低減することができる。このことにより、運動方向変換機構を用いずに、可動子６が軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータの動作制御の自由度を向上することができる。

また、第１の固定子２と第２の固定子４は、夫々、軸方向の力と回転方向の力を可動子６に与えるが、別の可動子１７は、第１の固定子２と第２の固定子４から力を直接に受けないので、ばね共振系の設計が容易となる。

更に、第７の実施形態においては、可動子６が、第１の固定子２と第２の固定子４から軸方向の力と回転方向の力を受ける場合を説明したが、この場合に限るものではない。軸方向の力と回転方向の力が可動子６からばね部材１８を介して別の可動子１７に伝わるので、可動子６と別の可動子１７の磁気構造を入れ替えて、別の可動子１７が、第１の固定子２と第２の固定子４から軸方向の力と回転方向の力を受けるように構成してもよい。
（第８の実施形態）
次に、図２２は、本発明の第８の実施形態にかかるアクチュエータ示す。このアクチュエータは、第７の実施形態のアクチュエータと、可動子６の形状と可動子６及び第１の固定子２の相対位置が異なっており、その他は第７の実施形態のアクチュエータと同じ構成である。より詳しくは、このアクチュエータは、図１３に示す第３の実施形態のアクチュエータの可動子６の形状と可動子６及び第１の固定子２の相対位置を第７の実施形態のアクチュエータに適用することにより得られる。

したがって、第３の実施形態と同様に、可動子６の駆動力発生部６ｂを形成する磁石６ｂ１と６ｂ２の各々は、第１の固定子２のＥ字形の磁極部２ａ〜２ｃの間の凹部の軸方向の幅よりも小さい厚さを有する円筒状の磁石であり、その直径は対になった第１の固定子２の対応する磁極部間の距離よりも大きく形成され、第１の固定子２の磁極部２ａ〜２ｃの間の凹部に突入するように設けられているので、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２の半径方向の端部が第１の固定子２の両凹部を横切って回転する。このため、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２の磁極部と第１の固定子２の磁極部２ａ〜２ｃの軸方向の対向面積を大きく取ることができるので、可動子６は軸方向に大きな力を受けて運動することができる。
（第９の実施形態）
次に、図２３は、本発明の第９の実施形態にかかるアクチュエータを示す。このアクチュエータは、第７の実施形態のアクチュエータと、可動子６の磁石６ｂ１及び６ｂ２の形状が異なっており、その他は第７の実施形態のアクチュエータと同じ構成である。より詳しくは、このアクチュエータは、図１４に示す第４の実施形態の可動子６の磁石６ｂ１及び６ｂ２の形状を第７の実施形態のアクチュエータに適用することにより得られる。

したがって、第４の実施形態と同様に、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２は、同じ大きさの円筒状に形成されており、対向する両端面が軸方向に当接する一方、当接する両端面と反対側の両端面は第１の固定子２の軸方向の両端面と一致するように設けられている。磁石６ｂ１と６ｂ２の当接する両端面は、第１の固定子２の中央の磁極部２ｃの軸方向の中央に配置されている。

このような構成にすることにより、磁石６ｂ１と６ｂ２の当接する両端面と反対側の両端面が第１の固定子２の軸方向の両端面と一致する位置が安定点となり、可動子６は、第４の実施形態と同様に戻しばねに連結されたように動作するので、ばね部材１８としてばね定数の低いばねを使用することができる。

このように第９の実施形態においては、可動子６の磁石６ｂ１と６ｂ２の当接する両端面と反対側の両端面が第１の固定子２の軸方向の両端面と一致する位置が安定点となり、可動子６の軸方向の変位が大きくなるにつれ、大きな力が変位とは逆方向に生じるようになるので、戻しばねの効果を得ることができる。

