JP5784461B2

JP5784461B2 - 慣性駆動アクチュエータ

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Description

本発明は、移動子を所定方向に移動させる慣性駆動アクチュエータに関するものである。

駆動軸に結合された電気機械変換素子に鋸歯状波駆動パルスを供給して駆動軸を軸方向に変位させ、この駆動軸に摩擦結合させた移動部材を軸方向に移動させるアクチュエータが知られている（以下、このようなアクチュエータを「インパクト駆動アクチュエータ」或いは「慣性駆動アクチュエータ」と称する）。

このようなインパクト駆動アクチュエータが、特許文献１に開示されている。図１０（ａ）は、その構成を示す図である。振動部材１０３は支持部材１０１の立ち上がり部にあけられた穴に挿入され、振動部材１０３の軸方向に移動可能に配置されている。振動部材１０３の一端は圧電素子１０２の一端と固定され、圧電素子１０２の他端は支持部材１０１に固定されている。
このため、圧電素子１０２の振動に伴い振動部材１０３が軸方向に振動する。移動体１０４にも２つの穴が設けられており、振動部材１０３がその穴に挿入されている。更に移動体１０４には下方から板ばね１０５が取り付けられており、板ばね１０５に設けられている突起部が振動部材１０３に押付けられている。このように板ばね１０５による押圧によって、移動体１０４と振動部材１０３は互いに摩擦結合されている。

図１０（ｂ）、（ｃ）に、インパクト駆動アクチュエータを駆動するための駆動波形を示す。図１０（ｂ）は移動体１０４を右に移動させるための駆動波形で、図１０（ｃ）は移動体１０４を左に移動させるための駆動波形である。これらの駆動波形を用いて、インパクト駆動アクチュエータの動作原理を説明する。なお、以下の説明では、圧電素子１０２が伸びる方向を左、縮む方向を右とする。

移動体１０４を右に動かす場合には、図１０（ｂ）に示す駆動波形を用いる。駆動波形は、急峻に立ち上がる部分と緩やかに立ち下がる部分を有している。駆動波形が急峻に立ち上がる部分では、圧電素子１０２が急激に伸びる。ここで、振動部材１０３は圧電素子１０２に固定されているため、振動部材１０３は、圧電素子１０２の急激な伸びに応じて急速に左に移動する。このとき、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力（板ばね１０５で押圧されている移動体１０４と振動部材１０３との間の摩擦力）に打ち勝つことから、移動体１０４は左には移動せず、その位置にとどまる。

次に、駆動波形が緩やかに立ち下がる部分では、圧電素子１０２が緩やかに縮む。振動部材１０３は、圧電素子１０２の緩やかな縮みに応じてゆっくりと右に移動する。この場合、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力に打ち勝つことができない。そのため、移動体１０４は振動部材１０３の移動と共に右に移動する。

一方、移動体１０４を左に動かす場合には、図１０（ｃ）に示す駆動波形を用いる。駆動波形は、緩やかに立ち上がる部分と急峻に立ち下がる部分を有している。駆動波形が緩やかに立ち上がる部分では、圧電素子１０２が緩やかに伸びる。この場合、振動部材１０３は、圧電素子１０２の緩やかな伸びに応じてゆっくりと左に移動する。この場合、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力に打ち勝つことができない。そのため、移動体１０４は振動部材１０３の移動と共に左に移動する。

次に、駆動波形が急峻に立ち上がる部分では、図１０（ｂ）で説明したように、移動体１０４の慣性は振動部材１０３との間の摩擦結合力に打ち勝つことから、移動体１０４は右には移動せず、その位置にとどまる。

なお、板ばね１０５が常に振動部材１０３に押し付けられていることにより、移動体１０４は振動部材１０３に摩擦で支持されている。よって、移動体１０４が停止している際にも、その位置は保持されている。

上記のように、インパクト駆動アクチュエータは、板ばね１０５による移動体１０４と振動部材１０３との摩擦結合と慣性を利用したアクチュエータであって、図１０（ｂ）、（ｃ）に示す駆動波形を用いることで、移動体１０４を移動させることができるアクチュエータである。

