WO2013172146A1 - 慣性駆動アクチュエータ - Google Patents

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inertial drive
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高橋雅矢
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オリンパス株式会社
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    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/062—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. for removing hysteresis

Definitions

  • the present invention relates to an inertial drive actuator.
  • a piezoelectric element In a conventional inertial drive actuator, one end of a piezoelectric element is fixed to a fixing member, and the other end is fixed to one end of a vibration substrate.
  • a movable body that can move in the vibration direction of the piezoelectric element is disposed on the vibration substrate.
  • the fixed substrate or the vibration substrate is made of a magnetic material (for example, iron or stainless steel having magnetism), and the attracting portion is also a magnetic material.
  • a current is applied to the coil, a magnetic field is generated.
  • the generated magnetic field also generates a magnetic field in the attracting part.
  • a magnetic attraction force is generated on the vibration substrate or the fixed member, which is a magnetic material, by the magnetic field generated at the attracting portion, the moving body and the vibration substrate are brought into close contact, and a friction force is generated therebetween.
  • a displacement sensor In a conventional inertial drive actuator that controls the frictional force by the magnetic attraction force, it is necessary to install a displacement sensor in order to detect the position of the moving body.
  • a displacement sensor an optical sensor, a capacitance sensor, an optical sensor, a magnetic sensor, an eddy current sensor, or the like can be used. Whichever displacement sensor is used, there is a problem that the size of the entire inertial drive actuator including the sensor becomes large.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an inertial drive actuator capable of detecting the position of a moving body without increasing the size of the inertial drive actuator.
  • an inertial drive actuator includes a first direction and a displacement unit that generates a minute displacement in a second direction opposite to the first direction.
  • a moving element having a coil that generates a magnetic flux in a direction different from that of the displacing means, and a first yoke that has a surface facing at least one surface of the coil and concentrates the magnetic flux generated by the coil at a predetermined position;
  • Detecting means for detecting an electric signal of the coil reflecting a magnetic flux change in the vicinity of the coil based on the positional relationship between the moving element and the coil, and determining means for determining the position of the moving element based on the output of the detecting means.
  • an inertial drive actuator capable of detecting the position of a moving body without increasing the size.
  • (A) is the figure which looked at the inertial drive actuator which concerns on 1st Embodiment from the upper surface
  • (b) is the figure seen from the side
  • (c) is a figure which shows a cross-sectional structure.
  • (A), (b), (c) is a figure explaining the principle of the position detection of a moving body. It is a figure explaining the relationship between the position change of a moving body, and magnetic flux change.
  • (A) is the figure which looked at the inertial drive actuator which concerns on 2nd Embodiment from the upper surface
  • (b) is the figure seen from the side surface
  • (c) is a figure which shows a cross-sectional structure.
  • (A) is the figure which looked at the inertial drive actuator which concerns on 3rd Embodiment from the upper surface
  • (b) is the figure seen from the side
  • (c) is a figure which shows a cross-sectional structure.
  • (A) is the figure which looked at the inertial drive actuator which concerns on 4th Embodiment from the upper surface
  • (b) is the figure seen from the side surface
  • (c) is a figure which shows a cross-sectional structure.
  • (A) is the figure which looked at the inertial drive actuator which concerns on 5th Embodiment from the upper surface
  • (b) is the figure seen from the side surface
  • (c) is a figure which shows a cross-sectional structure.
  • the inertial drive actuator 100 includes a moving body 101, a coil 102, a piezoelectric element 103, a detection unit 104, and a determination unit 105.
  • the piezoelectric element 103 (displacement means) generates a minute displacement in a first direction and a second direction opposite to the first direction.
  • the coil 102 generates a magnetic flux in a direction different from that of the piezoelectric element 103.
  • the moving body 101 (moving element) has a surface that faces at least one surface of the coil 102 and constitutes a first yoke that concentrates the magnetic flux generated by the coil 102 at a predetermined position.
  • the detection unit 104 detects an electrical signal of the coil 102 that reflects a change in magnetic flux in the vicinity of the coil based on the positional relationship between the moving body 101 and the coil 102.
  • the determination unit 105 determines the position of the moving body 101 based on the output of the detection unit 104. Details of the position determination will be described later. Then, by controlling the magnetic flux generated from the coil 102, the frictional force acting between the moving body 101 and the coil 102 is controlled to drive the moving body 101.
  • the coil 102 generates magnetic flux and detects magnetic flux.