なお、第９の実施形態では、可動子６の駆動力発生部６ｂは、当接する２個の磁石６ｂ１と６ｂ２を含むが、着磁方向が２個所で異なる１個の磁石で形成してもよい。
（第１０の実施形態）
図２４は、本発明の第１０の実施形態にかかるアクチュエータを示す。このアクチュエータは、第９の実施形態のアクチュエータと、可動子６が第２の固定子４から力を受けず、別の可動子１７が第２の固定子４から力を受ける点で異なっており、その他は第９の実施形態と同じ構成である。

別の可動子１７は、可動子６と同様に、互いに当接する２個の磁石１７ａと１７ｂを含み、シャフト６ａの直径より大きい直径の円形貫通孔が、磁石１７ａと１７ｂの各々の中心軸心に設けられている。磁石１７ａと１７ｂは、貫通孔にベアリングを介してシャフト６ａを挿通した状態で可動子６の磁石６ｂ２と対応する軸受け部１ｂの間で軸方向に並ぶように筺体部１ａ内に収納されて、磁石６ｂ２と対応する軸受け部１ｂの間にばね部材１８の第２のばね１８ｂと第３のばね１８ｃを用いて支持されている。別の可動子１７の磁石１７ａと１７ｂの合計質量は、可動子６の質量と同程度に設定されている。また、第２の固定子４は、第７の実施形態のアクチュエータの第２の固定子４（図２０）と同じ形状を有すると共に、別の可動子１７に対向している。

このように構成することにより、第１０の実施形態では、第１の固定子２からの軸方向の力に寄与する磁束と、第２の固定子４からの回転方向の力に寄与する磁束とを別々に取扱うことができるので、ばね共振系の設計が容易になる。

また、第１０の実施形態において、第１の固定子２から可動子６に軸方向の力を与え、第２の固定子４から別の可動子１７に回転方向の力を与えることにより、軸方向の力を発生するための磁路と回転方向の力を発生する磁路が互いに分離されるので、磁気回路を容易に設計することができる。

更に、第１０の実施形態において、可動子６に軸方向の力を与え、別の可動子１７に回転方向の力を与える構成を説明したが、この構成を、可動子６に回転方向の力を与え、別の可動子１７に軸方向の力を与える逆の構成と置換してもよい。

一方、第７の実施形態と第１０の実施形態において、可動子６の質量と別の可動子１７の質量を同程度に設定したが、この設定に限るものではない。例えば、可動子６の質量と別の可動子１７の質量を互いに不均衡になるように調整する時、軸方向の振動を低減すると共に、往復運動の振幅を調整することができるという効果が得られる。

また、第１の実施形態のアクチュエータと同様に、図１１と図１２に示す第２の実施形態のアクチュエータの第１の固定子２と第２の固定子４の形状と相対位置や、図１６（Ａ）と図１６（Ｂ）に示す第５の実施形態のアクチュエータの第１のコイル３の第１の固定子２への巻き方を第７の実施形態のアクチュエータに適用し得ることは言うまでもない。

更に、上記の第１の実施形態乃至第１０の実施形態において、可動子６の駆動力発生部６ｂの磁石６ｂ１と６ｂ２は、回転軸心に対して対称であり、回転軸心に対して対称に配置した１対の第１の固定子２と１対の第２の固定子４を、夫々、逆位相で励磁する構成を説明したが、この構成に限るものではなく、１個の第１の固定子２と１個の第２の固定子４を設けて、磁石６ｂ１と６ｂ２の片側の磁極のみを使用してもよい。

