WO2004049547A1

WO2004049547A1 - アクチュエータ

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Publication number: WO2004049547A1
Application number: PCT/JP2003/014987
Authority: WO
Inventors: Yuya Hasegawa; Katsuhiro Hirata; Yoshio Mitsutake; Tomohiro Ota; Ryo Motohashi; Tomohiro Kunita; Hiroaki Shimizu; Hidekazu Yabuuchi; Takahiro Nishinaka
Original assignee: Matsushita Electric Works, Ltd.
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2004-06-10
Also published as: US20050200207A1; AU2003284670A1; US7218018B2; CA2493603C; EP1566879A4; CA2493603A1; EP1566879A1; US20070170877A1

Abstract

　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のコイル部材を含んで、アクチュエータの動作制御の自由度を向上すると共に、軸方向の慣性力による振動を低減する。

Description

ァクチユエータ技術分野

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ァクチユエータに関する。

背景技術明

ァクチユエータは、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方向に運動す細 1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書。しカゝしながら、運動方向変^ «構は、運動方向を変換する際に騒音の原因となる。

特開 2 0 0 2— 7 8 3 1 0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、コィ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ァクチユエータにおいて、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 2 0 0 2— 1 9 9 6 8 9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 (ギヤップ）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ユ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 «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。し力しながら、特開 2 0 0 2— 7 8 3 1 0号公報ゃ特開 2 0 0 2 - 1 9 9 6 8 9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 «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つた。

発明の開示

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ァ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、本発明のァクチユエータは、ケースと、コィノレ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ァクチユエータにおいて、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のコィル部材と第 2の固定子部材を通る第 2磁路を励磁する第 2のコイル部材を含むものである。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施形態にかかるァクチユエータの部分断面斜視図である。

図 2は、図 1の I I一 I I線における断面図である。

図 3は、図 1の I I I一 I I I線における断面図である。

図 4 (A) と図 4 (B ) は、夫々、図 3の I VA— I VA線と I V B _ I V B 線における断面図である。

図 5は、図 1のァクチユエ一タの軸方向変位と推力の関係を示す特性図である。図 6は、図 1のァクチユ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 7は、図 1のァクチユエータの変形例にかかるァクチユエータを示す、図 3 に対応する断面図である。

図 8 (A) と図 8 (B) は、夫々、図 7の VI I IA— V I I IA,锒と VI I I B-V I I I B線における断面図である。

図 9は、図 1のァクチユエータの動作を示す波形図である。

図 10は、図 1のァクチユエータの別の動作を示す波形図である。

図 1 1は、本宪明の第 2の実施形態にかかるァクチユエータの部分斜視図である。

図 12は、図 11のァクチユエータの平面図である。

図 13は、本発明の第 3の実施形態にかかるァクチユエータを示す、図 2に対応する断面図である。

図 14は、本発明の第 4の実施形態にかかるァクチユエータを示す、図 2に対応する断面図である。

図 15は、図 14のァクチユエ一タの軸方向変位と推力の関係を示す特性図である。

図 16 (A) と図 16 (B) は、夫々、本発明の第 5の実施形態にかかるァクチユエータにおける第 1の固定子に対する第 1のコイルの 2通りの卷き方を示す図である。

図 17は、本発明の第 6の実施形態にかかるァクチユエータを示す、図 2に対応する断面図である。

図 18は、本発明の第 7の実施形態にかかるァクチユエータの部分断面斜視図である。

図 19は、図 18の X I X-X I X線における断面図である。

図 20は、図 18の XX— XX線における断面図である。

図 21は、図 18のァクチユエータの変形例にかかるァクチユエータを示す、図 20に対応する断面図である。

図 22は、本発明の第 8の実施形態にかかるァクチユエータを示す、図 19に対応する断面図である。

図 23は、本発明の第 9の実施形態にかかるァクチユエータを示す、図 19に対応する断面図である。

図 2 4は、本亮明の第 1 0の実施形態にかかるァクチユエータを示す、図 1 9 に対応する断面図である。

図 2 5は、本発明の第 1 1の実施形態にかかるァクチユエ一タの縦断面図である。

図 2 6は、図 2 5のァクチユエータに用いられる軸方向ァクチユエータの磁気構造を示す断面図である。

図 2 7は、図 2 6の軸方向ァクチユエータ動作原理を説明する図である。

図 2 8は、図 2 5のァクチユエータに用いられる回転ァクチユエータの磁気構造を示す破断斜視図である。

図 2 9 (A) と図 2 9 ( B ) は、夫々、図 2 8の回転ァクチユ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 3 0は、図 2 5のァクチユエータを動作させるための電圧波形図である。図 3 1は、図 2 5のァクチユ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。