  • the amount of magnetic flux near the coil 102 changes depending on the positional relationship between the coil 102 and the moving body 101.
  • the electric signal (impedance) of the coil 102 changes when the amount of magnetic flux near the coil 102 changes.
  • the position of the moving body can be detected by the electrical signal from the coil 102.
  • the amount of magnetic flux in the vicinity of the coil 102 changes according to the relative positional relationship between the coil 102 and the moving body 101. Further, when the amount of magnetic flux in the vicinity of the coil 102 changes, the electrical signal (impedance) of the coil 102 changes.
  • 2A, 2B, and 2C are diagrams showing changes in magnetic flux at different positions of the moving body 101, respectively.
  • the moving body 101 is indicated by a dotted line
  • the magnetic flux passing through the inside of the coil 102 flowing through the moving body 101 is indicated by a thick dotted line.
  • FIGS. 2A, 2B, and 2C show the moving body 101 moving from the left end toward the center with respect to the coil 102.
  • FIG. The movement from the center to the right side has a symmetrical relationship with the movement from the left side to the center, and thus a duplicate description is omitted.
  • the number of arrows indicated by dotted lines in FIGS. 2A, 2B, and 2C reflects the total amount of magnetic flux that passes through the moving body 101.
  • the distance ⁇ d in the figure indicates the distance at which magnetic flux can flow through the moving body 101 even at a position away from the moving body 101 by a distance ⁇ d for the sake of simplicity. Below, it demonstrates in order of Fig.2 (a), (b), (c).
  • FIG. 2A shows a state in which the moving body 101 is present at the left end position of the coil 102. From the right side of the moving body 101 to the distance ⁇ d, a magnetic flux passing through the inside of the coil 102 flows to the moving body 101. The region on the right side of the right end of the distance (interval) ⁇ d becomes a leakage magnetic flux, so that the magnetic flux does not pass through the moving body 101.
  • the region on the left side of the inside of the core or coil 102 is not a part where magnetic flux is generated. For this reason, in FIG. 2A, the portion where the moving body 101 covers the inside of the coil 102 and the area of the right distance ⁇ d are the amount of magnetic flux passing through the moving body 101.
  • FIG. 2B shows a state in which the moving body 101 has moved to the right side of the position of the left end of the coil 102. From the right side of the moving body 101 to the position of the distance ⁇ d, the magnetic flux passing through the inside of the coil 102 flows to the moving body 101 as in FIG.
  • a leakage magnetic flux is generated in a region on the right side of the position of the distance ⁇ d from the right side of the moving body 101. For this reason, the magnetic flux does not pass through the moving body 101. Similar to the right area, the magnetic flux passing through the inside of the coil 102 flows to the moving body 101 up to the position of the distance ⁇ d in the left area of the moving body 101. Further, since the inside of the core or coil 102 is within the range of the distance ⁇ d, the magnetic flux up to a part of the left distance ⁇ d flows to the moving body.
  • the region from the left side of the moving body 101 to the inner end portion of the coil 102, the portion of the moving body 101, and the region corresponding to the distance ⁇ d from the right side of the moving body 101 are the magnetic flux passing through the moving body 101 in FIG. Amount.
  • FIG. 2C shows a state in which the moving body 101 is located at the center of the coil 102. Magnetic flux passing through the inside of the coil 101 flows to the moving body 101 from the right side and the left side of the moving body 101 to the region of the distance ⁇ d.
  • the distance ⁇ d from the left side of the moving body 101, the portion of the moving body 101, and the distance ⁇ d from the right side of the moving body 101 are the amount of magnetic flux passing through the moving body 101.
  • FIG. 3 shows the relationship between the position of the moving body 101 and the amount of magnetic flux passing through the moving body 101.
  • the horizontal axis P indicates the position of the moving body 101.
  • the center position C, the right end position R, and the left end position L of the moving body 101 are shown with respect to the coil 102, respectively.
  • the vertical axis FL indicates the amount of magnetic flux.
  • a change in the amount of magnetic flux passing through the moving body 101 in the vicinity of the coil 102 causes a change in the back electromotive force that affects the coil 101 itself. Therefore, if the magnetic flux passing through the moving body 101 is large, the resistance and inductance of the coil 102 are larger than when the magnetic flux passing through the moving body 101 is small.
  • the resistance and inductance of the coil 102 tend to be equivalent to the change in the amount of magnetic flux passing through the moving body 101 shown in FIG.