特開２００７−２８８８２８号公報

特許文献１に記載されているインパクト駆動アクチュエータは、板ばねにより振動部材１０３と移動体１０４に摩擦力を与えている。しかしながら、板ばねは常に振動部材と接触しているため、摩耗などの影響で所望の摩擦力が得られなくなる。そのため、特許文献１に記載されているインパクト駆動アクチュエータは、長期に亘って、安定した動作ができなくなるおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、磨耗等の影響が少なく、効率よく移動体を移動あるいは駆動でき、配線の耐久性が向上し、断線することが防止され長期間にわたり安定した駆動を行うことができる慣性駆動アクチュエータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の慣性駆動アクチュエータは、
第１の方向と第１の方向とは逆の第２の方向に微小変位を発生する変位手段と、
変位手段の微小変位によって往復運動する振動基板と、
磁界を発生する第１の磁界発生手段と、
振動基板の平面上に配置され、第１の磁界発生手段が発生するＮ極とＳ極の磁束を所定の位置に集中させる第１のヨークを有する移動子と、
振動基板の移動子に対向した向きと反対側に第２のヨークと、を有し、
振動基板よりも外側で第１のヨークと、第２のヨークの端部が対向することで、移動子の駆動方向に垂直な方向の動きを機械的に規制し、
第１の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、移動子と振動基板の間に働く摩擦力を制御し、移動子を駆動することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１の磁界発生手段から発生する磁界とは別に、移動子が振動基板に対向した方向に磁気吸引力または磁気反発力が働くように磁界を発生する第２の磁界発生手段をさらに有することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１の磁界発生手段が電磁コイルであることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第２の磁界発生手段が永久磁石であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、変位手段が圧電素子であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板が非磁性体であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板が非磁性部と磁性部を有することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板は、少なくとも一部が第１の磁界発生手段を有することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板は、少なくとも一部が第２の磁界発生手段を有することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、振動基板は、第２のヨークの機能を兼用することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、移動子が永久磁石を有することが望ましい。

本発明によれば、磁気力を用いることで摩耗等の影響を少なくすることができ、さらにヨークを用いることから効率よく移動体（移動子）を移動あるいは駆動でき、配線の耐久性が向上し、断線することが防止され長期間にわたり安定した駆動を行うことができる慣性駆動アクチュエータを提供することができる。

第１実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は断面図である。（ｄ）は変形例の断面図である。（ａ）は第２実施形態の慣性駆動アクチュエータの断面図、（ｂ）は第３実施形態の慣性駆動アクチュエータの断面図である。第４実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。第５実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。第６実施形態の慣性駆動アクチュエータの構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ振動子との連結構成例を示す図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００を駆動するときの駆動方法を示す図である。第７実施形態の慣性駆動アクチュエータの（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は断面図である。第７実施形態の慣性駆動アクチュエータを駆動するときの駆動方法を示す図である。従来のインパクト駆動アクチュエータを示す図であって、（ａ）構成を示す図、（ｂ）移動体を右に移動させるための駆動波形を示す図、（ｃ）移動体を左に移動させるための駆動波形を示す図である。

本実施形態の慣性駆動アクチュエータの構成による作用効果を説明する。なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えない。従って、以下で説明する本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。

(第１実施形態)
第１実施形態に係る慣性駆動アクチュエータを図１に示す。図１（ａ）は慣性駆動アクチュエータの上面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａで示す位置における断面図である。

第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００は、圧電素子（変位手段）３と、振動基板４と、移動子１０と固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０が位置する。移動子１０は、第１のヨーク９の機能を有している。

圧電素子３と振動基板４は、共に板状の部材である。ここで、振動基板４には非磁性体の材料が用いられている。圧電素子３の一端と振動基板４の一端は機械的に連結されている。なお、機械的に連結する構成に限られず、接着でも良い。圧電素子３と振動基板４は、固定子２０の上部に載置される。圧電素子３は微小変位を発生させ、振動基板４は微小変位によって往復運動する。

上記構成により、圧電素子３（変位手段）は、第１の方向と第１の方向とは逆の第２の方向に微小変位を発生する。圧電素子３の微小変位によって、振動基板４は往復運動する。移動子１０は、振動基板４の平面上に配置されている。
移動子１０は、振動基板４の平面上に配置され、コイル１１（第１の磁界発生手段）が発生するＮ極とＳ極の磁束を所定の位置に集中させる第１のヨーク９の機能を有する。

図１（ｃ）に示す断面図において、振動基板４の移動子１０に対向した向きに、固定子２０側に磁気吸引力又は磁気反発力が働くように磁界を発生するコイル１１（第１の磁界発生手段）が設けられている。コイル１１は、例えばコイル芯を巻いた電磁コイルである。
また、コイル１１の周囲には、コイル１１が発生する磁束がＮ極、Ｓ極ともに集中するように、コイル１１が発生する磁束を誘導する第２のヨーク１２、２２（磁束誘導部材）が形成されている。ここで、コイル１１を巻きつけるための部材は、第２のヨーク１２の機能を兼用している。

第２のヨーク１２、２２は、コイル１１が発生する磁束が、固定子２０側の面（所定の位置）にＮ極、Ｓ極、ともに集中するように、コイル１１から発生する磁界を制御することによって、移動子１０と振動基板４の間に働く摩擦力を制御し、移動子１０を駆動する。

ここで、振動基板４よりも外側において、第１のヨーク９、すなわち移動子１０と、第２のヨーク２２の端部が対向する。これにより、移動子１０の駆動方向に垂直な方向の動きを機械的に規制することができる。

このような構成によれば、コイル１１が固定子２０側に設けられているため、移動子１０に配線が存在しない。このため、配線の耐久性が向上し、断線することが防止され長期間にわたり安定した駆動ができる。また、配線が存在していないので、負担が発生せず安定した駆動を行うことができるので望ましい。

コイル１１（第１の磁界発生手段）とは別に、移動子１０が振動基板４に対向した方向に磁気吸引力または磁気反発力が働くように磁界を発生する永久磁石２１（第２の磁界発生手段）をさらに設ける構成とすることができる。