その上、上記の第１の実施形態乃至第１０の実施形態において、可動子６の駆動力発生部６ｂが２個の磁石６ｂ１と６ｂ２を有する構成を説明したが、駆動力発生部６ｂを１個の磁石だけで形成してもよい。この場合、例えば、第１の固定子２が、１個の磁極部またはＣ字形の２個の磁極部を有し、第２の固定子４が１個の磁極部を有する時、可動子６を軸方向と回転方向に運動し得る。
（第１１の実施形態）
図２５乃至図３１は、本発明の第１１の実施形態にかかるアクチュエータを示す。図２５に示すように、このアクチュエータは、軸方向駆動用の軸方向アクチュエータ２１と、回転方向駆動用の回転アクチュエータ２２と、軸方向の振動を低減するための動吸振器２３とを含む。軸方向アクチュエータ２１、回転アクチュエータ２２と動吸振器２３は、ケース２７に収納されるように、シャフト２５に装着される。シャフト２５は、また、ケース２７の両端部に設けられた１対のベアリング２６によって支持される。３個のばね２４が、夫々、ベアリング２６の一方と軸方向アクチュエータ２１の間、回転アクチュエータ２２と動吸振器２３の間と動吸振器２３とベアリング２６の他方の間に設けられている。

図２６は、軸方向アクチュエータ２１の磁気構造を示す。図２６において、ハッチング部は磁石もしくは磁性体を指し、空白断面は非磁性体を指す。シャフト２５は、図２６で磁性体として表されているけれども、必ずしも磁性体である必要はない。軸方向アクチュエータ２１は、コイル３１を巻いた固定子２９と、１対の磁石３０を有すると共にシャフト２５に固着された可動子２８とを含む。磁石３０の各々は、図２６の上下方向に着磁されている。

図２７は、軸方向アクチュエータ２１の動作原理を示す。図２７に示すように、コイル３１に電流を入力することにより、固定子２９と可動子２８に磁極が生じて、可動子２８が矢印で示すように上方に移動する。コイル３１に入力する電流に基づく着磁方向を反対にすることにより、可動子２８を逆方向、即ち、図２７で下方に移動するように駆動することができる。コイル３１には正弦波や矩形波の交流電圧が印加される。

図２８は、回転アクチュエータ２２の磁気構造を示す。回転アクチュエータ２２は、コイル３４を巻いた固定子３３と、図２９（Ａ）に示すように４個の磁石３７を外周に配設していると共にシャフト２５に固着された可動子３２とを含む。図２９（Ａ）と図２９（Ｂ）に示すように、固定子３３は、４個の上部磁極３５と４個の下部磁極３６を有する。

図２９（Ａ）と図２９（Ｂ）は、夫々、回転アクチュエータ２２の固定子３３の上部磁極３５と下部磁極３６の磁化状態を示す。ある方向に流れる電流をコイル３４に入力することにより、Ｎ極とＳ極が、夫々、上部磁極３５と下部磁極３６に発生する一方、４個の磁石３７の内周側と外周側が、夫々、Ｓ極とＮ極に着磁される時、可動子３２の磁石３７と固定子３３の上部磁極３５及び下部磁極３６の間に右回りのトルクが生成される結果、可動子３２が矢印で示すように右回りに回転する。コイル３４に入力する電流に基づく着磁方向を反対にすることにより、可動子３２を逆方向、即ち、左回りに回転するように駆動することができる。軸方向アクチュエータ２１のコイル３１と同様に、回転アクチュエータ２２のコイル３４にも正弦波や矩形波の交流電圧が印加される。

このアクチュエータにおいて、回転アクチュエータ２２のコイル３４に印加する交流電圧の周波数を回転アクチュエータ２１のコイル３１に印加する交流電圧の周波数の１．５倍としている。

第１１の実施形態のアクチュエータの上記構成において、シャフト２５を、軸方向アクチュエータ２１と回転アクチュエータ２２により、図３１に示すように軸方向と回転方向の２方向に駆動することができる。図３１において、左端の列は回転アクチュエータ２２のコイル３４に印加される交流電圧の周波数ｆｒと軸方向アクチュエータ２１のコイル３１に印加される交流電圧の周波数ｆａの比（ｆｒ／ｆａ）を表し、グラフａ）〜ｕ）の横軸と縦軸は、夫々、軸方向と回転方向におけるシャフト２５の軌跡を指す。例えば、図３０に示すように回転アクチュエータ２２のコイル３４に印加される破線の正弦波交流電圧の周波数ｆｒと軸方向アクチュエータ２１のコイル３１に印加される実線の正弦波交流電圧の周波数ｆａの比（ｆｒ／ｆａ）を１．５：１とする時、シャフト２５は、図３１のグラフｄ）の軌跡に沿って駆動される。両交流電圧の位相差を（π／２）に設定しても、シャフト２５は、グラフｄ）と同様にグラフｆ）の軌跡に沿って駆動される。