  • the position of the moving body 101 is dependent on the position of the moving body 101, and thus the present embodiment is configured to detect the position of the moving body 101.
  • the magnetic flux other than the magnetic flux passing through the moving body 101 also affects the impedance of the coil 102.
  • magnetic fluxes other than the amount of magnetic flux passing through the moving body 101 are also reflected in the amount of magnetic flux passing through the moving body 101.
  • the change in the electrical signal of the coil 102 due to the position of the moving body 101 is described by the amount of magnetic flux passing through the moving body 101.
  • the inertial drive actuator 100 of this embodiment includes a coil 102, a piezoelectric element 103, a moving body 101, a detection unit 104, and a determination unit 105.
  • the moving body 101 is a magnetic body.
  • the moving body 101 serves as a yoke (first yoke) that closes the magnetic flux generated by the coil 102.
  • the method of closing the magnetic flux is indicated by using arrows in FIG. 6C, for example.
  • the coil 102 is connected to the detection means 104, and an electrical output signal of the coil 102 is detected.
  • the position of the moving body 101 is determined by the determination unit 105 based on the output from the detection unit 104.
  • the relationship between the position of the moving body 101 and the electrical signal of the coil 102 is as described above.
  • the amount of magnetic flux generated by the coil 102 passing through the moving body 101 varies depending on the position of the moving body 101.
  • the resistance and inductance of the coil 102 increase due to the influence of the counter electromotive force. Therefore, the position of the moving body 101 can be detected by detecting the impedance of the coil 102.
  • the detection means 104 is a detection circuit that detects the impedance of the coil 102. Based on the output signal from the detection unit 104 that reflects the impedance value, the determination unit 105 determines the position. Furthermore, by comparing with the output signal immediately before from the detection unit 104, the determination unit 105 can determine not only the position but also the direction in which the moving body 101 is moving.
  • the position can be detected by detecting the real part (resistance) of the impedance.
  • ⁇ Position can be detected by detecting imaginary part (inductance) of impedance ⁇
  • the position can be detected by detecting the size of the impedance.
  • ⁇ Inductance detection is effective from the viewpoint of temperature influence because inductance has low temperature dependence.
  • the position control drive is enabled by feeding back the moving body position information determined by the determination means 105 to an actuator drive circuit (not shown).
  • the friction control of the inertial drive actuator is performed by changing the magnetic force. Further, wear deterioration due to repeated driving can be prevented. Further, the magnetic flux generated for the electromagnetic coil to control the frictional force of the moving body 101 is configured to close via the moving body 101. If the path of the magnetic flux that controls the frictional force is a drive magnetic flux path, the amount of magnetic flux in the drive magnetic flux path changes depending on the position of the moving body 101.
  • the flow of magnetic flux in the vicinity of the coil 102 changes based on the positional relationship between the moving body 101 and the electromagnetic coil. For this reason, the position of the moving body 101 can be detected by detecting the electrical characteristics of the electromagnetic coil.
  • the electromagnetic coil for both driving and position detection, it is possible to provide an inertial drive actuator capable of detecting the position without increasing the actuator size as compared with a configuration in which a displacement sensor is separately added.
  • a magnetic core 201 (second yoke) is further added inside the coil 102. That is, the second yoke having at least a part inserted inside the coil 102 is disposed.
  • the presence of the core 201 increases the amount of magnetic flux generated by the coil 102. Thereby, the output signal of the coil 102 reflecting the position of the moving body 101 becomes large. As a result, the detection sensitivity of the position of the moving body 101 is improved.
  • the core 201 is provided only inside the coil 102.
  • the present invention is not limited to this, and the core 201 may be disposed so as to protrude outside the coil 102 (in the left-right direction and the front-rear direction in the drawing).
  • the core 201 may be disposed to the outside of the coil 102 and extended to the vicinity of the lower side of the moving body 101. Thereby, the efficiency which the magnetic flux of the coil 102 through the moving body 101 closes improves.
  • a magnet 301 is added below the core 201 or below the coil 102.
  • the magnet 301 is arranged so that the magnetic flux is generated in the same direction as the direction of the magnetic flux generated by the coil 102.
  • the moving body 101 can be held at all times.
  • -Magnetic flux change due to the position of the moving body 101 increases by the magnetic flux of the magnet.
  • ⁇ Detection sensitivity increases.
  • the moving body 101 is held in the moving body 101 because a force always acts in the direction of the coil. Further, the amount of magnetic flux through the moving body 101 is increased by the magnetic flux of the magnet 301. For this reason, the detection sensitivity of the position of the moving body 101 is improved.