第２のヨーク２２は、コイル１１（第１の磁界発生手段）とともに永久磁石２１（第２の磁界発生手段）が発生する磁束も、固定子２０側の面（所定の位置）にＮ極、Ｓ極、ともに集中するように、永久磁石２１（第２の磁界発生手段）が発生する磁束を誘導するために、永久磁石２１（第２の磁界発生手段）に対して配置されている。
そして、コイル１１（第１の磁界発生手段）と永久磁石２１（第２の磁界発生手段）のうち少なくとも１つの発生手段から発生する磁界を制御することによって、移動子１０と振動基板４の間に働く摩擦力を制御し、移動子１０を駆動する。

さらに、具体的に説明する。図１（ｃ）に示すように、固定子２０は、コイル１１、第２のヨーク（磁束誘導部材）１２、２２と、さらに、永久磁石２１（第２の磁界発生手段）で構成されている。永久磁石２１は直方体の部材で、一方の面側（上側面）がＮ極、他方の面側（下側面）がＳ極となっている。また、本実施例では、コイル１１は、その長手方向の長さが、永久磁石２１の長手方向の長さとほぼ同じである。第２のヨーク２２は箱状の部材である。永久磁石２１は、第２のヨーク２２の底面部に固定されている。これにより、磁束の外部への漏れ防止の効果を奏することができる。

なお、コイル１１は永久磁石２１（あるいは第２のヨーク２２）に対して常時固定されている。そのため、コイル１１は移動子１０の移動に伴って移動することはない。したがって、コイル１１へ接続されている配線が動くことがない。

このように、永久磁石２１を設けることにより、コイル１１に電流を流していないときも移動子１０に常に保持力が作用する。このため、慣性駆動アクチュエータの系全体が傾いても安定した駆動ができる。

（第１実施形態の変形例）
また、図１（ｃ）に示した構成に対して、図１（ｄ）に示すような断面構成とすることもできる。図１（ｄ）に示す慣性駆動アクチュエータ１５０は、永久磁石２１を有していない。このため、簡易な構成となり、移動子１０は、振動基板４に対して、重力により載置される状態となる。

次に、慣性駆動アクチュエータ１００の動作について説明する。なお、駆動原理（駆動方法）については図７で説明する。

上記のような構成において、例えば、紙面上方向にＮ極が発生するように、コイル１１に電流を流す。すると、第２のヨーク１２の中央上部Ｐ１にはＮ極が集中し、中央下部Ｐ２にはＳ極が集中する。
ここで、コイル１１の両側には第２のヨーク２２が配置されている。そのため、コイル１１で発生した磁束の外部への漏れを、第２のヨーク２２によって抑えることができる。
第２のヨーク２２の中央下部Ｐ３にはＮ極が集中する。第２のヨーク２２の２つの上端部Ｐ４にはＳ極が集中する。
それに対向し、移動子１０では、第１のヨーク９の中央部Ｐ５には逆極性であるＳ極が誘起される。また、移動子１０の２つの両端部Ｐ６にはＮ極が集中する。
その結果、移動子１０に対して紙面下側に向かって、強い磁気吸着力が発生する。

ここで、コイル１１と、永久磁石２１は、第１のヨーク９と第２のヨーク２２で囲まれている状態になる。そのため、コイル１１と永久磁石２１で発生した磁束の外部への漏れを、第１のヨーク９と第２のヨーク２２によって抑えることができる。

一方、上述した磁束の関係とは反対に、第２のヨーク１２の中央上部Ｐ１にＳ極が集中するように、コイル１１に電流を流した場合は、磁気吸着力が減少する。また、コイル１１に流す電流を変えることによって、移動子１０の振動基板４に対する垂直抗力の強さを変えることができる。このようにすることで、移動子１０と振動基板４の摩擦力を制御することが可能となる。

以上述べたように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、移動子１０の移動あるいは駆動に磁気力を用いている。すなわち、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００は、駆動したときに磨耗が生じる弾性体のような部材を使っていない。そのため、移動子１０の移動あるいは駆動させても磨耗が生じない。その結果、長期間にわたって、安定して移動子１０を移動あるいは駆動する（所望の位置に移動させることや、所望の位置で保持する）ことができる。
更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができるため、移動子１０を効率よく移動あるいは駆動できる。

このように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、移動子１０と固定子２０の各々で磁束の外部への漏れを抑制し、これによりＳ極やＮ極を所定の領域に集中させることができる。よって、移動子１０と固定子２０の間に、紙面下側に向かって効率的に磁気吸着力を発生させることができる。

以上述べたように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、移動子１０の移動あるいは駆動に磁気力を用いている。すなわち、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００は、駆動したときに磨耗が生じる弾性体のような部材を使っていない。そのため、移動子１０の移動あるいは駆動させても磨耗が生じない。その結果、長期間にわたって、安定して移動子１０を移動あるいは駆動する（所望の位置に移動させることや、所望の位置で保持する）ことができる。更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができる。このため、簡単かつ低コストな構成でありながら、移動子１０を効率良く移動あるいは駆動できる。