発明を実施するための最良の形態

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 1 0は、本発明の第 1の実施形態にかかるァクチユエータを示す。図 1に示すように、このァクチユエータは、主に、ケース 1と、各々に第 1のコィル 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を卷いた 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 6 aと、シャフト 6 aに固着された馬区動力発生部 6 bとを含む。

ケース 1は、筐体部 1 aと 1対の軸受け部 1 b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 1 a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 l b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ノレベアリングである。 2個の軸受け部 1 bは、筐体部 1 aの中心軸心と軸受け部 1 bの中心軸心が一致するように、筐体部 1 a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 l bは、可動子 6のシャフト 6 a、即ち、可動子 6がシャフト 6 a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 6 aを支持する。

第 1の固定子 2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 2 a及ぴ 2 bと中央の磁極部 2 c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 1 aの中空部に固定されている。第 1の固定子 2の磁極部 2 a〜2 c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 2 c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 2 cと両端の磁極部 2 a及ぴ 2 b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 2 cに N極が生じれば、両端の磁極部 2 a及び 2 bには S極が生じる。磁極部 2 a〜2 c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のコィノレ 3は、第 1の固定子 2の中央の磁極部 2 cに樹脂製のコィルポビン（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 2 c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 2 cが S極に励磁されるように、第 1のコイル 3が接 ,f売される。

第 2の固定子 4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 4 aと 4 b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 1 aの中空部に固定されている。そして、図 4 (A) 及ぴ図 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 4 aと 4 b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 4 aと 4 bに分割して卷かれており、第 2のコィル 5に電流を流すことにより、磁極部 4 aと 4 b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 4 aに S極が生じれば、磁極部 4 bには N極が生じる。磁極部 4 aと 4 b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の固定子 4の磁極部 4 aと 4 bの各々に樹脂製のコィルポビン（図示せず）を介して分割して卷かれる。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のコィノレ 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 4 a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 4 a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。

可動子 6は、上述したように、シャフト 6 aと駆動力発生部 6 bを含む。シャフト 6 aは、金属製の円筒からなり、軸方向と回転方向に運動できるように 2個の軸受け部 1 bにより支持されている。駆動力発生部 6 bは、着磁方向（S極から N極に向かう方向）力図 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 6 b 1と 6 b 2により形成される。磁石 6 b 1と 6 b 2は、磁石 6 b 1と 6 b 2の中心軸心がシャフト 6 aの中心軸心と一致するように、シャフト 6 aに固着される。このことにより、磁石 6 b 1と 6 b 2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 6 b 1と 6 b 2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 6 b 1と 6 b 2の両側に位置する磁極部 2 a〜2 cと磁極部 4 a及び 4 b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 6 b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 6 b 1と 6 b 2の各々は、図 2に示すように、 E 字形の磁極部 2 a〜2 c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 6 b 1と 6 b 2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 6 b 1と 6 b 2が軸方向に間隔をあけてシャフト 6 aに設けられてレ、る。このとき、図 3に示すように、磁石 6 b 1と 6 b 2は、夫々、第 2の固定子 4の磁極部 4 aと 4 b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 6 b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 6 b 1と 6 b 2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 2 a〜 2 c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 6 b 1が第 1の固定子 2の上端の磁極部 2 aからは吸引力が与えられ、中央の磁極部 2 cからは反発力が与えられる。一方、磁石 6 b 2は、第 1の固定子 2の中央の磁極部 2 cから吸引力が与えられ、下端の磁極部 2 b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 2 a〜 2 c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 4 a と 4 b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 6 b 1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 6 b 2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 4 aと 4 b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、このァクチユエータは、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 F Z 1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 F P 1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 FM 1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 T Z 1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 T P 1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 TM 1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のァクチユエータの変形例にかかるァクチユエータを示す図 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 4 a及ぴ 4 bと中央の磁極部 4 c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 6 b 1と第 2の固定子 4の上端の磁極部 4 a との位置関係は、磁石 6 b 1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 6 b 2と第 2の固定子 4の下端の磁極部 4 bとの位置関係は、磁石 6 b 2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 6 b 1の回転方向と磁石 6 b 2の回転方向は互いに逆になるので、磁石 6 b 1の回転運動と磁石 6 b 2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 6 b 1と 6 b 2の磁極面と第 2の固定子 4の磁極部 4 a〜4 c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ァクチユ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 F Z 1と図 6の曲線 T Z 1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 V S と波形 V R 1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を通る磁路を励磁し、第 2のコイル 5は、第 2の固定子 4を通る磁路を励磁する。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の運動やコィ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 D Sのように運動する。一方、可動子 6は、第 2のコィノレ 5 により、例えば図 9に示した位相で、区間 R Lでは左回りの回転運動を行い、区間 R R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、このァクチユエータでは、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 1 0に示すように、波形 V R 2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 V S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ァクチユエータにおいては、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ァ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 6 b 1と 6 b 2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 6 b 1と 6 b 2の両側に位置する磁極部 2 a〜 2 cと磁極部 4 a及び 4 b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 2 a〜2 c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 4 aと 4 b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のコイスレ 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⁶ b 1と 6 b 2に対向して位置するときに、第 1の固定子 2の磁極部 2 a〜2 c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 6 b 1と 6 b 2に対向して位置するときに、第 2 の固定子 4の磁極部 4 aと 4 b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 1 1と図 1 2は、本発明の第 2の実施形態にかかるァクチユエータを示す。このァクチユエータは、第 1の実施形態のァクチユエータと、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の実施形態のァクチユエータと同じ構成である。

