(57)【要約】被変位体に対して変位する変位体の変位速度や変位分解能を使用状況に応じて使い分けることができるインチワーム式アクチュエータを提供する。インチワーム式アクチュエータ１００は、平行に延びる磁性体製の第１ガイド１０１と第２ガイド１０２との間に変位体１１０を支持して構成されている。変位体１１０は、磁界形成用コイル１１３，１１４を備えた磁性体製の第１支持脚１１１と第２支持脚１１２との間にトグル機構１１６ａ，１１６ｂを介してボイスコイルモータ１１５を支持している。トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、ボイスコイルモータ１１５から入力した変位量を同変位量に応じた縮小変換率で変換して第１支持脚１１１および第２支持脚１１２にそれぞれ伝達する。第１ガイド１０１と第２ガイド１０２とは、永久磁石１０５ａ，１０５ｂを有する磁性体製の上側フレーム１０３と下側フレーム１０４とによって連結されている。  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位体が被変位体に対してインチワーム駆動によって相対変位するインチワーム式アクチュエータであって、
前記変位体の一部を構成するとともに前記被変位体に対してクランプ状態とアンクランプ状態を繰り返しながら同被変位体に対して相対変位する第１支持脚および第２支持脚と、
前記変位体の一部を構成するとともに電気エネルギーまたは磁気エネルギーを受けて変位または変形する伸縮手段と、
前記変位体の一部を構成するとともに前記伸縮手段における変位または変形による変位量または変形量を入力変位量として入力して同入力変量に依存して変化する変換率によって前記入力変位量を拡大変換または縮小変換した出力変位量だけ前記第１支持脚と前記第２支持脚とを相対変位させる変位量変換機構と、
前記被変位体に対して前記第１支持脚および前記第２支持脚をそれぞれ前記クランプ状態および前記アンクランプ状態にすることができるクランプ手段と、
前記伸縮手段および前記クランプ手段をそれぞれインチワーム駆動させることにより前記変位体を前記被変位体に対して相対変位させるインチワーム制御手段とを備えることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記変位量変換機構は、リンク機構であることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記変位量変換機構は、トグル機構であることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記インチワーム制御手段は、
前記伸縮手段を一定量だけ変位または変形させたバイアス状態で前記伸縮手段および前記クランプ手段をインチワーム駆動させることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記伸縮手段は、ボイスコイルモータで構成されていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記伸縮手段は、
電磁石と、
前記電磁石における一方の極側に第１の隙間を介して配置される磁性体からなる第１可動片と、
前記電磁石における他方の極側に前記第１の隙間より広い第２の隙間を介して配置される磁性体からなる第２可動片と、
前記電磁石と前記第１可動片との間および前記電磁石と前記第２可動片との間にそれぞれ配置される弾性体とで構成されていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記被変位体と前記第１支持脚および／または前記第２支持脚とは、少なくとも一方が磁性体で構成されるとともに、他方が永久磁石を備えていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記被変位体は、磁性体で構成されており、
前記第１支持脚および前記第２支持脚は、それぞれ磁性体で構成されるとともに磁性体で構成される磁気導体によって互いに磁気的に接続されており、
前記永久磁石は、前記第１支持脚および前記第２支持脚に互いに同じ向きの磁界を生じさせるように配置され、
前記クランプ手段は、前記第１支持脚、前記第２支持脚および前記磁気導体のうちの少なくとも１つに設けられた磁界形成用コイルで構成されており、
前記インチワーム制御手段は、前記磁界形成用コイルの作動を制御することにより前記第１支持脚および前記第２支持脚に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項９】
請求項７に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記被変位体は、互いに対向して延びる磁性体からなる第１ガイドおよび第２ガイドで構成されており、
前記第１支持脚および前記第２支持脚は、それぞれ磁性体で構成されるとともに前記第１ガイドと前記第２ガイドとの間に架設されて互いに磁気的に接続されており、
前記永久磁石は、前記第１支持脚および前記第２支持脚に互いに同じ向きの磁界を生じさせるように配置され、
前記クランプ手段は、前記第１支持脚、前記第２支持脚、前記第１ガイドおよび前記第２ガイドのうちの少なくとも１つに設けられた磁界形成用コイルで構成されており、
前記インチワーム制御手段は、前記磁界形成用コイルの作動を制御することにより前記第１支持脚および前記第２支持脚に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記永久磁石は、
前記第１ガイドと前記第２ガイドとの間における前記第１支持脚および前記第２支持脚の各外側にそれぞれ配置されることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記磁界形成用コイルは、
前記第１支持脚および前記第２支持脚にそれぞれ配置されることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１１に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記第１支持脚に配置される磁界形成用コイルと前記第２支持脚に配置される磁界形成用コイルとは、互いに逆位相で直列接続されていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密観測・観察機器、精密測定機器、各種加工・組立装置、各種ロボット、各種事務機器、家庭用電化製品などの機器内において位置決め機構として、または細胞操作、マイクロサージェリー、顕微鏡の試料操作、精密部品の組立てなどのマニピュレーション用として用いられるインチワーム式アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、小型で精密な位置決め機構としてインチワーム式のアクチュエータが知られている。例えば、特許文献１には、ガイド上を変位する変位体を、電気エネルギーを受けて伸長する３つの圧電素子を用いて構成したインチワーム式アクチュエータが開示されている。このインチワーム式アクチュエータにおいては、送り用圧電素子の伸縮動作と２つの固定用圧電素子のクランプ動作およびアンクランプ動作とを交互に繰り返すインチワーム駆動により変位体をガイドに沿って変位させている。【０００３】
しかし、上記したようなインチワーム式アクチュエータにおいては、２つの固定用圧電素子の非通電時には送り用圧電素子がアンクランプ状態となるため、ガイド上における変位体の位置を保持することができず、位置決め機構として使い勝手が悪い。このため、例えば、下記特許文献２，３には、電力を必要とすることなく変位体の位置を保持することができるインチワーム式アクチュエータが開示されている。【０００４】
すなわち、下記特許文献２には、変位体が備える固定用圧電素子が収縮した際、すなわち、固定用圧電素子の非通電時に変位体の位置を固定するためのクランプブロックがクランプ状態となるリンク機構を備えたインチワーム式アクチュエータが開示されている。また、下記特許文献３には、変位体に永久磁石を設けるとともにこの変位体が変位するベース上に磁性吸着部材を設けることにより、変位体をベース上に磁気的に吸着することによって変位体の位置を保持するインチワーム式アクチュエータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８８１６５号公報