また、固定子２０の両端は、固定部材Ｂ（不図示）に固定されている。なお、固定子２０を固定部材Ｂに固定するにあたっては、永久磁石２１と第２のヨーク２２を、別々に固定部材Ｂに対して固定しても良い。あるいは、永久磁石２１と第２のヨーク２２を先に固定（連結）しておき、少なくともどちらか一方を固定部材Ｂに対して固定しても良い。また、固定部材Ｂとして固定部材Ａを利用して良いし、固定部材Ｂと固定部材Ａは別々であっても良い。なお、固定部材Ａは、例えば、圧電素子３の一端に設けられた部材である。

また、図１（ｃ）に示すように、振動基板４の長手方向と直交する方向（図１（ｃ）の紙面左右方向）では、振動基板４よりも外側に、第２のヨーク２２の側面端部が位置している。そして、第１のヨーク９の端部は、第２のヨーク２２と近接している。そのため、振動基板４の長手方向と直交する方向（図１（ｃ）の紙面左右方向）については、移動子１０の動きが規制されることになる。

このように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００では、第１のヨーク９、第２のヨーク１２、２２は、磁束漏れを抑制する機能を持つだけでなく、移動子１０の所定の方向に対する動きを規制するガイド機能も兼ねる。そのため、より部品数の削減、省サイズ化が可能となる。尚、本実施形態では、第２のヨーク２２と振動基板４によって振動子１０の動きを規制しているが、図示を省略した固定部材と第２のヨーク２２を使って、振動子１０の動きを規制することも当然可能である。

さらに加えて、上述したように、移動子１０に配線が存在しないため、配線の耐久性が向上し、断線することが防止され長期間にわたり安定した駆動ができる。また、配線が存在していないので、負担が発生せず安定した駆動を行うことができるので望ましい。

（変形例）
また、図１（ｃ）に示した構成に対して、図１（ｄ）に示すような断面構成とすることもできる。図１（ｄ）に示す慣性駆動アクチュエータ１５０は、永久磁石２１を有していない点が上述の第１実施形態と異なる。このため、移動子１０は、振動基板４に対して、重力により載置される状態となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ１４０について説明する。
図２（ａ）は、慣性駆動アクチュエータ１４０の断面図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同じ構成については同一の番号を付し、重複する説明は省略する。

第２実施形態の慣性駆動アクチュエータ１４０は、圧電素子３と、移動子１０と、振動基板４と固定子２０で構成されている。振動基板４の上部に振動基板４の上部に移動子１０が位置する。そして、圧電素子３の一端と振動基板４の一端は機械的に連結されている。

本実施形態においても、コイル１１が固定子２０側に設けられているため、移動子１０に配線が存在しない。このため、配線の耐久性が向上し、断線することが防止され長期間にわたり安定した駆動ができる。また、配線が存在していないので、負担が発生せず安定した駆動を行うことができるので望ましい。

さらに、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００との相違点は、次のとおりである。第１のヨーク９については、振動基板４を覆う形状を有し、第１のヨーク９の側面部分の先端は、コイル１１の半ばまで形成されている。
また、第２のヨーク２２については、底部に配置されている永久磁石２１を覆う形状を有している。第２のヨーク２２の側面部分は、矩形形状の永久磁石２１の上端部まで形成されている。

上記のような相違点はあるものの、コイル１１と永久磁石２１は、第１のヨーク９と第２のヨーク２２とによって覆われている。また、第１のヨーク９と第２のヨーク２２は、各々の端部が近接するように配置されている。これらの点では、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同じである。

よって、第１実施形態と同様に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１４０では、移動子１０を移動あるいは駆動させても磨耗が生じない。その結果、長期間にわたって、安定して移動子１０を移動あるいは駆動する（所望の位置に移動させることや、所望の位置で保持する）ことができる。

更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１４０では、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができるため、移動子１０を効率よく移動あるいは駆動できる。

上述したように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１４０では、第１のヨーク９の側面が、振動基板４の両端外側に位置している。そのため、振動基板４の長手方向と直交する方向について、移動子１０の動きが規制されることになる。

また、第１実施形態の構成においては、移動子１０の横方向の端部における吸着力は横方向に働いてしまう。これに対して、第２実施形態の構成においては、第１実施形態の構成に比較して、移動子１０の端部に働く吸着力が全て紙面下方向に働いている。これより、第２実施形態の構成のほうが、より一層吸着力を効率的に利用できる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ１６０について説明する。
図２（ｂ）は慣性駆動アクチュエータ１６０の断面図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同じ構成については同一の番号を付し、重複する説明は省略する。

第３実施形態の慣性駆動アクチュエータ１６０は、圧電素子３と、移動子１０と、振動基板４と固定子２０で構成されている。振動基板４の上部に振動基板４の上部に移動子１０が位置する。そして、圧電素子３の一端と振動基板４の一端は機械的に連結されている。

さらに、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００との相違点は、次のとおりである。第１のヨーク９については、振動基板４、コイル１１、永久磁石２１を覆う形状を有している。
また、第２のヨーク２２については、永久磁石２１の底部に設けられている板状部材である。

