JP6076124B2 - 慣性駆動アクチュエータ - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ100の構成を示す断面図である。図1に示す慣性駆動アクチュエータ100は、磁歪素子120を駆動源とした自走式のインパクト駆動アクチュエータである。図1、図2は、慣性駆動アクチュエータ100の移動軸A100を含む縦断面図である。
慣性駆動アクチュエータ100は、固定部材としての磁性体110と、磁気−機械変換素子としての磁歪素子120と、磁界発生手段としてのコイル130と、移動体140と、摩擦発生部材としての磁石150と、コイル130に接続された駆動回路131(駆動部)と、を備える。
ここで、光学素子は、移動体140及び磁石150(摩擦発生手段)の少なくともどちらか一方に、連結部材を介して接続されていることが好ましい。図1に示す例では、移動体140が連結部材を兼ねている。光学素子は、例えばレンズ、絞りである。
磁歪素子120は、外部からの磁界の変化に応じて伸縮する磁気−機械変換素子であって、移動軸A100に沿って延設された棒状の素子である。この磁歪素子120は、コイル130内に挿入され、コイル130が発生する磁界の変化に応じて移動軸A100に沿った方向に伸縮する。
コイル130は、磁歪素子120の外周部に設けられており、例えば接着によって、磁性体110に固定されている。コイル130は、駆動回路131によって駆動され、駆動回路131から印加される電流に応じて発生する磁界が変化する。
なお、磁石150と磁性体110に代えて、例えば静電気や弾性力を用いて、摩擦発生部材と固定部材を摩擦結合させることもできる。
磁歪素子120が第1の速度で移動軸A100に沿って伸縮すると、磁石150は磁性体110との間の摩擦力によってその位置が保持され、移動体140はコイル130に対して相対的に移動する。
これに対して、第1の速度よりも速い第2の速度で磁歪素子120が伸縮すると、移動体140は、その慣性によって位置が保持され、磁石150はコイル130に対して相対的に移動する。
図2は、慣性駆動アクチュエータ100の動作を示す断面図であって、(a)は図3の時間ゼロのときの状態を示し、(b)は図3の時間T1のときの状態を示し、(c)は図3の時間T2のときの状態を示している。図3は、コイル130に印加する電流波形の例を示すグラフである。
次に、区間P2に示すように、コイル130に印加する電流を急峻に低下させると、磁歪素子120は急峻に縮む動作をするため、移動体140は慣性によりその位置にとどまろうとする。一方、磁石150と磁性体110の間にはすべりが生じるため、磁石150が左に移動する(図2(c))。
慣性駆動アクチュエータ100においては、以上の動作を繰り返すことによって移動体140及び磁石150を左へ移動させている。
これに対して、移動体140及び磁石150を右へ移動させる場合には、図3の区間P1で急峻に電流を増加させ、区間P2で緩やかに電流を減少させればよい。
別言すると、慣性駆動アクチュエータ100は、上述の構成により以下の効果を得ることが出来る。
(1)磁界発生手段であるコイル130を磁性体110に固定しているため、コイル130への配線が移動に対する負荷にならず、安定した動作が得られる。
(2)摩擦発生部材としての磁石150と、固定部材としての磁性体110と、が互いに摩擦結合するため、両者間の磁力によって、常に一定した摩擦力を与えることが出来ることとなり、これにより機械的に摩擦するよりも長期的に安定動作が得られる。
(3)レンズなどの光学素子160を移動体140に接続した構成にすることで焦点距離などを正確に変えることができる。
図4は第1実施形態の変形例に係る慣性駆動アクチュエータの構成を示す断面図である。図4は、移動軸A100を含む縦断面図である。
図4に示す慣性駆動アクチュエータにおいては、コイル130がボビン132(コイルボビン)に巻かれており、磁歪素子120はボビン132にあけられた穴に挿入されている。ボビン132は、コイル130が磁性体110に対して移動しないように磁性体110に固定されている。また、ボビン132は非磁性体であることが望ましい。
ここで、磁歪素子120が移動軸A100に沿って延びるように配置される点は第1実施形態の場合と同様である。また、磁性体110、駆動回路131、移動体140、磁石150、及び光学素子160は第1実施形態と同様であるため、同じ符号を用いている。
別言すると、本変形例によれば、コイル130を製作しやすくなる。また、磁歪素子120は凹凸のあるコイル130ではなくボビン132の内面と接することになるため、伸縮の際の摺動性が良くなりアクチュエータの動作が安定する。さらに、ボビン132にコイル130を巻いた構成であるため、アクチュエータの製作が簡単になる。また、磁性体110に対してボビン132を接合することにより、磁性体110に対するコイル130の固定も容易になる。
図5は、第2実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ200の構成を示す断面図である。図5は、慣性駆動アクチュエータ200の移動軸A200を含む縦断面図である。
第2実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ200においては、コイル230の外周に、磁性体からなるヨーク232を配置し、ヨーク232の内側にコイル230を固定し、このヨーク232が磁性体210に固定されている点が第1実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ100と異なる。磁性体210、磁歪素子220、駆動回路231、移動体240、磁石250、及び光学素子260の構成及び配置は、第1実施形態の磁性体110、磁歪素子120、駆動回路131、移動体140、磁石150、及び光学素子160とそれぞれ同様であるため、詳細な説明は省略する。
第2実施形態の慣性駆動アクチュエータ200では、磁性体からなるヨーク232を用いることによって、磁歪素子220へ効率よく磁束を供給できる。したがって、磁歪素子220の変位量が大きく取れるため、アクチュエータの移動がより安定する。