また、ｎが整数を示すとして、上記比（ｆｒ／ｆａ）を、式（ｆｒ／ｆａ）＝（２ｎ＋１）／２で表して、整数ｎを１、２と３に設定すると共に、位相差を０と（π／２）に設定することにより、図３１のグラフｄ）、ｆ）、ｊ）、ｌ）、ｐ）とｒ)に示すように、シャフト２５をより広範囲の軌跡に沿って駆動することができる。

更に、ｍが整数を示すとして、上記比（ｆｒ／ｆａ）を、式（ｆｒ／ｆａ）＝ｍで表して、整数ｍを１〜４に設定すると共に、位相差を０、（π／４）と（π／２）に設定することにより、図３１のグラフｂ）、ｃ）、ｇ）、ｈ）、ｎ）、ｏ）、ｓ）とｔ）に示すように、シャフト２５を直線または複雑な楕円運動の軌跡に沿って駆動することができる。

このように、この実施形態においては、回転アクチュエータ２２のコイル３４に印加される交流電圧の周波数ｆｒと軸方向アクチュエータ２１のコイル３１に印加される交流電圧の周波数ｆａの比（ｆｒ／ｆａ）を上記の両式で設定することにより、シャフト２５を各種の複雑な軌跡に沿って駆動することができる。

本発明の第１の実施形態にかかるアクチュエータの部分断面斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 （Ａ）と（Ｂ）は、夫々、図３のＩＶＡ−ＩＶＡ線とＩＶＢ−ＩＶＢ線における断面図である。 図１のアクチュエータの軸方向変位と推力の関係を示す特性図である。 図１のアクチュエータの回転角度とトルクの関係を示す特性図である。 図１のアクチュエータの変形例にかかるアクチュエータを示す、図３に対応する断面図である。 （Ａ）と（Ｂ）は、夫々、図７のＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ線とＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線における断面図である。 図１のアクチュエータの動作を示す波形図である。 図１のアクチュエータの別の動作を示す波形図である。 本発明の第２の実施形態にかかるアクチュエータの部分斜視図である。 図１１のアクチュエータの平面図である。 本発明の第３の実施形態にかかるアクチュエータを示す、図２に対応する断面図である。 本発明の第４の実施形態にかかるアクチュエータを示す、図２に対応する断面図である。 図１４のアクチュエータの軸方向変位と推力の関係を示す特性図である。 （Ａ）と（Ｂ）は、夫々、本発明の第５の実施形態にかかるアクチュエータにおける第１の固定子に対する第１のコイルの２通りの巻き方を示す図である。 本発明の第６の実施形態にかかるアクチュエータを示す、図２に対応する断面図である。 本発明の第７の実施形態にかかるアクチュエータの部分断面斜視図である。 図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線における断面図である。 図１８のＸＸ−ＸＸ線における断面図である。 図１８のアクチュエータの変形例にかかるアクチュエータを示す、図２０に対応する断面図である。 本発明の第８の実施形態にかかるアクチュエータを示す、図１９に対応する断面図である。 本発明の第９の実施形態にかかるアクチュエータを示す、図１９に対応する断面図である。 本発明の第１０の実施形態にかかるアクチュエータを示す、図１９に対応する断面図である。 本発明の第１１の実施形態にかかるアクチュエータの縦断面図である。 図２５のアクチュエータに用いられる軸方向アクチュエータの磁気構造を示す断面図である。 図２６の軸方向アクチュエータ動作原理を説明する図である。 図２５のアクチュエータに用いられる回転アクチュエータの磁気構造を示す破断斜視図である。 （Ａ）と（Ｂ）は、夫々、図２８の回転アクチュエータの固定子の上部磁極と下部磁極の磁化状態を示す図である。 図２５のアクチュエータを動作させるための電圧波形図である。 図２５のアクチュエータに用いられるシャフトの駆動軌跡を示す図である。