【特許文献２】特開２００５−１７５２７１号公報
【特許文献３】特開２０００−２６９５７９号公報
【０００６】
しかしながら、上記各特許文献１〜３に記載されたインチワーム式アクチュエータにおいては、変位体を変位させるための圧電素子や電磁石への入力電圧に対する変位体の変位量が一定、すなわち、変位体を変位させる分解能（以下、「変位分解能」という）が一定であるため、変位体における変位の速度（以下、「変位速度」という）および変位分解能を使用状況に応じて使い分けることが困難である。例えば、インチワーム式アクチュエータにおいて変位体の変位分解能を向上させた場合には、一回のインチワーム駆動当りの変位量が少なくなるため、変位体の変位速度を向上させることが困難となる。一方、一回のインチワーム駆動当りの変位量を大きくすると、変位体の変位速度を向上させることができるが変位分解能は低下する。このため、従来のインチワーム式アクチュエータにおいては、使用状況に応じた変位体の変位速度と変位分解能を用いることが困難なため、使い勝手が悪いという問題があった。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、被変位体に対して変位する変位体の変位速度や変位分解能を使用状況に応じて使い分けることができるインチワーム式アクチュエータを提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の特徴は、変位体が被変位体に対してインチワーム駆動によって相対変位するインチワーム式アクチュエータであって、変位体の一部を構成するとともに被変位体に対してクランプ状態とアンクランプ状態を繰り返しながら同被変位体に対して相対変位する第１支持脚および第２支持脚と、変位体の一部を構成するとともに電気エネルギーまたは磁気エネルギーを受けて変位または変形する伸縮手段と、変位体の一部を構成するとともに伸縮手段における変位または変形による変位量または変形量を入力変位量として入力して同入力変位量に依存して変化する変換率によって入力変位量を拡大変換または縮小変換した出力変位量だけ第１支持脚と第２支持脚とを相対変位させる変位量変換機構と、被変位体に対して第１支持脚および第２支持脚をそれぞれクランプ状態およびアンクランプ状態にすることができるクランプ手段と、伸縮手段およびクランプ手段をそれぞれインチワーム駆動させることにより変位体を被変位体に対して相対変位させるインチワーム制御手段とを備えることにある。
【０００９】
このように構成した請求項１に記載した本発明の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、変位体を構成する第１支持脚および第２支持脚が変位量変換機構によって互いに相対変位するように構成されている。この場合、変位量変換機構は、伸縮手段の変位量または変形量を入力変位量としてこの入力変位量に依存して変化する変換率によって入力変位量を拡大変換または縮小変換した出力変位量分だけ第１支持脚と第２支持脚とを相対変位させる。すなわち、変位量変換機構は、入力変位量を拡大変換または縮小変換する変換率を変化させることができる。これにより、インチワーム式アクチュエータは、変位量変換機構における拡大変換率または縮小変換率の変化の範囲内において適当な拡大変換率または縮小変換率を適宜使い分けることにより、変位体の変位速度や変位分解能を使用状況に応じて任意に設定することができる。なお、変位量変換機構における変換率は、入力変位量に依存して出力変位量が変化するものであればよく、変化の過程が線形または非線形であるかを問わない。
【００１０】
また、請求項２に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、変位量変換機構は、リンク機構であることにある。このように構成した請求項２に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、変位量変換機構を簡単に構成することができ変位体の複雑化、大型化および重量化を抑えつつ変位体の変位速度、変位分解能および変位時の推進力を使用状況に応じて任意に設定することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、変位量変換機構は、トグル機構であることにある。このように構成した請求項３に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、変位量変換機構を簡単に構成することができ変位体の複雑化、大型化および重量化を抑えつつ変位体の変位速度、変位分解能および変位時の推進力を使用状況に応じて任意に設定することができる。
【００１２】
また、請求項４に記載した本発明の他の特徴は、インチワーム式アクチュエータにおいて、インチワーム制御手段は、伸縮手段を一定量だけ変位または変形させたバイアス状態で伸縮手段およびクランプ手段をインチワーム駆動させることにある。
【００１３】
このように構成した請求項４に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、伸縮手段を一定量だけ変位または変形させた状態で伸縮手段およびクランプ手段をそれぞれインチワーム駆動させている。すなわち、インチワーム式アクチュエータは、変位量変換機構を一定量だけ変形させた状態で伸縮手段およびクランプ手段をそれぞれインチワーム駆動させている。これにより、変位量変換機構は、伸縮手段の変位量または変形量を任意の拡大変換率または縮小変換率に変更して拡大変換または縮小変換することができる。この結果、インチワーム式アクチュエータにおける変位体の変位速度、変位分解能および変位時の推進力をバイアス状態の調整によって簡単に変更することができる。
【００１４】
また、請求項５に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、伸縮手段は、ボイスコイルモータで構成されていることにある。このように構成した請求項５に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、伸縮手段を圧電素子で構成した場合に比べて、消費電力を低下させることができるとともに応答速度を向上させることができる。また、変位量変換機構をトグル機構で構成した場合には、ボイスコイルモータにおけるストロークを変更することにより簡単に変位体の変位速度、変位分解能および移動時の推進力を変更することができる。
【００１５】
また、請求項６に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、伸縮手段は、電磁石と、電磁石における一方の極側に第１の隙間を介して配置される磁性体からなる第１可動片と、電磁石における他方の極側に第１の隙間より広い第２の隙間を介して配置される磁性体からなる第２可動片と、電磁石と第１可動片との間および電磁石と第２可動片との間にそれぞれ配置される弾性体とで構成されていることにある。
【００１６】
このように構成した請求項６に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、伸縮手段をボイスコイルモータで構成した場合に比べて、構成を簡単にして質量を低減することができるため応答速度を向上させることができる。また、変位量変換機構をトグル機構で構成した場合には、第１の隙間と第２の隙間とを使い分けることにより簡単に変位体の変位速度、変位分解能および移動時の推進力を変更することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、被変位体と第１支持脚および／または第２支持脚とは、少なくとも一方が磁性体で構成されるとともに、他方が永久磁石を備えていることにある。
【００１８】