このァクチユエータでは、第 1の固定子 2と第 2の固定子 4の磁極部の磁極面 1 可動子 6の駆動力発生部 6 b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囬部に設けられている。よって、図 1 2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の磁極部の両端部力立体的に重なり合う重なり部 C Pを形成している。したがって、図 1 1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 1 2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 1^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 6 b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 1 3は、本発明の第 3の実施形態にかかるァクチユエータを示す。このァクチユエータは、第 1の実施形態のァクチユエータと、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の実施形態のァクチユエータと同じ構成である。

可動子 6の駆動力発生部 6 bを形成する磁石 6 b 1と 6 b 2の各々は、第 1の固定子 2の E字形の磁極部 2 a〜2 c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 2 a ~ 2 c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 6 b 1と 6 b 2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 6 b 1と 6 b 2の磁極部と第 1の固定子 2の磁極部 2 a〜 2 c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 1 4と図 1 5は、本発明の第 4の実施形態にかかるァクチユエータを示す。このァクチユエータは、第 1の実施形態のァクチユエータと、可動子 6の磁石 6 b 1及ぴ 6 b 2の形状が異なつており、その他は第 1の実施形態のァクチユエータと同じ構成である。

図 1 4に示すように、可動子 6の磁石 6 b 1と 6 b 2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 6 b 1と 6 b 2の当接する両端面は、第 1の固定子 2の中央の磁極部 2 c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 6 b 1と 6 b 2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 1 5において、このァクチユエータは、第 1のコイル 3に電流が流れていないときには曲線 F Z 2、第 1のコィノレ 3にプラス方向の電流が流れたときには曲線 F P 2、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 FM 2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 6 b lと 6 b 2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 6 bは、当接する 2個の磁石 6 b 1と 6 b 2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 1 6 (A) と図 1 6 (B ) は、本発明の第 5の実施形態にかかるァクチユエ一タにおける第 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。このァクチユエータは、第 1の実施形態のァクチユエータと、第 1のコィノレ 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の実施形態のァクチユエータと同じ構成である。