符号の説明

１ ケース
２ 第１の固定子
３ 第１のコイル
４ 第２の固定子
５ 第２のコイル
６ 可動子
１７ 別の可動子
１８ ばね部材

Claims (21)

1. ケースと、コイル部材を有すると共にケース内に固定される固定子部材と、可動子を含むと共にケースに支持される可動子部材とを備え、また、可動子は、シャフトを有すると共に、シャフトの軸方向とシャフトの軸方向を回転軸心とする回転方向に運動し得るようにケースに支持され、更に、コイル部材に電流を流すことにより、可動子が軸方向と回転方向に運動するアクチュエータにおいて、
   固定子部材は、可動子部材に軸方向の力を与える第１の固定子部材と、可動子部材に回転方向の力を与える第２の固定子部材とを備え、また、コイル部材は、第１の固定子部材を通る第１磁路を励磁する第１のコイル部材と第２の固定子部材を通る第２磁路を励磁する第２のコイル部材を含み、
   第１の固定子部材と第２の固定子部材が、夫々、可動子に軸方向の力と回転方向の力を与える一方、可動子が、着磁方向が軸方向に対して略直交するように設けた磁石部材を含み、
   第１の固定子部材が、回転軸心に対して対称に設けられた１対の第１の固定子を含む一方、第２の固定子部材が、回転軸心に対して対称に設けられた１対の第２の固定子を含み、また、第１のコイル部材が、１対の第１の固定子に、夫々、設けられた１対の第１のコイルを含む一方、第２のコイル部材が、１対の第２の固定子に、夫々、設けられた１対の第２のコイルを含み、更に、１対の第１のコイルは、夫々、１対の第１の固定子を逆位相で励磁する一方、１対の第２のコイルは、夫々、１対の第２の固定子を逆位相で励磁するアクチュエータ。
2. 可動子の磁石部材を回転軸心に対して対称に配置した請求項１記載のアクチュエータ。
3. １対の第１の固定子を含む軸方向の平面と、１対の第２の固定子を含む軸方向の平面とが略直交するように、第１の固定子と第２の固定子を配置した請求項１記載のアクチュエータ。
4. 可動子の磁石部材が、逆の着磁方向を夫々が有する２個の磁石を含み、また、第１の固定子の各々を、軸方向に並ぶ３個の磁極部を有する略Ｅ字形の磁性体で形成した請求項１記載のアクチュエータ。
5. 第２の固定子の各々を、軸方向に並ぶ２個の磁極部を有する略Ｃ字形の磁性体で形成した請求項４記載のアクチュエータ。
6. 軸方向に見る時に、第１の固定子の磁極部の両端部と第２の固定子の磁極部の両端部が立体的に重なり合う請求項５記載のアクチュエータ。
7. 第１の固定子の磁極部と第２の固定子の磁極部の間に空隙を形成した請求項６記載のアクチュエータ。
8. 可動子の各々の磁石の端部が、第１の固定子の磁極部の間の２個の凹部の各々を横切って回転する請求項５記載のアクチュエータ。
9. 可動子の２個の磁石が同じ大きさに形成され、また、２個の磁石の対向する両端面が軸方向に当接すると共に、２個の磁石の反対側の両端面が、夫々、第１の固定子の軸方向の両端面と一致するように、２個の磁石を設けた請求項５記載のアクチュエータ。
10. 可動子に軸方向の共振運動をさせる軸方向共振ばねを可動子とケースの間に更に備える請求項１記載のアクチュエータ。
11. 可動子に回転方向の共振運動をさせる回転共振ばねを可動子とケースの間に更に備える請求項１記載のアクチュエータ。
12. 可動子と同軸に配置されていると共に軸方向に運動を行い得る別の可動子を可動子部材が、更に、含むと共に、ケースと可動子の間に設けられて、軸方向に撓む第１のばね、可動子と別の可動子の間に設けられて、軸方向に撓む第２のばね、及び別の可動子とケースの間に設けられて、軸方向に撓む第３のばねを含むばね部材を更に備える請求項１に記載のアクチュエータ。