このように構成した請求項７に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、永久磁石の磁力によって第１支持脚および／または第２支持脚が被変位体に磁気的に吸着されることにより、変位体全体として被変位体に対して固定される。これにより、インチワーム式アクチュエータは、簡単な構成によって変位体への非通電時においても変位体の位置を保持することができる。
【００１９】
また、請求項８に記載した本発明の他の特徴は、インチワーム式アクチュエータにおいて、被変位体は、磁性体で構成されており、第１支持脚および第２支持脚は、それぞれ磁性体で構成されるとともに磁性体で構成される磁気導体によって互いに磁気的に接続されており、永久磁石は、第１支持脚および第２支持脚に互いに同じ向きの磁界を生じさせるように配置され、クランプ手段は、第１支持脚、第２支持脚および磁気導体のうちの少なくとも１つに設けられた磁界形成用コイルで構成されており、インチワーム制御手段は、磁界形成用コイルの作動を制御することにより第１支持脚および第２支持脚に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせることにある。
【００２０】
このように構成した請求項８に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、磁気導体によって磁気的に一体化されるとともに永久磁石によって互いに同じ向きの磁界が生じた状態の第１支持脚および第２支持脚に磁界形成用コイルによって互いに異なる向きの磁界が形成される。このため、第１支持脚および第２支持脚は、磁界形成用コイルによる磁界によって一方が被変位体に対して強い磁力によって引き付けられてクランプ状態となるとともに他方が相対的に弱い磁力によってアンクランプ状態となる。すなわち、インチワーム式アクチュエータは、簡単な構成によって第１支持脚および第２支持脚の固定状態と被固定状態の切り替え動作を実行することができる。また、インチワーム式アクチュエータは、第１支持脚および第２支持脚に磁界を生じさせる永久磁石によって磁界形成用コイルの非通電時において第１支持脚および第２支持脚を被変位体に磁気的に吸着させることができる。すなわち、インチワーム式アクチュエータは、変位体に対する非通電時において変位体の位置を保持することができる。
【００２１】
また、請求項９に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、被変位体は、互いに対向して延びる磁性体からなる第１ガイドおよび第２ガイドで構成されており、第１支持脚および第２支持脚は、それぞれ磁性体で構成されるとともに第１ガイドと第２ガイドとの間に架設されて互いに磁気的に接続されており、永久磁石は、第１支持脚および第２支持脚に互いに同じ向きの磁界を生じさせるように配置され、クランプ手段は、第１支持脚、第２支持脚、第１ガイドおよび第２ガイドのうちの少なくとも１つに設けられた磁界形成用コイルで構成されており、インチワーム制御手段は、磁界形成用コイルの作動を制御することにより第１支持脚および第２支持脚に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせることにある。
【００２２】
このように構成した請求項９に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、磁性体で構成された第１ガイドおよび第２ガイドに対して磁界形成用コイルを備えた磁性体製の第１支持脚および第２支持脚、伸縮手段および変位量変換機構からなる変位体が配置される。これにより、インチワーム式アクチュエータは、変位体が第１ガイドおよび第２ガイドに沿って変位するため、変位体を安定した状態で正確に変位させることができる。また、インチワーム式アクチュエータは、第１支持脚および第２支持脚に磁界を生じさせる永久磁石によって磁界形成用コイルの非通電時において第１支持脚および第２支持脚を被変位体に磁気的に吸着させることができる。すなわち、インチワーム式アクチュエータは、第１支持脚および第２支持脚のクランプ状態とアンクランプ状態の切り替えを実現しながら、変位体に対する非通電時において変位体の位置を保持することができる。また、この場合、永久磁石を、例えば、第１ガイドおよび第２ガイドに設けることにより変位体の構成を簡単かつ軽量にすることができる。これにより、インチワーム式アクチュエータは、従来技術における変位体に比して、変位体の構成を複雑化、大型化および重量化することなく変位体の位置を保持することができる。
【００２３】
また、請求項１０に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、永久磁石は、第１ガイドと第２ガイドとの間における第１支持脚および第２支持脚の各外側にそれぞれ配置されることにある。
【００２４】
このように構成した請求項１０に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、変位体をコンパクトに構成できるとともに変位体の変位範囲を広く設定することができる。これにより、インチワーム式アクチュエータの構成を小型化することができるとともに変位体の変位速度および位置決め精度を向上させることができる。
【００２５】
また、請求項１１に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、磁界形成用コイルは、第１支持脚および第２支持脚にそれぞれ配置されることにある。
【００２６】
このように構成した請求項１１に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、第１支持脚および第２支持脚に精度よく磁界を生じさせることができるとともに、第１支持脚および第２支持脚に永久磁石を配した場合においてはこの永久磁石によって第１支持脚および第２支持脚に生じた磁界をより確実にキャンセルすることができる。これにより、インチワーム式アクチュエータにおいては、第１支持脚および第２支持脚をより精度良くアンクランプ状態にすることができ、変位体の変位動作をより円滑して位置決め精度を向上させることができる。
【００２７】
また、請求項１２に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、第１支持脚に配置される磁界形成用コイルと第２支持脚に配置される磁界形成用コイルとは、互いに逆位相で直列接続されていることにある。
【００２８】
このように構成した請求項１２に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、第１支持脚に設けられる第１磁界形成用コイルと第２支持脚に設けられる第２磁界形成用コイルの２つの磁界形成用コイルを一つのアンプ、換言すれば一つの系統で制御することができ、インチワーム式アクチュエータの構成を簡単にすることができる。
【００２９】
また、これらの場合、インチワーム式アクチュエータにおいて、被変位体は、磁性体で構成されており、第１支持脚および第２支持脚は、それぞれ磁性体で構成されており、クランプ手段は、第１支持脚および第２支持脚にそれぞれ設けられた磁界形成用コイルで構成されており、インチワーム制御手段は、磁界形成用コイルの作動を制御することにより第１支持脚および第２支持脚に交互に磁界を生じさせるように構成することもできる。
【００３０】
また、これらの場合、インチワーム式アクチュエータにおいて、被変位体は、磁性体で構成されており、第１支持脚および第２支持脚は、それぞれ磁性体で構成されるとともにそれぞれ永久磁石を備えており、クランプ手段は、第１支持脚および第２支持脚にそれぞれ設けられた磁界形成用コイルで構成されており、インチワーム制御手段は、磁界形成用コイルの作動を制御することにより第１支持脚および第２支持脚に互いに同時に磁界を生じさせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るインチワーム式アクチュエータの全体構成の概略を模式的に示す正面図である。
【図２】図１に示すインチワーム式アクチュエータにおける第１支持脚および第２支持脚の概観構成を模式的に示す平面図である。
【図３】図１に示すトグル機構における入力変位量に対する出力変位量の変換率の変化を表したグラフである。