上述したように、振動基板４とコイル１１と永久磁石２１は、第１のヨーク９と第２のヨーク２２によって覆われている。また、第１のヨーク９と第２のヨーク２２は、各々の端部が近接するように配置されている。これらの点では、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同じである。

よって、第１実施形態と同様に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１６０では、移動子１０を移動あるいは駆動させても磨耗が生じない。その結果、長期間にわたって、安定して移動子１０を移動あるいは駆動する（所望の位置に移動させることや、所望の位置で保持する）ことができる。
更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１６０では、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができるため、移動子１０を効率よく移動あるいは駆動できる。

また、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１６０では、第１のヨーク９の側面が、振動基板４の外側に、近接して位置している。さらに、第１のヨーク９の側面は、コイル１１とも近接している。そのため、振動基板４の長手方向と直交する方向について、移動子１０の動きが規制されることになる。

なお、コイル１１と第１のヨーク９が接触してもコイル１１が破損しないように、コイル１１に保護部材または保護膜を設けておくのが望ましい。また、コイル１１を小さくし、その代わりにコイル１１を巻きつけている部材の先端（振動基板４と接触している部分）の大きさを振動基板４と略同じ大きさにしても良い。このようにすることで、振動基板４の長手方向と直交する方向について、移動子１０の動きを規制することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態の慣性駆動アクチュエータを図３（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）は慣性駆動アクチュエータ２００の側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａで示す位置における断面図である。
本実施形態の基本的な構成は、上述した第２実施形態（図２（ａ））と同じである。第２実施形態の慣性駆動アクチュエータと同じ構成については同一の番号を付し、重複する説明は省略する。

第４実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００では、振動基板４０の構成が、第２実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と異なる。よって、振動基板４０について説明をする。

第４実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００では、振動基板４０は、非磁性部４１と磁性部４２を有する。磁性部４２はヨーク部であって、この磁性部４２の両側に非磁性部４１が位置している。なお、磁性部４２を取り囲むように非磁性部４１を設け、磁性部４２が振動基板４０の内部に位置するようにしても良い。

このような構成をとることにより、第４実施形態の慣性駆動アクチュエータ２００では、第１のヨーク９の中央部とコイル１１との間を磁束が流れる際に、磁束漏れをより抑制することができる。その結果、効率良く磁気吸着力、もしくは反発力を移動子１０に作用させることが可能となる。

また、本実施形態においても、コイル１１が固定子２０側に設けられているため、移動子１０に配線が存在しない。このため、配線の耐久性が向上し、断線することが防止され長期間にわたり安定した駆動ができる。また、配線が存在していないので、負担が発生せず安定した駆動を行うことができるので望ましい。

(第５実施形態)
第５実施形態の慣性駆動アクチュエータを図４に（ａ）、（ｂ）に示す。図４（ａ）は慣性駆動アクチュエータ３００の側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａで示す位置における断面図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータと同じ構成については同一の番号を付し、その説明は省略する。なお、配線の図示は省略している。

第５実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００は、圧電素子３と、振動基板４と、移動子１０と固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０が位置する。

移動子１０は、第１のヨーク１２ｂと永久磁石１３とを有している。永久磁石１３は、Ｎ極が第１のヨーク１２ｂ側に位置するように配置されている。第１のヨーク１２ｂは、側面が永久磁石１３と、振動基板４とコイル１１の一部を覆うように形成されている。

一方、固定子２０は、コイル１１、第２のヨーク１２、２２を有している。本実施形態は、第１実施形態に比較して、永久磁石２１（第２の磁界発生手段）が移動子１０側に設けられている点が異なる。

上記のような構成において、例えば、紙面上方向にＮ極、下方向にＳ極が発生するように、コイル１１に電流を流す。すると、第２のヨーク２２には、逆極性が誘起される。このため、第２のヨーク２２の中央下部にはＮ極が集中し、第２のヨーク２２の両端上部にはＳ極が集中する。

永久磁石１３は、上部にＮ極、下部にＳ極となるように配置されている。移動子１０では、第１のヨーク１２ｂには逆極性が誘起される。すなわち、第１のヨーク１２ｂの中央部にはＳ極が誘起され、両端部にはＮ極が誘起される。その結果、移動子１０に対して紙面下側に向かって、コイル１１に電流を流さないときと比べて強い磁気吸着力が発生する。

一方、紙面上方向にＳ極が集中するように、コイル１１に電流を流した場合は、コイル１１に電流を流さないときと比べて弱い磁気吸着力が発生する。また、コイル１１に流す電流を変えることによって、移動子１０の振動基板４に対する垂直抗力の強さを変えることができる。このようにすることで、移動子１０と振動基板４の摩擦力を制御することが可能となる。

以上述べたように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００では、移動子１０の移動あるいは駆動に磁気力を用いている。すなわち、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００は、駆動したときに磨耗が生じる弾性体のような部材を使っていない。そのため、移動子１０の移動あるいは駆動させても磨耗が生じない。

その結果、長期間にわたって、安定して移動子１０を移動あるいは駆動する（所望の位置に移動させることや、所望の位置で保持する）ことができる。更に、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００では、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができるため、移動子１０を効率よく移動あるいは駆動できる。