13. 第１の固定子部材と第２の固定子部材が、可動子と別の可動子のいずれか一方に、夫々、軸方向の力と回転方向の力を与える請求項１２記載のアクチュエータ。
14. 第１の固定子部材が可動子と別の可動子の一方に軸方向の力を与え，また、第２の固定子部材が可動子と別の可動子の他方に回転方向の力を与える請求項１２記載のアクチュエータ。
15. 可動子と別の可動子の上記いずれか一方が、着磁方向が軸方向に対して略直交すると共に回転軸心に対して対称に配置した磁石部材を含み、また、第１の固定子部材が、回転軸心に対して対称に設けられた１対の第１の固定子を含む一方、第２の固定子部材が、回転軸心に対して対称に設けられた１対の第２の固定子を含み、更に、第１のコイル部材が、１対の第１の固定子に、夫々、設けられた１対の第１のコイルを含む一方、第２のコイル部材が、１対の第２の固定子に、夫々、設けられた１対の第２のコイルを含み、且つ、１対の第１のコイルは、夫々、１対の第１の固定子を逆位相で励磁する一方、１対の第２のコイルは、夫々、１対の第２の固定子を逆位相で励磁する請求項１３記載のアクチュエータ。
16. 可動子と別の可動子の各々が、着磁方向が軸方向に対して略直交すると共に回転軸心に対して対称に配置した磁石部材を含み、また、第１の固定子部材が、回転軸心に対して対称に設けられた１対の第１の固定子を含む一方、第２の固定子部材が、回転軸心に対して対称に設けられた１対の第２の固定子を含み、更に、第１のコイル部材が、１対の第１の固定子に、夫々、設けられた１対の第１のコイルを含む一方、第２のコイル部材が、１対の第２の固定子に、夫々、設けられた１対の第２のコイルを含み、且つ、１対の第１のコイルは、夫々、１対の第１の固定子を逆位相で励磁する一方、１対の第２のコイルは、夫々、１対の第２の固定子を逆位相で励磁する請求項１４記載のアクチュエータ。
17. 第１の固定子部材から軸方向の力を受ける、可動子と別の可動子の上記いずれか一方の磁石部材が、逆の着磁方向を夫々が有する２個の磁石を含み、また、第１の固定子の各々を、軸方向に並ぶ３個の磁極部を有する略Ｅ字形の磁性体で形成した請求項１５記載のアクチュエータ。
18. 第１の固定子部材から軸方向の力を受ける、可動子と別の可動子の上記一方の磁石部材が、逆の着磁方向を夫々が有する２個の磁石を含み、また、第１の固定子の各々を、軸方向に並ぶ３個の磁極部を有する略Ｅ字形の磁性体で形成した請求項１６記載のアクチュエータ。
19. 第２の固定子部材から回転方向の力を受ける、可動子と別の可動子の上記いずれか一方の磁石部材が、逆の着磁方向を夫々が有する２個の磁石を含み、また、第２の固定子の各々を、軸方向に並ぶ２個の磁極部を有する略Ｃ字形の磁性体で形成した請求項１７記載のアクチュエータ。
20. 第２の固定子部材から回転方向の力を受ける、可動子と別の可動子の上記他方の磁石部材が、逆の着磁方向を夫々が有する２個の磁石を含み、また、第２の固定子の各々を、軸方向に並ぶ２個の磁極部を有する略Ｃ字形の磁性体で形成した請求項１８記載のアクチュエータ。
21. 各々の磁石の端部が、第１の固定子の磁極部の間の２個の凹部の各々を横切って回転する請求項１７記載のアクチュエータ。

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