【図４】図１に示すインチワーム式アクチュエータの作動を説明するために永久磁石によって形成される磁界を模式的に示したインチワーム式アクチュエータの正面図である。
【図５】図１に示すインチワーム式アクチュエータの作動を説明するために永久磁石および磁界形成用コイルによって形成されるそれぞれの磁界を模式的に示したインチワーム式アクチュエータの正面図である。
【図６】図１に示すインチワーム式アクチュエータの作動を説明するために永久磁石、磁界形成用コイルおよびボイスコイルによって形成されるそれぞれの磁界を模式的に示したインチワーム式アクチュエータの正面図である。
【図７】図１に示すインチワーム式アクチュエータの作動を説明するために永久磁石、磁界形成用コイルおよびボイスコイルによって形成されるそれぞれの磁界を模式的に示したインチワーム式アクチュエータの正面図である。
【図８】本発明の変形例に係るインチワーム式アクチュエータの全体構成の概略を永久磁石によって形成される磁界とともに模式的に示す正面図である。
【図９】本発明の他の変形例に係るインチワーム式アクチュエータの全体構成の概略を永久磁石、磁界形成用コイルおよびボイスコイルによって形成される磁界とともに模式的に示す正面図である。
【図１０】本発明の他の変形例に係るインチワーム式アクチュエータの全体構成の概略を永久磁石、磁界形成用コイルおよびボイスコイルによって形成される磁界とともに模式的に示す正面図である。
【図１１】本発明の他の変形例に係るインチワーム式アクチュエータの全体構成の概略を模式的に示す正面図である。
【図１２】本発明の他の変形例に係るインチワーム式アクチュエータの全体構成の概略を模式的に示す正面図である。
【図１３】本発明の他の変形例に係るインチワーム式アクチュエータの全体構成の概略を模式的に示す正面図である。
【図１４】本発明の他の変形例に係るインチワーム式アクチュエータの全体構成の概略を模式的に示す正面図である。
【図１５】本発明の他の変形例に係るインチワーム式アクチュエータの全体構成の概略を模式的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係るインチワーム式アクチュエータの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るインチワーム式アクチュエータ１００の外観構成の概略を模式的に示した正面図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。このインチワーム式アクチュエータ１００は、精密観測・観察機器、精密測定機器、各種加工装置、各種ロボット、各種事務機器、家庭用電化製品などの機器において位置決め機構として用いられるものである。
【００３３】
（インチワーム式アクチュエータ１００の構成）
インチワーム式アクチュエータ１００は、互いに対向して延びる軸状の第１ガイド１０１および第２ガイド１０２をそれぞれ備えている。第１ガイド１０１および第２ガイド１０２は、互いに協働して後述する変位体１１０を支持しつつ軸線方向に沿って案内するための部品であり、互いに起立した状態で平行配置された１本の第１ガイド１０１と２本の第２ガイド１０２とで構成されている。これらの第１ガイド１０１および第２ガイド１０２は、磁場の中で磁化される素材、すなわち磁性体素材でそれぞれ構成されている。本実施形態においては、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２は、炭素鋼からなる丸棒でそれぞれ構成されている。
【００３４】
第１ガイド１０１および第２ガイド１０２は、各両端部が上側フレーム１０３および下側フレーム１０４によってそれぞれ固定的に支持されている。上側フレーム１０３および下側フレーム１０４は、第１ガイド１０１と第２ガイド１０２とを互いに平行状態に維持するとともに、第１ガイド１０１と第２ガイド１０２との間で磁気回路を形成するための部品である。より具体的には、上側フレーム１０３および下側フレーム１０４は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２の各上端部および各下端部が図示しないボルトによって連結固定されている。また、これらの上側フレーム１０３および下側フレーム１０４は、磁性体素材である炭素鋼の角材でそれぞれ構成されている。これらの上側フレーム１０３および下側フレーム１０４の中央部には、永久磁石１０５ａ，１０５ｂがそれぞれ埋め込まれている。
【００３５】
永久磁石１０５ａ，１０５ｂは、後述する変位体１１０を第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に磁気的に吸着して保持させるとともに、後述する第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに同じ向きの磁界を生じさせるためのものである。本実施形態においては、永久磁石１０５ａ，１０５ｂは、ネオジム磁石でそれぞれ構成されており、第１ガイド１０１側（図示左側）にＮ極を配置した向きでそれぞれ上側フレーム１０３および下側フレーム１０４内に固着されている。なお、永久磁石１０５ａ，１０５ｂは、ネオジム磁石以外の他の磁石、例えば、フェライト磁石などであっても良いことは当然である。
【００３６】
第１ガイド１０１および第２ガイド１０２の内側の空間には、変位体１１０が配置されている。変位体１１０は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２の軸線方向に沿って変位する機構体であり、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２をそれぞれ備えている。第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に摺動接触しながら変位体１１０を変位させる部分であり、第１ガイド１０１と第２ガイド１０２との内幅に対応する長さに形成された棒状部材である。これらの第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、図２に示すように、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２の各外周面に対して三点接触するように各両端部が上面視で半円形に形成されている。なお、図２においては、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２の断面を二点鎖線で示している。
【００３７】
また、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２における各両端部間は、外形が各両端部の太さより細く形成されている。そして、この外形が細く形成された部分に磁界形成用コイル１１３，１１４がそれぞれ巻き回された状態で設けられている。これらの磁界形成用コイル１１３，１１４は、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに異なる向きの磁界を生じさせるためのものであり、銅線からなる電導線を螺旋状に巻いてそれぞれ構成されている。そして、これらの磁界形成用コイル１１３と磁界形成用コイル１１４とは、互いに逆位相で直列に接続されている。これらの第１支持脚１１１と第２支持脚１１２との間には、トグル機構１１６ａ，１１６ｂを介してボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１１５が設けられている。
【００３８】
ボイスコイルモータ１１５は、電気エネルギーを直進運動に変換する駆動装置である。より具体的には、ボイスコイルモータ１１５は、磁界中においたコイルに電流を流すことにより磁界の向きと電流の向きとに垂直な力がコイルに発生する原理を利用した機構体であり、主として、ヨーク１１５ａ、永久磁石１１５ｂ、およびボイスコイル１１５ｃによって構成されている。
【００３９】