  • a third yoke 401 which is a magnetic body, is added below the magnet 301. That is, the moving body 101 has the third yoke 401 on the opposite side to the direction facing the coil 102.
  • the above effect will be described more specifically.
  • the presence of the third yoke 401 increases the amount of magnetic flux passing through the magnetic path of the magnetic flux generated from the coil 102 and the magnet 301 via the moving body 101. Therefore, the detection sensitivity of the position of the moving body 101 is improved.
  • the direction of the magnetic flux generated by the coil 102 and the direction of the magnetic flux generated by the magnet 301 are in a parallel relationship.
  • the magnetic flux passes through the core 201, passes through the moving body 101, is transmitted to the third yoke 401 at the lower portion of the moving body 101, and is transmitted to the magnet 301.
  • the magnetic flux passing through the moving body 101 is closed.
  • the leakage magnetic flux that does not pass through the moving body 101 does not contribute to driving and does not contribute to the electrical signal of the coil 102 that reflects position detection. Therefore, reducing the leakage magnetic flux and increasing the amount of magnetic flux passing through the moving body 101 is effective for driving and position detection.
  • a vibration plate 501 is added between the moving body 101 and the coil 102. That is, in this embodiment, the vibration plate 501 is provided between the moving body 101 and the coil 102, and the vibration plate 501 is displaced in accordance with the displacement of the piezoelectric element 103 (displacement means).
  • the vibration part becomes small.
  • -Heat generation due to downsizing of the piezoelectric element 103 can be suppressed.
  • -The coil 102 can be protected.
  • a vibrating plate 501 is the only portion that vibrates minutely by the piezoelectric element 103. As a result, it is possible to use a smaller piezoelectric element 103. As a result, power consumption by the piezoelectric element 103 can be reduced and heat generation can be suppressed. Further, the coil 102 and the piezoelectric element 103 are not in contact. For this reason, the effect which protects the coil 102 is also show
  • the present invention is useful for an inertial drive actuator capable of detecting the position of a moving body without increasing the size of the inertial drive actuator.

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Abstract