第 1の実施形態のァクチユエータでは、図 2に示すように、第 1のコィ /レ 3は、第 1の固定子 2の中央の磁極部 2 cに卷かれていた。しかしながら、このァクチユエータでは、図 1 6 (A)に示すように、第 1のコィノレ 3は、第 1の固定子 2 の両端の磁極部 2 aと 2 b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 2 cと両端の磁極部 2 a及ぴ 2 bが異なつ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 2 aと 2 b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 2 cに卷いた第 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を卷く空間を低減することができる。また、図 1 6 ( B ) に示すように、第 1のコィノレ 3を、第 1の固定子 2の磁極部 2 a〜2 c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 2 aと 2 bまたは磁極部 2 a〜 2 cに分割して卷くことにより、第ェのコイル 3を 1個の磁極部 2 cに巻いた第 1の実施形態と比較して、卷かれた第 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のコィノレ 3を卷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 1 7は、本発明の第 6の実施形態にかかるァクチユエータを示す。このァクチユエータは、第 4の実施形態のァクチユエータと、 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の実施形態のァクチユ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、橈んだ状態でケース 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 6 b 1と対応する軸受け部 1 bの間に設けられ、その両端が、夫々、磁石 6 b 1と対応する軸受け部 1 bに固定されている。他方の共振ばね 8は、磁石 6 b 2と対応する軸受け部 1 bの間に設けられ、その両端が、夫々、磁石 6 b 2と対応する軸受け部 1 b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のコィル 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の各々力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、板ばねと渦卷きばねを、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ィルばねと回転共振ばねとしてのコィ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 1 8乃至図 2 0は、本発明の第 7の実施形態にかかるァクチユエータを示す。このァクチユエータは、第 1の実施形態のァクチユエータと、別の可動子 1 7とばね部材 1 8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の実施形態のァクチユエータと同じ構成である。したがって、このァクチユエータは、第 1の実施形態のァクチユエータと大略同様に動作する。また、図 1 8のァクチユエータの変形例にかかるァクチユエータを示す図 2 1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 4 a及ぴ 4 bと中央の磁極部 4 cを有する E字形に形成している。別の可動子 1 7は、銅、タングステン、黄銅等で筐体部 1 aの内径より小さい外径の円筒管で形成され、シャフト 6 aの直径より大きい直径の円形貫通孔が、別の可動子 1 7の中心軸心に設けられている。別の可動子 1 7は、貫通孔にシャフト 6 aを揷通した状態で可動子 6の磁石 6 b 2と対応する軸受け部 1 bの間で磁石 6 b 2と軸方向に並ぶように筐体部 1 a内に収納されている。別の可動子 1 7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 1 8を用いて磁石 6 b 2と軸受け部 1 bの間に支持されている。別の可動子 1 7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 1 8は、軸方向に撓む 3個のコイルばね、即ち、第 1のばね 1 8 a、第 2のばね 1 8 bと第 3のばね 1 8 cにより構成されている。第 1のばね 1 8 a は、磁石 6 b 1と対応する軸受け部 1 bの間に設けられ、その両端が、夫々、磁石 6 b 1と対応する軸受け部 1 bに固定されている。また、第 2のばね 1 8 bは、磁石 6 b 2と別の可動子 1 7の間に設けられ、その両端が、夫々、磁石 6 b 2と別の可動子 1 7に固定されている。更に、第 3のばね 1 8 cは、別の可動子 1 7 と対応する軸受け部 1 bの間に設けられ、その両端が、夫々、別の可動子 1 7と対応する軸受け部 1 bに固定されている。その結果、ばね 1 8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 1 7と、ばね部材 1 8とは、夫々の質量とばね部材 1 8の第 1のばね 1 8 a、第 2のばね 1 8 bと第 3のばね 1 8 c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 1 7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 1 7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 1 7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 1 7の質量を同程度としているので、可動子 6 と別の可動子 1 7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。

—方、ばね部材 1 8は、コィ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 1 7と、ばね部材 1 8とは、夫々の慣性モーメントとばね部材 1 8の第 1のばね 1 8 a、第 2のばね 1 8 bと第 3のばね 1 8 c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。したがつて、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ァクチユエータにおいては、可動子 6と、別の可動子 1 7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 1 8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 1 7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 «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ァクチユ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 1 7は、第 1の固定子 2と第 2の固定子 4からカ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 1 8を介して別の可動子 1 7に伝わるので、可動子 6と別の可動子 1 7の磁気構造を入れ替えて、別の可動子 1 7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 2 2は、本発明の第 8の実施形態にかかるァクチユエータ示す。このァクチユエータは、第 7の実施形態のァクチユエータと、可動子 6の形状と可動子 6及ぴ第 1の固定子 2の相対位置が異なっており、その他は第 7の実施形態のァクチユエータと同じ構成である。より詳しくは、このァクチユエータは、図 1 3に示す第 3の実施形態のァクチユエータの可動子 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の実施形態のァクチユエータに適用することにより得られる。