ヨーク１１５ａは、永久磁石１１５ｂおよびボイスコイル１１５ｃによって生じた磁界における磁力をそれぞれ増大させるための磁性体部品であり、軟鉄材を略Ｅ字状に形成して構成されている。ヨーク１１５ａの図示上部側および図示下部側においてそれぞれ図示水平方向に張り出して形成された上側梁部および下側梁部には、互いに対向した磁極の向きで永久磁石１１５ｂがそれぞれ貼り付けられている。永久磁石１１５ｂは、ヨーク１１５ａに磁界を生じさせるためのものであり、ネオジム磁石によって構成されている。このヨーク１１５ａは、背面中央部にトグル機構１１６ｂの中央部が接続されており、同トグル機構１１６ｂを介して前記第１支持脚１１１および第２支持脚１１２の図示右側の各端部にそれぞれ連結されている。
【００４０】
ボイスコイル１１５ｃは、前記磁界形成用コイル１１３，１１４と同様に、銅線からなる電導線を螺旋状に巻いて筒状に形成したものである。このボイスコイル１１５ｃは、ヨーク１１５ａの中央部において図示水平方向左側に向って張り出して形成された中央梁部の外周部を囲む位置で同中央梁部の軸線方向に沿って変位可能な状態で支持されている。より具体的には、ボイスコイルモータ１１５ｃは、一方の端部にトグル機構１１６ａの中央部が非磁性体製（例えば、樹脂製）の支持板１１５ｄを介して接続されており、同トグル機構１１６ａを介して前記第１支持脚１１１および第２支持脚１１２の図示左側の各端部にそれぞれ連結されている。
【００４１】
トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、ヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとを図示水平方向に相対変位可能に支持するとともに、これらのヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとの相対変位量を縮小変換して第１支持脚１１１および第２支持脚１１２の変位量として伝達するリンク機構である。具体的には、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、図３に示すように、入力変位量に対する出力変位量を非線形に縮小変化させることができる。これは、トグル機構１１６ａ，１１６ｂが、縮小変換率を任意に変化させることができることを意味する。そして、この場合、トグル機構１１６ａ，１１６ｂにおける縮小変換率は、入力した変位量に依存して変化する。これにより、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、入力変位の許容範囲内において任意の変換率で入力変位量を縮小変換することができる。また、この場合、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、縮小変換率に対応する大きさに増幅した推進力を発生することができるため、倍力機構としても機能する。
【００４２】
このトグル機構１１６ａ，１１６ｂは、具体的には、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、長尺の板バネ材を中央部で屈曲させて構成されており、この屈曲部の背面にボイスコイルモータ１１５のヨーク１１５ａおよびボイスコイル１１５ｃがそれぞれ接続されている。そして、このトグル機構１１６ａ，１１６ｂの各両端部が前記第１支持脚１１１および第２支持脚１１２の各端部にそれぞれ固定的に連結されている。すなわち、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、ヨーク１１５ａおよびボイスコイル１１５ｃがそれぞれ接続された屈曲部の角度が、ヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとの相対変位によって開閉する方向に弾性変形することによってトグル機構１１６ａ，１１６ｂの各両端部を図示上下方向の変位に縮小変換して伝達するリンク機構である。そして、この場合、トグル機構１１６ａ，１１６ｂにおける縮小変換率は、ヨーク１１５ａおよびボイスコイル１１５ｃがそれぞれ接続された屈曲部の角度に依存している。
【００４３】
なお、トグル機構１１６ａ，１１６ｂが支持するヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとにおける図示水平方向の相対変位とは、ボイスコイル１１５ｃに通電されることによりヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｂとの間に生じるローレンツ力によってヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとが互いに引き合う方向およびヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとが互いに斥け合う方向にそれぞれ変位する動きをいう。
【００４４】
磁界形成用コイル１１３、磁界形成用コイル１１４およびボイスコイル１１５ｃは、駆動電源装置１２０を介して制御装置１３０に接続されている。駆動電源装置１２０は、制御装置１３０に制御されて磁界形成用コイル１１３、磁界形成用コイル１１４およびボイスコイル１１５ｃをそれぞれ駆動するための電力を供給する装置である。本実施形態においては、磁界形成用コイル１１３、磁界形成用コイル１１４およびボイスコイル１１５ｃに対して２４Ｖ程度の電力をそれぞれ供給する。なお。磁界形成用コイル１１３、磁界形成用コイル１１４およびボイスコイル１１５ｃに対して供給される電力量は、インチワーム式アクチュエータの仕様に応じて適宜選定されるものであり、本実施形態に限定されるものでないことは当然である。
【００４５】
制御装置１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、入力装置１３１からの指示に従って、図示しない制御プログラムを実行することにより磁界形成用コイル１１３、磁界形成用コイル１１４およびボイスコイル１１５ｃの作動をそれぞれ制御する。入力装置１３１は、このインチワーム式アクチュエータ１００のユーザが制御装置１３０に対して指示を与えるためのインターフェースであり、図示しない複数の押下式キースイッチで構成されている。また、制御装置１３０には、制御装置１３０の作動状態やインチワーム式アクチュエータ１００の作動状態を表示するための液晶ディスプレイからなる表示装置１３２が接続されている。本実施形態においては、制御装置１３０としてパーソナルコンピュータ（所謂「パソコン」）を用いているが、前記各機能を実行できる形式のものであれば、本実施形態に限定されるものでない。
【００４６】
（インチワーム式アクチュエータ１００の作動）
次に、上記のように構成したインチワーム式アクチュエータ１００の作動について説明する。まず、インチワーム式アクチュエータ１００に電源を投入する前の状態、すなわち、駆動電源装置１２０および制御装置１３０が電源ＯＦＦの状態について説明する。
【００４７】
インチワーム式アクチュエータ１００が電源ＯＦＦの状態においては、上側フレーム１０３および下側フレーム１０４と、これらの上側フレーム１０３および下側フレーム１０４に一体的に組み付けられた第１ガイド１０１および第２ガイド１０２とは、上側フレーム１０３および下側フレーム１０４に埋め込まれた永久磁石１０５ａ，１０５ｂによってそれぞれ一時的に磁化されている。このため、磁性体で構成されるとともに第１ガイド１０１および第２ガイド１０２にそれぞれ接した状態で配置された第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に磁気的に吸着される。すなわち、変位体１１０は、インチワーム式アクチュエータ１００が電源ＯＦＦの状態においては、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２が位置する第１ガイド１０１および第２ガイド１０２上でクランプされた状態となる。
【００４８】