さらに、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００では、第１のヨーク１２ｂの両端は、振動基板４の両端を囲うようにして第２のヨーク２２に向かって伸びている。そのため、第１のヨーク１２ｂの両端と振動基板４によって、図４（ｂ）の紙面左右方向について、移動子１０の動きが規制される。なお、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００では、第１のヨーク１２ｂの両端がコイル１１の近傍に位置している。そこで、振動基板４の代わりにコイル１１を使って、移動子１０の動きを規制することも可能である。なお、その際、移動子１０と接触しても破損しないように、コイル１１には十分な保護対策がなされている。

このように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ３００では、第１のヨーク１２ａは磁束漏れを抑制する機能を持つだけでなく、移動子１０の所定の方向に対する動きを規制するガイド機能も兼ねる（第１のヨーク１２ｂが複数の役割を担っている）。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ４００について説明する。
図５（ａ）は慣性駆動アクチュエータ４００の側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａで示す位置における断面図である。第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同じ構成については同一の番号を付し、その説明は省略する。

第６実施形態の慣性駆動アクチュエータ４００は、圧電素子３と、移動子１０と、振動基板４０で構成されている。振動基板４０の上部に移動子１０が位置する。そして、圧電素子３の一端と振動基板４０の一端は機械的に連結されている。
なお、圧電素子３と、振動基板４０とを連結する構成例の詳細に関しては、後述する。

移動子１０は、第１のヨーク９の機能を有している。なお、移動子１０の構造は第２実施形態の移動子１０（図２（ａ））と同じなので、説明を省略する。本実施形態の移動子１０も、第１実施形態の移動子１０と同様の役割をする。
ただし、本実施形態においては、第２実施形態の振動基板４を有していない点が上述した第２実施形態と異なる。代わりに、振動基板４０は、コイル１１、永久磁石２１と第２のヨーク１２、２２で構成されている。振動基板４０は、第２実施形態の固定子２０と同様の役割をし、振動基板４の役割も果たす。

本実施形態においても、コイル１１が振動基板（固定子）２０側に設けられているため、移動子１０に配線が存在しない。このため、配線の耐久性が向上し、断線することが防止され長期間にわたり安定した駆動ができる。また、配線が存在していないので、負担が発生せず安定した駆動を行うことができるので望ましい。

このように、本実施形態の慣性駆動アクチュエータ４００は、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同じ作用を行う部材を備えているので、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００と同様の効果を奏する。

次に、圧電素子３と、振動基板４０とを連結する構成例を説明する。図６（ａ）、６（ｂ）、６（ｃ）は、圧電素子３と、振動基板４０とを連結する３つの異なる構成を示している。

図６（ａ）は、コイル１１のみが圧電素子３と連結し振動する構成である。つまり、振動基板４０は、少なくとも一部がコイル１１（第１の磁界発生手段）を有する構成である。これによれば、振動基板４０がコイル１１であるため、簡易な構成とすることができる。

図６（ｂ）は、コイル１１と永久磁石２１とが圧電素子３と連結し振動する構成である。ここで、圧電素子３と永久磁石２１のみが連結して振動する構成でもよい。これにより、移動子１０を常に一定の磁気吸引力で保持することができる。

図６（ｃ）は、コイル１１と永久磁石２１とヨーク２２とが圧電素子３と連結し振動する構成である。これにより、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができる。また、部品点数を低減できる。このため、簡単かつ低コストな構成でありながら、移動子１０を効率よく移動あるいは駆動できる。
図６（ｃ）の構成のさらなる効果として、振動する際に上述の図６（ａ）、図６（ｂ）の構成と比べて、振動方向に対して垂直に働く磁石の吸着力がないため、圧電素子３は小さい力でコイル１１と永久磁石２１とヨーク２２を振動させることが出来る。

ここで、圧電素子３とヨーク２２のみと連結する構成、または圧電素子３とヨーク２２とコイル２２のみとを接続する構成、または圧電素子３とヨーク２２と磁石２１のみが連結し振動する構成でもよい。

図６（ａ）〜（ｃ）に示した構成例において、振動基板４０の上面側に移動子１０を載置することで、移動子１０を移動させることができる。これらの構成例においても、移動子１０の移動あるいは駆動に磁気力を用いている。すなわち、これらの構成例の慣性駆動アクチュエータは、駆動したときに磨耗が生じる弾性体のような部材を使っていない。そのため、移動子１０を移動あるいは駆動させても磨耗が生じない。その結果、長期間にわたって、安定して移動子１０を移動あるいは駆動する（所望の位置に移動させることや、所望の位置で保持する）ことができる。更に、これらの構成例の慣性駆動アクチュエータでは、ヨークを用いていることから、外部への磁束漏れを抑制できる。これにより、磁気吸着力や磁気反発力を効率よく発生させることができる。このため、簡単かつ低コストな構成でありながら、移動子１０を効率よく移動あるいは駆動できる。

さらに加えて、上述したように、移動子１０に配線が存在しないため、配線の耐久性が向上し、断線することが抑制され長期間にわたり安定した駆動ができる。また、配線が存在していないので、負担が発生せず安定した駆動を行うことができるので望ましい。