したがつて、第 3の実施形態と同様に、可動子 6の駆動力発生部 6 bを形成する磁石 6 b 1と 6 b 2の各々は、第 1の固定子 2の E字形の磁極部 2 a〜2 c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 2 a〜2 c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 6 b 1と 6 b 2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 6 b 1と 6 b 2の磁極部と第 1の周定子 2の磁極部 2 a〜 2 c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 2 3は、本発明の第 9の実施形態にかかるァクチユエータを示す。このァクチユエータは、第 7の実施形態のァクチユエータと、可動子 6の磁石 6 b 1及び 6 b 2の形状が異なっており、その他は第 7の実施形態のァクチユエータと同じ構成である。より詳しくは、このァクチユエータは、図 1 4に示す第 4の実施形態の可動子 6の磁石 6 b 1及ぴ 6 b 2の形状を第 7の実施形態のァ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 6 b 1と 6 b 2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 6 b 1と 6 b 2の当接する両端面は、第 1の固定子 2の中央の磁極部 2 c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 6 b 1と 6 b 2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 1 8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 6 b 1と 6 b 2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 6 bは、当接する 2個の磁石 6 b 1と 6 b 2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あよい。

(第 1 0の実施形態）

図 2 4は、本発明の第 1 0の実施形態にかかるァクチユエータを示す。このァクチユエータは、第 9の実施形態のァクチユエータと、可動子 6が第 2の固定子 4から力を受けず、別の可動子 1 7が第 2の固定子 4から力を受ける点で異なつており、その他は第 9の実施形態と同じ構成である。

別の可動子 1 7は、可動子 6と同様に、互いに当接する 2個の磁石 1 7 aと 1 7 bを含み、シャフト 6 aの直径より大きい直径の円形貫通孔が、磁石 1 7 aと

1 7 bの各々の中心軸心に設けられている。磁石 1 7 aと 1 7 bは、貫通孔にべ了リングを介してシャフト 6 aを揷通した状態で可動子 6の磁石 6 b 2と対応する軸受け部 1 bの間で軸方向に並ぶように筐体部 1 a内に収納されて、磁石 6 b 2と対応する軸受け部 1 bの間にばね部材 1 8の第 2のばね 1 8 bと第 3のばね 1 8 cを用いて支持されている。別の可動子 1 7の磁石 1 7 aと 1 7 b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の実施形態のァクチユエータの第²の固定子 4 (図 2 0 ) と同じ形状を有すると共に、別の可動子 1 7に対向している。

このように構成することにより、第 1 0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 1 0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 1 7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 1 0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 1 7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 1 7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 1 0の実施形態において、可動子 6の質量と別の可動子 1 7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 1 7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の実施形態のァクチユエータと同様に、図 1 1と図 1 2に示す第 2 の実施形態のァクチユエ一タの第 1の固定子 2と第 2の固定子 4の形状と相対位置や、図 1 6 (A) と図 1 6 (B) に示す第 5の実施形態のァクチユエ一タの第 1のコイル 3の第 1の固定子 2への巻き方を第 7の実施形態のァクチユエータに適用し得ることは言うまでもな、。

更に、上記の第 1の実施形態乃至第 1 0の実施形態において、可動子 6の駆動力発生部 6 bの磁石 6 b 1と 6 b 2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 6 b 1と 6 b 2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 1 0の実施形態において、可動子 6の駆動力発生部 6 bが 2個の磁石 6 b 1と 6 b 2を有する構成を説明したが、駆動力発生部 6 bを 1個の磁石だけで形成してもよレ、。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 1 1の実施形態）

図 2 5乃至図 3 1は、本発明の第 1 1の実施形態にかかるァクチユエ一タを示す。図 2 5に示すように、このァクチユエータは、軸方向駆動用の軸方向ァクチユエータ 2 1と、回転方向駆動用の回転ァクチユエータ 2 2と、軸方向の振動を低減するための動吸振器 2 3とを含む。軸方向ァクチユエータ 2 1、回転ァクチユエータ 2 2と動吸振器 2 3は、ケース 2 7に収納されるように、シャフト 2 5 に装着される。シャフト 2 5は、また、ケース 2 7の両端部に設けられた 1対のベアリング 2 6によって支持される。 3個のばね 2 4が、夫々、ベアリング 2 6 の一方と軸方向ァクチユエータ 2 1の間、回転ァクチユエータ 2 2と動吸振器 2 3の間と動吸振器 2 3とべァリング 2 6の他方の間に設けられている。

図 2 6は、軸方向ァクチユエータ 2 1の磁気構造を示す。図 2 6において、ノヽツ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

2 5は、図 2 6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。軸方向ァクチユエータ 2 1は、コイル 3 1を巻いた固定子 2 9と、 1 対の磁石 3 0を有すると共にシャフト 2 5に固着された可動子 2 8とを含む。磁石 3 0の各々は、図 2 6の上下方向に着磁されている。