この場合、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２には、図４に示すように、永久磁石１０５ａ，１０５ｂによって互いに同じ向きの磁界２０１，２０２が生じる。より具体的には、第１支持脚１１１には、主として永久磁石１０５ａによって、永久磁石１０５ａからの磁束が上側フレーム１０３、第１ガイド１０１、第１支持脚１１１、第２ガイド１０２および上側フレーム１０３を介して再び永久磁石１０５ａに戻る向きの磁界２０１が生じる。一方、第２支持脚１１２には、主として永久磁石１０５ｂによって、永久磁石１０５ｂからの磁束が下側フレーム１０４、第１ガイド１０１、第２支持脚１１２、第２ガイド１０２および下側フレーム１０４を介して再び永久磁石１０５ｂに戻る向きの磁界２０２が生じる。
【００４９】
また、インチワーム式アクチュエータ１００が電源ＯＦＦの場合においては、変位体１１０を構成するボイスコイルモータ１１５ｃも静止状態にある。このため、変位体１１０は、トグル機構１１６ａ，１１６ｂにおいて力学的に平衡となる位置に静止した状態で支持される。
【００５０】
第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に磁界２０１，２０２が生じるとともに変位体１１０が静止した状態において、インチワーム式アクチュエータ１００は、ユーザによって電源がＯＮにされる。具体的には、ユーザは、入力装置１３１を操作して制御装置１３０の電源をＯＮにする。これにより、制御装置１３０は、図示しない制御プログラムを実行することにより待機状態となる。具体的には、制御装置１３０は、駆動電源装置１２０の作動を開始させるとともに、ユーザによる変位体１１０の変位処理実行の指示を待つ。なお、この待機状態においても、変位体１１０は、前記と同様に、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対して静止した状態で保持される。
【００５１】
そして、制御装置１３０は、ユーザによる変位体１１０の変位処理の実行指示を入力すると、同指示に応答して変位体１１０の変位を開始させる。具体的には、制御装置１３０は、駆動電源装置１２０の作動を制御して磁界形成用コイル１１３，１１４に電流を流すことにより、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２における第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対する各クランプ状態を、一方をクランプ強化状態とするとともに他方をクランプ低下状態とする。この場合、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、どちらがクランプ強化状態またはクランプ低下状態であってもよいが、以下では、第１支持脚１１１をクランプ低下状態とし、第２支持脚１１２をクランプ強化状態とする場合について説明する。
【００５２】
具体的には、制御装置１３０は、磁界形成用コイル１１３，１１４に対して磁界形成用コイル１１３側から磁界形成用コイル１１４側に向かう向き（以下、「正方向」という）で電流を流す。この場合、磁界形成用コイル１１３と磁界形成用コイル１１４とは、互いに逆位相で直列に接続されている。このため、主として、第１支持脚１１３、第１ガイド１０１、第２支持脚１１４および第２ガイド１０２には、図５に示すように、図示反時計周りの向きで磁界３０１が形成される。この場合、第１支持脚１１１においては、磁界３０１は永久磁石１０５ａによって形成された磁界２０１に対して反対方向の向きの磁界となる。これにより、第１支持脚１１１を第１ガイド１０１および第２ガイド１０２にそれぞれ吸着させる磁界２０１における磁力が磁界３０１に打ち消される結果、第１支持脚１１１の第１ガイド１０２および第２ガイド１０２に対するクランプ力が低下する。なお、図５において磁界形成用コイル１１３，１１４は、磁界形成用コイル１１３，１１４に流れる電流の向きの理解を助けるため断面図記号で示している。
【００５３】
一方、第２支持脚１１２においては、磁界３０１は永久磁石１０５ｂによって形成された磁界２０２に対して同じ向きの磁界となる。これにより、第２支持脚１１２を第１ガイド１０１および第２ガイド１０２にそれぞれ吸着させる磁界２０２における磁力に磁界３０１による磁力が重畳される結果、第２支持脚１１２の第１ガイド１０２および第２ガイド１０２に対するクランプ力が上昇する。これらの結果、第１支持脚１１１はクランプ力が低下したアンクランプ状態となり、第２支持脚１１２はクランプ力が強化したクランプ状態となる。
【００５４】
次に、制御装置１３０は、磁界形成用コイル１１３，１１４に前記正方向に電流を流した状態で、ボイスコイルモータ１１５のボイスコイル１１５ｃに電流を流すことにより同ボイスコイル１１５ｃとヨーク１１５ａとを相対変位させる。この場合、制御装置１３０は、変位体１１０を移動させる方向に応じた電流の向きでボイスコイル１１５ｃに電流を流す。具体的には、制御装置１３０は、変位体１１０を上側フレーム１０３側（図示上方）に向かって変位させる場合には、ヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとが互いに斥け合う方向にそれぞれ変位する向きでボイスコイル１１５ｃに電流を流す。
【００５５】
本実施形態においては、ヨーク１１５ａには、図６に示すように、永久磁石１１５ｂによってヨーク１１５ａにおける図示上側半分に図示反時計回りの磁界４０１が常に形成されているとともに同ヨーク１１５ａにおける図示下側半分に図示時計回りの磁界４０２が常に形成されている。したがって、制御装置１３０は、ボイスコイル１１５ｃの図示右側から図示左側に向かう向きに磁界５０１が生じる向きでボイスコイル１１５ｃに電流を流す。これにより、ヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとは、ローレンツ力によって互いに斥け合う方向にそれぞれ変位するため（図示実線矢印参照）、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは図示上下方向に沿って延びる方向に弾性変形する。なお、図６においてボイスコイル１１５ｃは、ボイスコイル１１５ｃに流れる電流の向きの理解を助けるため断面図記号で示している。
【００５６】
この場合、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２にそれぞれ接続されるトグル機構１１６ａ，１１６ｂの両端部は、ヨーク１１５ａおよびボイスコイル１１５ｃがそれぞれ接続された屈曲部の角度に応じた縮小変形率で変位しようとする。しかし、この場合、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、第１支持脚１１１が第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対してクランプ力が低下したアンクランプ状態となっているとともに、第２支持脚１１２が第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対してクランプ力が強化したクランプ状態となっている。すなわち、第１支持脚１１１のクランプ力は、第２支持脚１１２のクランプ力に対して相対的に小さくなっている。このため、第１支持脚１１１は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に沿って上側フレーム１０３側（図示上側）に向かって摺動しながら変位する。
【００５７】
次に、制御装置１３０は、ボイスコイル１１５ｃに電流を流した状態で、磁界形成用コイル１１３，１１４に反対の向きの電流を流すことにより、第１支持脚１１１をクランプ状態とするとともに第１支持脚１１１をアンクランプ状態にする。具体的には、制御装置１３０は、図７に示すように、磁界形成用コイル１１３，１１４に対して磁界形成用コイル１１４側から磁界形成用コイル１１３側に向かう向き（以下、「負方向」という）で電流を流す。この場合、磁界形成用コイル１１３と磁界形成用コイル１１４とは、互いに逆位相で直列に接続されているため、主として、第１支持脚１１１、第２ガイド１０２、第２支持脚１１２および第１ガイド１０１には、図示時計周りの向きで磁界３０２が形成される。なお、図７において磁界形成用コイル１１３，１１４およびボイスコイル１１５ｃは、磁界形成用コイル１１３，１１４およびボイスコイル１１５ｃに流れる電流の向きの理解を助けるため断面図記号で示している。