　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（圧電素子）１０３と、変位手段（圧電素子）１０３と異なる方向に磁束を発生するコイル１０２と、コイル１０２の少なくとも一つの面に対向する面を有し、コイル１０２が発生する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、移動子（移動体）１０１とコイル１０２との位置関係に基づくコイル近傍の磁束変化を反映するコイル１０２の電気信号を検出する検出手段１０４と、検出手段１０４の出力に基づき、移動子（移動体）１０１の位置を判定する判定手段１０５と、を有し、コイル１０２から発生する磁束を制御することによって、移動子（移動体）１０１に対して働く摩擦力を制御して、移動子（移動体）１０１を駆動し、コイル１０２は、磁束の発生と磁束の検出とを行う。

Description

慣性駆動アクチュエータ
　本発明は、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「慣性駆動アクチュエータ」という。このような慣性駆動アクチュエータは、例えば、特許文献１に提案されている。
　従来の慣性駆動アクチュエータは、圧電素子の一端が固定部材に固定され、他端は振動基板の一端に固定されている。振動基板上には圧電素子の振動方向に移動可能な移動体が配置されている。ここで、固定基板または振動基板は、磁性材料（例えば鉄、磁性を持つステンレス）からなっており、吸着部もまた磁性材料である。コイルに電流を印加すると磁界が発生する。発生した磁界は吸着部にも磁界を生じる。吸着部に発生した磁界によって、磁性材料である振動基板または固定部材に対し磁気吸着力が発生し、移動体と振動基板とが密着し、その間に摩擦力が発生する。
特開２００９－１７７９７４号公報
　従来の磁気吸着力により摩擦力の制御を行う慣性駆動アクチュエータにおいて、移動体の位置を検出するためには、変位センサを設置する必要がある。変位センサとしては、光学センサ、容量センサ、光学センサ、磁気センサ、渦電流センサなどを用いることができる。いずれの変位センサを使用しても、センサを含めた慣性駆動アクチュエータ全体のサイズは大きくなってしまうという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、慣性駆動アクチュエータのサイズを大きくすることなく、移動体の位置検出が可能な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、本発明に係る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、変位手段と異なる方向に磁束を発生するコイルと、コイルの少なくとも一つの面に対向する面を有し、コイルが発生する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、移動子とコイルとの位置関係に基づくコイル近傍の磁束変化を反映するコイルの電気信号を検出する検出手段と、検出手段の出力に基づき、移動子の位置を判定する判定手段と、を有し、コイルから発生する磁束を制御することによって、移動子に対して働く摩擦力を制御して、移動子を駆動し、コイルは、磁束の発生と磁束の検出とを行うことを特徴とする。
　本発明によれば、サイズを大きくすることなく、移動体の位置検出が可能な慣性駆動アクチュエータを提供することができるという効果を奏する。
（ａ）は第１実施形態に係る慣性駆動アクチュエータを上面から見た図、（ｂ）は側面から見た図、（ｃ）は断面構成を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、移動体の位置検出の原理を説明する図である。 移動体の位置変化と磁束変化との関係を説明する図である。 （ａ）は第２実施形態に係る慣性駆動アクチュエータを上面から見た図、（ｂ）は側面から見た図、（ｃ）は断面構成を示す図である。 （ａ）は第３実施形態に係る慣性駆動アクチュエータを上面から見た図、（ｂ）は側面から見た図、（ｃ）は断面構成を示す図である。 （ａ）は第４実施形態に係る慣性駆動アクチュエータを上面から見た図、（ｂ）は側面から見た図、（ｃ）は断面構成を示す図である。 （ａ）は第５実施形態に係る慣性駆動アクチュエータを上面から見た図、（ｂ）は側面から見た図、（ｃ）は断面構成を示す図である。
　以下に、本発明に係る慣性駆動アクチュエータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１実施形態）
　図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて、第１実施形態に係る慣性駆動アクチュエータについて説明する。
　慣性駆動アクチュエータ１００は、移動体１０１と、コイル１０２と、圧電素子１０３と、検出手段１０４と、判定手段１０５を有する。
　圧電素子１０３（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。
　コイル１０２は、圧電素子１０３と異なる方向に磁束を発生する。
　移動体１０１（移動子）は、コイル１０２の少なくとも一つの面に対向する面を有し、コイル１０２が発生する磁束を所定の位置に集中させる第１のヨークを構成する。
　検出手段１０４は、移動体１０１とコイル１０２との位置関係に基づくコイル近傍の磁束変化を反映するコイル１０２の電気信号を検出する。
　判定手段１０５は、検出手段１０４の出力に基づき、移動体１０１の位置を判定する。位置判定の詳細に関しては後述する。
　そして、コイル１０２から発生する磁束を制御することによって、移動体１０１とコイル１０２の間に働く摩擦力を制御して、移動体１０１を駆動する。