図 2 7は、軸方向ァクチユエータ 2 1の動作原理を示す。図 2 7に示すように、コイル 3 1に電流を入力することにより、固定子 2 9と可動子 2 8に磁極が生じて、可動子 2 8が矢印で示すように上方に移動する。コイル 3 1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 2 8を逆方向、即ち、図 2 7 で下方に移動するように駆動することができる。コイル 3 1には正弦波や矩形波の交流電圧が印加される。

図 2 8は、回転ァクチユエータ 2 2の磁気構造を示す。回転ァクチユエータ 2 2は、コイル 3 4を卷いた固定子 3 3と、図 2 9 (A) に示すように 4個の磁石

3 7を外周に配設していると共にシャフト 2 5に固着された可動子 3 2とを含む。図 2 9 (A) と図 2 9 (B ) に示すように、固定子 3 3は、 4個の上部磁極 3 5 と 4個の下部磁極 3 6を有する。

図 2 9 (A) と図 2 9 ( B ) は、夫々、回転ァクチユエータ 2 2の固定子 3 3 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ィル 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 3 6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 3 6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。軸方向ァクチユエータ 21のコイル 31と同様に、回転ァクチユエータ 22 のコィノレ 34にも正弦波や矩形波の交流電圧が印加される。

このァクチユエータにおいて、回転ァクチユエータ 22のコイル 34に印加する交流電圧の周波数を回転ァクチユエータ 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 1 1の実施形態のァクチユエータの上記構成において、シャフト 25を、軸方向ァクチユエータ 21と回転ァクチユエータ 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、左端の列は回転ァクチユエータ 22のコイル 34に印加される交流電圧の周波数 ί rと軸方向ァクチユエータ 21のコイル 31に印加される交流電圧の周波数 f aの比

(f r/f a) 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に示すように回転ァクチユエータ 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 ί rと軸方向ァクチユエータ 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 f aの比（i r/f a) 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（f rZi a) を、式（f r/f a) = (2 n+ 1) Z 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 とに設定することにより、図 31のグラフ d) 、 f ) 、 j ) 、 1) 、 p) と）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（f r/f a) を、式（ί rZf a) = mで表して、整数 mを 1〜4に設定すると共に、位相差を 0、（πΖ4) 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、回転ァクチユエータ 22のコイル 34 に印加される交流電圧の周波数 f rと軸方向ァクチユエータ 21のコイル 31に印加される交流電圧の周波数 f aの比 (f r/f a) 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。以下に、本発明で得られる効果を列記する。

最初に、本発明の第 1乃至第 6の実施形態で得られる効果を記载する。

まず、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 «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ァクチユ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 1貫性力は打ち消され、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さる。

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レ、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卷かれるので、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、コィルを巻く空間を低減することができる。 3 014987

25 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 1貫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。

更に、 1個のばね部材が軸方向共振ばねと回転共振ばねがとして働くので、ばね部材を設ける空間を減少させることができる。

次に、本発明の第 7乃至第 1 0の実施形態で得られる効果を記載する。

まず、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ァクチユ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。

Claims

請求の範囲

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ァクチユエータにおいて、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のコイル部材を含むァクチユエータ。

2 . 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む請求項 1記載のァクチユエータ。

3. 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 2記載のァクチユエータ。

4. 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のコィルは、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のコィルは、夫々、 1対の第 2の固定子を逆位相で励磁する請求項 2記載のァクチユエータ。

5 . 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 4記載のァクチユエータ。

6 . 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 4記載のァクチユエータ。

7 . 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 6記載のァクチユエータ。

8 . 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 7記載のァクチユエータ。

9 . 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 8記載のァクチユエータ。

1 0 . 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つて回転する請求項 7記載のァクチユエータ。

1 1 . 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 7記載のァクチュ土ータ。

1 2 . 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記載のァクチユエータ。

1 3 . 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記載のァクチユエータ。

1 4 . 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に記載のァクチユエータ。

1 5 . 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 1 4記載のァクチユエタ。

1 6 . 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 1 4記載のァクチユエータ。

1 7 . 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 1 5記載のァクチユエータ。

1 8 . 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のコィルを含む一方、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 1 6記載のァクチユエータ。

1 9 . 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 1 7記載のァクチユエータ。

2 0 . 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 1 8記載のァクチユエータ。

2 1 . 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 1 9記載のァクチユエータ。

2 2 . 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 2 0記載のァクチユエータ。

2 3 . 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 1 9記載のァクチユエータ。