なお、その他の構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。
図6は、第2実施形態の第1変形例に係る慣性駆動アクチュエータの構成を示す断面図である。
図5に示すヨーク232に代えて、図6に示すように固定部材としての磁性体213にヨーク233を一体形成し、このヨーク233の内側にコイル230を固定しても良い。この構成によれば、磁性体213にヨーク233を固定するときの精度が向上するため、磁性体213に対する移動体240の移動の直進性の低下を抑えることができる。また、ヨーク233を用いるため、コイル230からの磁束が集中的に磁歪素子220へ流れるため、より効率の良いアクチュエータとなる。
図7は、第2実施形態の第2変形例に係る慣性駆動アクチュエータの構成を示す断面図である。
第2変形例においては、図7に示すように、ヨーク234の本体部234aの移動軸A200に沿った方向の両端部234b、234cを、内側に突出した形状としている。このように、磁歪素子220を囲むようにヨーク234を形成したため、コイル230からの磁束をより効率よく供給できる。また、ヨーク234をコイル230の外周に配置することで、コイル230が発生する磁束をより磁歪素子220に集めることができる。
第3実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ300においては、図5に示す第2実施形態の慣性駆動アクチュエータ200に対して、駆動回路231に代えて、駆動部及び検出回路としての駆動・検出回路332を用いている点が異なる。磁性体310、磁歪素子320、コイル330、駆動・検出回路332、移動体340、磁石350、及び光学素子360の構成及び配置は、第2実施形態の磁性体210、磁歪素子220、コイル230、ヨーク232、移動体240、磁石250、及び光学素子260とそれぞれ同様であるため、詳細な説明は省略する。
駆動・検出回路332は、コイル330と磁石350との距離に応じて変化する磁束に対応する信号をコイル330から検出する回路である。
慣性駆動アクチュエータ300においては、磁石350の移動方向は移動軸A300に沿った方向であり、磁石350の磁極の配置を、その移動方向に沿うようにしている。このような配置において、磁石350をコイル330に対して移動させることにより、コイル330を通る磁束が変化し、コイル330のインダクタンスが変化することから、移動体340、磁石350、及び光学素子360の位置検出が可能になる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第2実施形態と同様である。
110 磁性体(固定部材)
120 磁歪素子(磁気−機械変換素子)
130 コイル(磁界発生手段)
131 駆動回路(駆動部)
132 ボビン
140 移動体
150 磁石(摩擦発生部材)
160 光学素子
200 慣性駆動アクチュエータ
210、213 磁性体(固定部材)
220 磁歪素子(磁気−機械変換素子)
230 コイル(磁界発生手段)
231 駆動回路(駆動部)
232、233、234 ヨーク
240 移動体
250 磁石(摩擦発生部材)
260 光学素子
300 慣性駆動アクチュエータ
310 磁性体(固定部材)
320 磁歪素子(磁気−機械変換素子)
330 コイル(磁界発生手段)
332 駆動・検出回路(駆動部、検出回路)
340 移動体
350 磁石(摩擦発生部材)
360 光学素子
A100、A200、A300 移動軸
AX 光軸
Claims (7)
- 固定部材と、
外部からの磁界の変化に応じて伸縮する磁気−機械変換素子と、
前記固定部材に固定されるとともに、前記磁気−機械変換素子の外周部に設けられ、前記磁界を変化させる磁界発生手段と、
前記磁気−機械変換素子の一端に連結され、前記磁界発生手段に対して相対的に前記磁気−機械変換素子とともに移動する移動体と、
前記磁気−機械変換素子の他端に連結され、前記磁界発生手段に対して相対的に前記磁気−機械変換素子とともに移動するとともに、前記固定部材と摩擦結合する摩擦発生部材と、
前記磁界発生手段を駆動する駆動部と、
を具備し、
前記駆動部が前記磁界発生手段を駆動することによって、前記磁気−機械変換素子が第1の速度で伸縮すると、前記摩擦発生部材は前記固定部材との摩擦力でその位置が保持され、前記移動体は前記磁界発生手段に対して相対的に移動し、前記第1の速度よりも速い第2の速度で前記磁気−機械変換素子が伸縮すると、前記移動体は、その慣性によって位置が保持され、前記摩擦発生部材は前記磁界発生手段に対して相対的に移動し、前記固定部材は磁性体からなり、前記摩擦発生部材は永久磁石からなることを特徴とする慣性駆動アクチュエータ。 - 前記移動体及び前記摩擦発生部材の少なくともどちらか一方に、連結部材を介して光学素子が接続されており、前記慣性駆動アクチュエータの移動軸と前記光学素子の光軸の方向が略一致してい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。
- 前記磁界発生手段はコイルからなり、また、前記永久磁石は前記移動体の移動方向と同一となるように着磁されており、前記コイルと前記永久磁石との距離に応じて変化する磁束に対応する信号を前記コイルから検出する検出回路を備え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。
- 前記検出回路は前記移動体の移動が終了した後に位置検出を行うことを特徴とする請求項3に記載の慣性駆動アクチュエータ。
- 前記コイルはコイルボビンに巻かれており、前記コイルボビンが前記固定部材に固定されていることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の慣性駆動アクチュエータ。
- 前記コイルの外周には磁性体からなるヨークが配置されており、前記ヨークが前記固定部材に固定されていることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
- 前記ヨークと前記固定部材は一体的に作られていることを特徴とする請求項6に記載の慣性駆動アクチュエータ。
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