【００５８】
そして、この場合、第１支持脚１１１においては、磁界３０２は永久磁石１０５ａによって形成された磁界２０１に対して同じ向きの磁界となる。これにより、第１支持脚１１１を第１ガイド１０１および第２ガイド１０２にそれぞれ吸着させる磁界２０１における磁力に磁界３０２による磁力が重畳される結果、第１支持脚１１１の第１ガイド１０２および第２ガイド１０２に対するクランプ力が上昇する。一方、この場合、第２支持脚１１２においては、磁界３０２は永久磁石１０５ｂによって形成された磁界２０２に対して反対方向の磁界となる。これにより、第２支持脚１１２を第１ガイド１０１および第２ガイド１０２にそれぞれ吸着させる磁界２０２における磁力が磁界３０２に打ち消される結果、第２支持脚１１２の第１ガイド１０２および第２ガイド１０２に対するクランプ力が低下する。
【００５９】
次に、制御装置１３０は、磁界形成用コイル１１３，１１４に前記負方向に電流を流した状態で、ボイスコイルモータ１１５のボイスコイル１１５ｃに電流を流すことにより同ボイスコイル１１５ｃとヨーク１１５ａとを相対変位させる。この場合、制御装置１３０は、ヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとが互いに引き合う方向にそれぞれ変位する向きに電流を流す。具体的には、制御装置１３０は、ボイスコイル１１５ｃの図示左側から図示右側に向かう向きに磁界５０２が生じる向きでボイスコイル１１５ｃに電流を流す。これにより、ヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとは、ローレンツ力によって互いに引き合う方向にそれぞれ変位するため（図示実線矢印参照）、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは図示上下方向に沿って縮む方向に弾性変形する。
【００６０】
この場合においても、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２にそれぞれ接続されるトグル機構１１６ａ，１１６ｂの両端部は、ヨーク１１５ａおよびボイスコイル１１５ｃがそれぞれ接続された屈曲部の角度に応じた縮小変形率で変位しようとする。そして、この場合、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、第１支持脚１１１が第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対してクランプ力が強化したクランプ状態となっているとともに、第２支持脚１１２が第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対してクランプ力が低下したアンクランプ状態となっている。すなわち、第２支持脚１１２のクランプ力は、第１支持脚１１１のクランプ力に対して相対的に小さくなる。このため、第２支持脚１１２は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に沿って上側フレーム１０３側（図示上側）に向かって摺動しながら変位する。
【００６１】
これにより、変位体１１０は、変位体１１０全体として上側フレーム１０３側に変位する。また、制御装置１３０は、これらの一連の動作、具体的には、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２のアンクランプ−クランプ動作、トグル機構１１６ａ，１１６ｂの伸長−短縮動作および第１支持脚１１１および第２支持脚１１２のクランプ−アンクランプ動作を繰り返し実行することにより、変位体１１０を連続的に上側フレーム１０３側に向かって変位させることができる。すなわち、制御装置１３０による前記一連の動作を実行する磁界形成用コイル１１３，１１４およびボイスコイル１１５ｃの駆動が本発明に係るインチワーム駆動であり、同インチワーム駆動を実行する制御装置１３０が、本発明に係るインチワーム制御手段に相当する。
【００６２】
なお、第１支持脚１１１をアンクランプ状態とするとともに第２支持脚１１２をクランプ状態とした前記状態において、変位体１１０を下側フレーム１０４側（図示下方）に向かって変位させる場合には、ボイスコイル１１５ｃに対して前記とは逆方向に電流を流すようにする。
【００６３】
すなわち、第１支持脚１１１をアンクランプ状態とするとともに第２支持脚１１２をクランプ状態とした状態において、制御装置１３０は、ボイスコイル１１５ｃの図示左側から図示右側に向かう向きの磁界５０２が生じる向きでボイスコイル１１５ｃに電流を流す。これにより、ヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとはローレンツ力によって互いに引き合う方向にそれぞれ変位するため、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは図示上下方向に沿って縮む方向に弾性変形する。この場合、第１支持脚１１１のクランプ力は、第２支持脚１１２のクランプ力に対して相対的に小さくなっている。このため、第１支持脚１１１は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に沿って下側フレーム１０４側（図示下側）に向かって摺動しながら変位する。
【００６４】
次いで、制御装置１３０は、ボイスコイル１１５ｃに電流を流した状態で、磁界形成用コイル１１３，１１４に対して前記負方向電流を流すことにより前記磁界３０２を形成させて第１支持脚１１１をクランプ状態とするとともに第２支持脚１１２をアンクランプ状態にする。そして、制御装置１３０は、磁界形成用コイル１１３，１１４に前記負方向に電流を流した状態で、ボイスコイルモータ１１５のボイスコイル１１５ｃに反対の向きの電流を流すことにより同ボイスコイル１１５ｃとヨーク１１５ａとをローレンツ力によって互いに斥け合う方向にそれぞれ変位させる。具体的には、制御装置１３０は、ボイスコイル１１５ｃの図示右側から図示左側に向かう向きの磁界５０１が生じる向きでボイスコイル１１５ｃに電流を流す。これにより、ヨーク１１５ａとボイスコイル１１５ｃとは互いに斥け合う方向にそれぞれ変位するため、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは図示上下方向に沿って延びる方向に弾性変形する。
【００６５】
この場合、第２支持脚１１２のクランプ力は、第１支持脚１１１のクランプ力に対して相対的に小さくなる。このため、第２支持脚１１２は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に沿って下側フレーム１０４側（図示下側）に向かって摺動しながら変位する。これにより、変位体１１０は、変位体１１０全体として下側フレーム１０４側に変位する。また、制御装置１３０は、これらの一連の動作、具体的には、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２のクランプ−アンクランプ動作、トグル機構１１６ａ，１１６ｂを短縮−伸長動作および第１支持脚１１１および第２支持脚１１２のアンクランプ−クランプ動作を繰り返し実行することにより、変位体１１０を連続的に下側フレーム１０４側に向かって変位させることができる。
【００６６】
すなわち、インチワーム式アクチュエータ１００は、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２をクランプ・アンクランプ状態とするための磁界形成用コイル１１３，１１４の駆動とトグル機構１１６ａ，１１６ｂを伸縮動作させるためのボイスコイルモータ１１５ｃとの組み合わせからなるインチワーク駆動により変位体１１０を第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に沿って変位させる。そして、制御装置１３０は、ユーザにより指示された変位量だけ変位体１１０を変位させた後、磁界形成用コイル１１３，１１４およびボイスコイル１１５ｃへの通電を停止する。これにより、磁界形成用コイル１１３，１１４およびボイスコイル１１５ｃによる磁界３０１，３０２，４０１，４０２が解消されるため、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、前記と同様のクランプ状態に復帰する。すなわち、変位体１１０は、変位の停止位置で位置が保持される。