　コイル１０２は、磁束の発生と磁束の検出とを行う。
　これにより、以下の効果を奏する。
・コイル１０２と移動体１０１との位置関係によりコイル１０２近傍の磁束量が変化する。
・コイル１０２近傍の磁束量が変化することによりコイル１０２の電気信号（インピーダンス）が変化する。
・コイル１０２の電気信号により移動体の位置が検出可能となる。 
　次に、本実施形態において、移動体１０１の位置を検出する構成をさらに詳細に説明する。
　まず、本実施形態の構成においては、コイル１０２と移動体１０１との相対的な位置関係に応じてコイル１０２近傍の磁束量が変化する。また、コイル１０２近傍の磁束量が変化することによりコイル１０２の電気信号（インピーダンス）が変化する。
　次に、移動体１０１の位置による磁束変化について説明する。
　図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、移動体１０１の異なる位置での磁束の変化を示す図である。図中において、移動体１０１は、点線で示し、移動体１０１に流れるコイル１０２の内側を通る磁束は太い点線で示している。
　図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に、移動体１０１はコイル１０２に対して左端から中央に向かって移動している状態を示している。中央より右側への移動に関しては、左側から中央へ向かう移動のときと対称的な関係となるため、重複する説明は省略する。
　説明を簡単にするために、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、点線で示す矢印の数量が、移動体１０１を透過する磁束量の総和を反映している。
　図中の距離Δｄは、説明を簡単にするため、移動体１０１から距離Δｄ離れた位置でも移動体１０１に磁束が流れることが可能な距離を示す。以下に、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に説明する。
　図２（ａ）は、移動体１０１が、コイル１０２の左端の位置に存在する状態である。移動体１０１の右側から距離Δｄまではコイル１０２の内側を通る磁束が移動体１０１に流れる。距離（間隔）Δｄの右端よりも右側の領域については、漏れ磁束となるため、磁束は移動体１０１を通らない。
　コアまたはコイル１０２の内側よりも左側の領域は、磁束が発生する部位ではない。このため、図２（ａ）において、移動体１０１がコイル１０２の内側を覆っている部分と、右側の距離Δｄ分の領域と、が移動体１０１を通る磁束量となる。
　図２（ｂ）は、移動体１０１がコイル１０２の左端の位置よりも右側に移動した状態である。移動体１０１の右側から距離Δｄの位置までは、図２（ａ）と同様に、コイル１０２の内側を通る磁束が移動体１０１に流れる。
　また、移動体１０１の右側から距離Δｄの位置よりも右側の領域については、漏れ磁束となる。このため、磁束は移動体１０１を通らない。この右側の領域と同様に、移動体１０１の左側の領域についても距離Δｄの位置まではコイル１０２の内側を通る磁束が移動体１０１に流れる。また、コアまたはコイル１０２の内側が距離Δｄの範囲内にあるため、左側の距離Δｄの一部までの磁束が移動体に流れる。
　したがって、移動体１０１の左側からコイル１０２の内側端部までと、移動体１０１の部分、そして移動体１０１の右側から距離Δｄ分の領域が、図２（ｂ）において、移動体１０１を通る磁束量となる。
　図２（ｃ）は、移動体１０１がコイル１０２の中央に位置する状態である。移動体１０１の右側、および左側から距離Δｄの領域までは、コイル１０１の内側を通る磁束が移動体１０１に流れる。
　したがって、移動体１０１の左側から距離Δｄ分と、移動体１０１の部分、そして移動体１０１の右側から距離Δｄ分とが、移動体１０１を通る磁束量となる。
　上記の説明より、移動体を通る磁束量について、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３状態を比べた場合、移動体１０１を通る磁束量が大きい状態は、図２（ｃ）、（ｂ）、（ａ）で示す順となる。したがって、本実施形態において、移動体１０１がコイル１０２の中央に位置する状態が、移動体１０１を通る磁束量が最も多い。そして、コイル１０２の端部に移動体１０１が移動するにつれて移動体１０１を通る磁束量が減少する。
　なお、図２において、磁石１０６、ヨーク１０７を設けているが、本説明に必須の構成要素ではない。
　次に、図３に基づいて、移動体１０１の位置と磁束変化の関係について説明する。
　図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において説明した移動体１０１がコイル１０２の中央に位置するに状態に応じて、移動体１０１を通る磁束が増加する傾向にある。図３は、移動体１０１の位置と移動体１０１を通る磁束量との関係を示している。
　図３において、横軸Ｐは、移動体１０１の位置を示している。コイル１０２に対して、移動体１０１の中央の位置Ｃ、右端の位置Ｒ、左端の位置Ｌをそれぞれ示す。縦軸ＦＬは、磁束量を示している。
　コイル１０２に交流を流した場合、移動体１０１を通る磁束量も交流にともなって変化する。このため、磁束量の変化による逆起電力が生じコイル１０２自身に影響を与える。
　コイル１０２近傍の移動体１０１を通る磁束量の変化が、コイル１０１自身に影響を与える逆起電力の変化を引き起こす。よって、移動体１０１を通る磁束が多ければ、移動体１０１を通る磁束が小さいときと比べて、コイル１０２の抵抗、インダクタンスが大きくなる。