次に、上述した慣性駆動アクチュエータ１００の駆動方法を説明する。
図７は、例えば、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００を駆動するときの駆動方法を示している。図７において、横軸は時間を示し、縦軸は圧電素子３の変位を示している。図１（ｂ）において、圧電素子３が紙面左方向に伸びた場合を正としている。

時刻０からＡまでの間、圧電素子３は延伸している。この間は、コイル１１に、紙面上方向にＮ極が発生するように電流を流す。すると、移動子１０に対して振動基板４側に働く磁気吸着力が増加する。そのため、移動子１０と振動基板４との間の摩擦は増加する。その結果、圧電素子３の延伸とともに振動基板４は紙面左方向に移動し、それとともに移動子１０も紙面左方向に移動する。

次に、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、圧電素子３は収縮している。この間、コイル１１に電流を流すのを止める。すると、移動子１０に対してコイル１１により発生する磁気吸着力が働かなくなる。そのため、移動子１０と振動基板４との間の摩擦力は減少する。これは、振動基板４の動きに対して移動子１０のすべる量が増加したことを意味する。その結果、圧電素子３の収縮とともに振動基板４が紙面右方向に移動しても、見かけ上、移動子１０は移動した位置で静止した状態となる。このように、圧電素子３の収縮とともに、紙面右方向に移動する振動基板４に対して移動子１０は左方向に滑るため、時刻０から時刻Ｂまでの間で、移動子１０は紙面左方向に移動することとなる。同様のことを、時刻Ｂから時刻Ｃ、時刻Ｃから時刻Ｄというように繰り返すことにより、移動子１０を紙面左方向に移動させていくことができる。

なお、移動子１０を紙面右方向への移動は、コイル１１に電流を流すタイミングを、図７と逆にすることにより可能である。すなわち、時刻０から時刻Ａまでの間（振動基板４は延伸中）は、コイル１１に電流を流さず、時刻Ａから時刻Ｂまでの間（振動基板４は収縮中）に、コイル１１に紙面上方向にＮ極が発生するように電流を流す。このようにすることで、移動子１０を紙面右方向へ移動させことができる。

尚、上記の左移動の例では、時刻Ａから時刻Ｂまでの間は、コイル１１に電流を流すのを止めている。これに代わり、移動子１０に対して振動基板４側に磁気反発力が働くように（あるいは、磁気吸着力が減少するように）、コイル１１に電流を流してもよい。このようにすることで、移動子１０の紙面左方向への移動子１０の移動が可能である。

上述のように、コイル１１に電流を流さない場合、移動子１０と振動基板４との間の摩擦力は減少し、その結果、振動基板４が紙面右方向に移動しても、見かけ上、移動子１０は移動した位置で静止した状態となる、とした。しかしながら、移動子１０（第１のヨーク９）、コイル１１、第２のヨーク１２、永久磁石１３のスペック（材質、重さ、長さ等）を適宜選択すれば、コイルに電流を流さない場合であっても、移動子１０と振動基板４との間の摩擦力をある程度維持することができる。

そこで、時刻０からＡまでの間、コイル１１に電流を流さないようにすると、圧電素子３の延伸とともに振動基板４を紙面左方向に移動させることができる。そして、時刻Ａから時刻Ｂまでの間は、移動子１０に対して振動基板４側に磁気反発力が働くように、コイル１１に電流を流すようにする。このようにしても、移動子１０を紙面左方向に移動させていくことができる。

また、例えば、第１実施形態の変形例の慣性駆動アクチュエータ１５０を駆動する場合は、次のようになる。時刻０からＡまでの間、コイル１１に、紙面上方向にＮ極が発生するように電流を流す。すると、移動子１０と振動基板４との間の摩擦は増加する。その結果、圧電素子３の延伸とともに振動基板４は紙面左方向に移動し、それとともに移動子１０も紙面左方向に移動する。

次に、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、コイル１１に電流を流すのを止める。すると、移動子１０と振動基板４との間の摩擦は減少する。その結果、圧電素子３の収縮とともに振動基板４が紙面右方向に移動しても、見かけ上、移動子１０は移動した位置で静止した状態となる。このようにすることで、移動子１０を紙面左方向へ移動させことができる。

なお、上述のようにコイル１１に電流を流すタイミングを変えることで、移動子１０を紙面右方向へ移動させことができることはいうまでもない。また、コイル１１に流す電流の向きを逆にしても移動子１０を移動させることはできる。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ５００について説明する。
図８（ａ）は、慣性駆動アクチュエータ５００の側面図、図８（ｂ）は上面図、（ｃ）は断面図である。また、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第５実施形態の慣性駆動アクチュエータ５００を駆動するときの駆動方法を示している。

第７実施形態の慣性駆動アクチュエータ５００は、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００における移動子１０を２つ備えている。すなわち、第７実施形態の慣性駆動アクチュエータ５００は、圧電素子３と、振動基板４と、移動子１０ａと、移動子１０ｂと固定子２０で構成されている。固定子２０の上部に圧電素子３と振動基板４が位置し、振動基板４の上部に移動子１０ａと、移動子１０ｂが位置する。

慣性駆動アクチュエータ５００の駆動方法について説明する。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、横軸は時間を示し、縦軸は圧電素子３の変位を示している。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、圧電素子３が紙面左方向に伸びた場合を正としている。

図８（ｃ）の断面図に示すように、本実施形態においては、移動子１０ａが移動する範囲において、コイル１１ａを固定子２０側に設けている。同様に、移動子１０ｂが移動する範囲において、コイル１１ｂを固定子２０側に設けている。即ち各移動子に対応したコイルが必要となる。
移動子１０ａの吸引力を変化させるときはコイル１１ａを使用する。移動子１０ｂの吸引力を変化させるときはコイル１１ｂを使用する。

時刻０から時刻Ａまでの間、圧電素子３は延伸している。この間、移動子１０ａのコイル１１ａに電流を流さないでおく。この場合、移動子１０ａに対して磁気吸着力が働かなくなる。そのため、移動子１０ａは、その位置を変えずに静止したままである。一方、移動子１０ｂのコイル１１ｂに、紙面上方向にＮ極が発生するように電流を流す。この場合、図６で説明したように、移動子１０ｂに対して振動基板４側に磁気吸着力が働く。そのため、移動子１０ｂは紙面左方向に移動する。

次に、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、圧電素子３は収縮している。この間、移動子１０ａのコイル１１ａに、紙面上方向にＮ極が発生するように電流を流す。この場合、図１（ｃ）で説明したように、移動子１０ａに対して振動基板４側に磁気吸着力が働く。そのため、移動子１０ａは紙面右方向に移動する。一方、移動子１０ｂのコイル１１ｂに電流を流さないでおく。この場合、移動子１０ｂに対して磁気吸着力が働かなくなる。そのため、移動子１０ｂは、その位置を変えずに静止したままである。

以上のように、時刻０から時刻Ａの間、移動子１０ａは静止し、移動子１０ｂは紙面左方向、すなわち移動子１０ａに向かって移動する。一方、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、移動子１０ａは紙面右方向、すなわち移動子１０ｂに向かって移動し、移動子１０ｂは静止している。その結果、移動子１０ａと移動子１０ｂを近づけることができる。また、時刻０から時刻Ｂまでの間の駆動方法を繰り返すことで、移動子１０ａと移動子１０ｂを更に近づけることができる。また、駆動方法を変えれば、移動子１０ａと移動子１０ｂを同一方向に移動させることや、移動子１０ａと移動子１０ｂを離すようにすることもできる。

なお、図８および図９では、説明のために２個の移動子の構成とその駆動方法を例示したが、原理的には２個以上の移動子においても、同一の振動基板上で、それぞれを独立に駆動することが可能である。

なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。

以上のように、本発明は、長期に亘って、安定した動作、例えば、移動子を所望の位置に移動させることや、所望の位置で移動子を静止させることや、静止した状態を維持することができる慣性駆動アクチュエータに適している。

３圧電素子
４、４０振動基板
９ヨーク
１０、１０ａ、１０ｂ移動子
１１、１１ａ、１１ｂコイル
１２、１２ａ、１２ｂ第１のヨーク
２０固定子
２１永久磁石
２２ヨーク
４０振動基板
４１非磁性部
４２磁性部
１００、１２０、１４０、２００、３００、４００、５００慣性駆動アクチュエータ
１０１支持部材
１０２圧電素子
１０３振動部材
１０４移動体
１０５板ばね

Claims

第１の方向と前記第１の方向とは逆の第２の方向に微小変位を発生する変位手段と、
前記変位手段の前記微小変位によって往復運動する振動基板と、
磁界を発生する第１の磁界発生手段と、
前記振動基板の平面上に配置され、前記第１の磁界発生手段が発生するＮ極とＳ極の磁束を所定の位置に集中させる第１のヨークを有する移動子と、
前記振動基板の前記移動子に対向した向きと反対側に第２のヨークと、を有し、
前記振動基板よりも外側で前記第１のヨークと、前記第２のヨークの端部が対向することで、前記移動子の駆動方向に垂直な方向の動きを機械的に規制し、
第１の磁界発生手段から発生する磁界を制御することによって、前記移動子と前記振動基板の間に働く摩擦力を制御し、前記移動子を駆動することを特徴とする慣性駆動アクチュエータ。
前記第１の磁界発生手段から発生する磁界とは別に、前記移動子が前記振動基板に対向した方向に磁気吸引力または磁気反発力が働くように磁界を発生する第２の磁界発生手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記第１の磁界発生手段が電磁コイルであることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記第２の磁界発生手段が永久磁石であることを特徴とする請求項２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記変位手段が圧電素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記振動基板が非磁性体であることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記振動基板が非磁性部と磁性部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記振動基板は、少なくとも一部が前記第１の磁界発生手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記振動基板は、少なくとも一部が前記第２の磁界発生手段を有することを特徴とする請求項２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記振動基板は、前記第２のヨークの機能を兼用することを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。
前記移動子が永久磁石を有することを特徴とする請求項１または２に記載の慣性駆動アクチュエータ。