　したがって、コイル１０２の抵抗、インダクタンスについても、図３に示す移動体１０１を通る磁束量変化と同等な傾向となる。図３に示すように、移動体１０１の位置に依存性があるため、本実施形態では、移動体１０１の位置の検出が可能な構成である。
　実際は、移動体１０１を通る磁束量以外の磁束もコイル１０２のインピーダンスに影響を与えている。結果として、移動体１０１を通る磁束量以外の磁束も、移動体１０１を通る磁束量に反映される。このため、移動体１０１の位置によるコイル１０２の電気信号の変化について、移動体１０１を通る磁束量で説明している。
　図１に戻って、説明を続ける。本実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００は、コイル１０２、圧電素子１０３、移動体１０１、検出手段１０４、判定手段１０５を有する。移動体１０１は、磁性体である。移動体１０１は、コイル１０２が発生する磁束を閉じるヨーク（第１のヨーク）の役割を有する。磁束の閉じ方は、例えば、図６（ｃ）において、矢印を用いて示している。
　そして、コイル１０２を検出手段１０４に接続し、コイル１０２の電気的な出力信号を検出する。検出手段１０４からの出力より移動体１０１の位置を判定手段１０５により判定する。移動体１０１の位置と、コイル１０２の電気的な信号との関係については、上述したとおりである。
　移動体１０１の位置により、コイル１０２が発生する磁束が移動体１０１を通る量が変化する。移動体１０１を通る磁束量が多い時、逆起電力の影響でコイル１０２の抵抗、およびインダクタンスは増加する。よって、コイル１０２のインピーダンスを検出することにより移動体１０１の位置を検出することが出来る。
　検出手段１０４は、コイル１０２のインピーダンスを検出する検出回路である。インピーダンス値を反映する検出手段１０４からの出力信号より、判定手段１０５で位置を判定する。さらに、検出手段１０４からの直前の出力信号と比較することで、判定手段１０５は位置だけでなく移動体１０１が動いている方向も判定することが可能となる。
　これにより、以下の効果を奏する。
・インピーダンスの実部（抵抗）を検出することで位置検出できる。
・インピーダンスの虚部（インダクタンス）を検出することで位置検出できる・
・インピーダンスの大きさを検出することで位置検出できる。
・インダクタンスは温度依存性が小さいので、温度影響の観点からインダクタンス検出は効果がある。
　また、判定手段１０５により判定した移動体位置情報を、不図示のアクチュエータ駆動回路にフィードバックすることよって位置制御駆動が可能となる。
　本実施形態では、慣性駆動アクチュエータの摩擦制御を磁気力の変化によって行う。そして、繰り返し駆動による磨耗劣化を防止することもできる。
　また、電磁コイルが移動体１０１の摩擦力を制御するために発生する磁束が、移動体１０１を介して閉じる構成としている。摩擦力を制御する磁束の経路を、駆動磁束経路とすると、移動体１０１の位置によって駆動磁束経路の磁束量が変化する。
　よって、移動体１０１と電磁コイルの位置関係に基づき、コイル１０２近傍の磁束の流れが変化する。このため、電磁コイルの電気特性を検出することで、移動体１０１の位置検出が可能となる。電磁コイルが駆動と位置検出を兼ねることによって、別途、変位センサを追加した構成に比較してアクチュエータサイズの増加が無く、かつ位置検出が可能な慣性駆動アクチュエータを提供できる。
（第２実施形態）
　次に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて、第２実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ２００について説明する。
　上述の第１実施形態と同じ構成には同じ参照符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、第１実施形態の慣性駆動アクチュエータ１００の構成において、コイル１０２の内側に磁性体のコア２０１（第２のヨーク）をさらに追加した構成である。
　つまり、コイル１０２の内側に少なくとも一部が挿入された第２のヨークを配置している。
　これにより、以下の効果を奏する。
・コイル１０２のコア２０１が存在することにより位置による磁束変化が増加する。
・検出感度が上がる。
・コイル１０２の変形を抑制できる。
　さらに、具体的に説明する。コア２０１が存在することにより、コイル１０２が発生する磁束量が多くなる。これにより、移動体１０１の位置を反映するコイル１０２の出力信号が大きくなる。この結果、移動体１０１の位置の検出感度が向上する。
　図４において、コア２０１は、コイル１０２の内側にのみ設けられている。これに限られず、コア２０１を、コイル１０２の外側（紙面において左右方向、および前後側方向）にはみ出すように配置しても良い。例えば、コア２０１を、コイル１０２の外側まで配置して、移動体１０１の下側近傍まで延長して配置しても良い。これにより、移動体１０１を介したコイル１０２の磁束が閉じる効率が向上する。
　（第３実施形態）
　次に、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて、第３実施形態に係る慣性駆動アクチュエータ３００について説明する。
　上述の各実施形態と同じ構成には同じ参照符号を付し、重複する説明は省略する。
　本実施形態は、コア２０１の下側、もしくはコイル１０２の下側に、磁石３０１を追加した構成である。
　ここで、コイル１０２が発生する磁束の方向と同方向に磁束が発生するように磁石３０１を配置している。
　これにより、以下の効果を奏する。
・移動体１０１を常時保持できる。
・移動体１０１の位置による磁束変化が磁石の磁束分増加する。
・検出感度が上がる。
　上述の効果をさらに具体的に説明する。磁石３０１を設けることにより、常時磁束が発生する。このため、コイル１０２が磁場を発生していない状態でも、コイル１０２が発生する磁束と同様に移動体１０１を介して磁束が閉じる磁気経路が存在する。
　これにより、移動体１０１は、常時コイルの方向に力が働くため、移動体１０１が保持される。また、磁石３０１の磁束の分、移動体１０１を介す磁束量が多くなる。このため、移動体１０１の位置の検出感度が向上する。
　（第４実施形態）
　次に、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて、第４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。
　上述の各実施形態と同じ構成には同じ参照符号を付し、重複する説明は省略する。
　本実施形態は、磁石３０１の下側に磁性体である第３のヨーク４０１を追加した構成である。
　つまり、移動体１０１がコイル１０２と対向した向きと反対側に第３のヨーク４０１を有している。
　これにより、以下の効果を奏する。
・主磁束（駆動、及び検出に関わる磁束）の量が増加する。
・検出感度が増加する。
・磁石の磁束を誘導できる。
　上述の効果をさらに具体的に説明する。第３のヨーク４０１が存在することにより、移動体１０１を介したコイル１０２および磁石３０１から発生する磁束の磁気経路を通る磁束量が増加する。よって、移動体１０１の位置の検出感度が向上する。
　図６（ｃ）において、コイル１０２が発生する磁束の方向と、磁石３０１が発生する磁束の方向は平行な関係にしている。磁束は、コア２０１を通過し移動体１０１を通り、移動体１０１の下部にて第３のヨーク４０１に伝わり、磁石３０１へと伝わる。移動体１０１を通る磁束は閉じている。移動体１０１を通過しない漏れ磁束については駆動に寄与せず、さらに位置検出を反映するコイル１０２の電気信号にも寄与しない。従って、漏れ磁束を少なくし移動体１０１を通る磁束量を多くすることが駆動、および位置検出に有効である。
　（第５実施形態）
　次に、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて、第５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。
　上述の各実施形態と同じ構成には同じ参照符号を付し、重複する説明は省略する。
　本実施形態は、移動体１０１とコイル１０２の間に、振動平板５０１を追加した構成である。
　つまり、本実施形態では、移動体１０１とコイル１０２の間に振動平板５０１を有し、振動平板５０１は圧電素子１０３（変位手段）の変位にともなって変位する。
　これにより、以下の効果を奏する。
・振動部が小さくなる。
・圧電素子１０３の小型化による発熱を抑制できる。
・コイル１０２を保護できる。
　上述の効果をさらに具体的に説明する。圧電素子１０３によって微小する振動する部位が振動平板５０１のみとなる。これにより、さらに小型の圧電素子１０３を使用することが可能となる。この結果、圧電素子１０３による消費電力を低下させ、発熱を抑制できる。また、コイル１０２と圧電素子１０３が接触していない。このため、コイル１０２を保護する効果も奏する。
　以上のように、本発明は、慣性駆動アクチュエータのサイズを大きくすることなく、移動体の位置検出が可能な慣性駆動アクチュエータに有用である。
　１０１　移動体
　１０２　コイル
　１０３　圧電素子
　１０４　検出手段
　１０５　判定手段
　１０６　磁石
　１０７　ヨーク
　２０１　コア
　３０１　磁石
　４０１　ヨーク
　５０１　振動平板

Claims (6)

  1. 　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、
    　前記変位手段と異なる方向に磁束を発生するコイルと、
    　前記コイルの少なくとも一つの面に対向する面を有し、前記コイルが発生する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、
    　前記移動子と前記コイルとの位置関係に基づくコイル近傍の磁束変化を反映する前記コイルの電気信号を検出する検出手段と、
    　前記検出手段の出力に基づき、前記移動子の位置を判定する判定手段と、を有し、
    　前記コイルから発生する磁束を制御することによって、前記移動子に対して働く摩擦力を制御して、前記移動子を駆動し、
    　前記コイルは、磁束の発生と磁束の検出とを行うことを特徴とする慣性駆動アクチュエータ。
  2. 　前記検出手段は、インピーダンス検出回路であ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。
  3. 　前記コイルの内側に少なくとも一部が挿入された第２のヨークを配置してい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。
  4. 　前記コイルが発生する磁束の方向と同方向に磁束が発生するように磁石を配置していることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
  5. 　前記移動子が前記コイルと対向した向きと反対側に第３のヨークを有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
  6. 　前記移動子と前記コイルの間に振動平板を有し、
    　前記振動平板は前記変位手段の変位にともなって変位することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の慣性駆動アクチュエータ。
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