【００６７】
また、上記作動説明においては、制御装置１３０は、ボイスコイルモータ１１５のボイスコイル１１５ｃに対して所定量の電流を通電させる通電状態と、電流を全く流さない非通電状態を切り替えることにより作動を制御した。しかし、制御装置１３０は、ボイスコイル１１５ｃに対して常に一定値の電流、すなわち、バイアス電流を流した状態で更にボイスコイル１１５ｃに対して流す電流量を制御することによりボイスコイル１１５ｃを作動させるようにすることができる。
【００６８】
このようなバイアス電流を用いたボイスコイル１１５ｃの制御によれば、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、バイアス電流による変形量を基準として変形することになる。すなわち、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、ヨーク１１５ａおよびボイスコイル１１５ｃが接続されている屈曲部の屈曲角度によってトグル機構１１６ａ，１１６ｂの両端部の変位量が異なる。すなわち、トグル機構１１６ａ，１１６ｂの縮小変換率は、変位を入力した間の屈曲部の屈曲角度範囲に応じたものとなる。このため、制御装置１３０は、ボイスコイル１１５ｃに流すバイアス電流量によってトグル機構１１６ａ，１１６ｂにおける屈曲部の屈曲角度を予め変化させておくことで変位縮小率を変化させることができる。
【００６９】
すなわち、制御装置１３０は、図３に示すように、トグル機構１１６ａ，１１６ｂの変位縮小率を大きくした状態（図３において例えば破線Ｌ内の範囲）でボイスコイル１１５ｃを駆動することにより変位体１１０を早送り（粗動）することができるとともに、トグル機構１１６ａ，１１６ｂの変位縮小率を小さくした状態（図３において例えば破線Ｓ内の範囲）でボイスコイル１１５ｃを駆動することにより変位体１１０を高分解能（微動）かつ高推進力（高トルク）で変位させることができる。
【００７０】
なお、上記作動説明においては、第１支持脚１１１をアンクランプ状態とするとともに第２支持脚１１２をクランプ状態とした場合からの変位体１１０の変位の作動について説明した。しかし、前記したように、第１支持脚１１１をクランプ状態とするとともに第２支持脚１１２をアンクランプ状態とした場合から変位体１１０を変位させることも可能である。
【００７１】
すなわち、第１支持脚１１１をクランプ状態とするとともに第２支持脚１１２をアンクランプ状態とした場合から変位体１１０を上側フレーム１０３側に変位させるには、制御装置１３０は、同状態においてトグル機構１１６ａ，１１６ｂを短縮させるようにボイスコイル１１５ｃの作動を制御して磁界５０２を形成させる。次いで、制御装置１３０は、第２支持脚１１２を上側フレーム１０３側に変位させた後、磁界形成用コイル１１３，１１４の作動を制御して磁界３０１を形成させて第１支持脚１１１をアンクランプ状態とするとともに第２支持脚１１２をクランプ状態とする。次いで、制御装置１３０は、トグル機構１１６ａ，１１６ｂを伸長させるようにボイスコイル１１５ｃの作動を制御して磁界５０１を形成させる。これにより、第１支持脚１１１が上側フレーム１０３側に変位するため、結果として変位体１１０の全体が上側フレーム１０３側に変位する。
【００７２】
一方、第１支持脚１１１をクランプ状態とするとともに第２支持脚１１２をアンクランプ状態とした場合から変位体１１０を下側フレーム１０４側に変位させるには、制御装置１３０は、同状態においてトグル機構１１６ａ，１１６ｂを伸長させるようにボイスコイル１１５ｃの作動を制御して磁界５０１を形成させる。次いで、制御装置１３０は、第２支持脚１１２を下側フレーム１０４側に変位させた後、磁界形成用コイル１１３，１１４の作動を制御して磁界３０２を形成させて第１支持脚１１１をアンクランプ状態とするとともに第２支持脚１１２をクランプ状態とする。次いで、制御装置１３０は、トグル機構１１６ａ，１１６ｂを短縮させるようにボイスコイル１１５ｃの作動を制御して磁界５０２を形成させる。これにより、第１支持脚１１１が下側フレーム１０４側に変位するため、結果として変位体１１０の全体が下側フレーム１０４側に変位する。
【００７３】
このような変位体１１０を変位させるための磁界形成用コイル１１３，１１４の通電方向とボイスコイル１１５ｃの通電方向との組み合わせは、予めユーザにより選定されて制御装置１３０に設定される。
【００７４】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、インチワーム式アクチュエータ１００は、変位体１１０を構成する第１支持脚１１１および第２支持脚１１２が伸縮手段であるボイスコイルモータ１１５の変位量に応じた変換率によって縮小変換するトグル機構１１６ａ，１１６ｂによって互いに相対変位されるように構成されている。この場合、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、ボイスコイルモータ１１５の変位に基づく入力変位量に依存して非線形に変化する縮小変換率で縮小した出力変位量分だけ第１支持脚１１１と第２支持脚１１２とを相対変位させる。これにより、インチワーム式アクチュエータ１００は、トグル機構１１６ａ，１１６ｂにおける非線形の縮小変換率の範囲内において適当な縮小変換率を適宜使い分けることにより、変位体１１０の変位速度、位置決め精度および変位時の推進力を任意に設定することができる。
【００７５】
また、上記実施形態におけるインチワーム式アクチュエータ１００は、磁性体で構成された第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対して磁界形成用コイル１１３，１１４を備えた磁性体製の第１支持脚１１１および第２支持脚１１２、ボイスコイルモータ１１５およびトグル機構１１６ａ，１１６ｂからなる変位体１１０が配置される。これにより、変位体１１０は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に沿って変位するため、インチワーム式アクチュエータ１００は、安定した状態で正確に変位体１１０を変位させることができる。また、インチワーム式アクチュエータ１００は、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に磁界を生じさせる永久磁石１０５ａ，１０５ｂによって磁界形成用コイル１１３，１１４の非通電時において第１支持脚１１１および第２支持脚１１２を第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に磁気的に吸着させることができる。すなわち、インチワーム式アクチュエータ１００は、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２のクランプ状態とアンクランプ状態の切り替えを実現しながら、変位体１１０に対する非通電時において変位体１１０の位置を保持することができる。そして、また、永久磁石１０５ａ，１０５ｂが第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に設けられているため、変位体１１０の構成を簡単かつ軽量にすることができる。これにより、インチワーム式アクチュエータ１００は、従来技術における変位体１１０に比して、変位体１１０の構成を複雑化、大型化および重量化することなく変位体１１０の位置を保持することができる。
【００７６】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記変形例の説明においては、参照する各図における上記実施形態と同様の構成部分に同じ符号または対応する符号を付して、その説明は省略する。
【００７７】
例えば、上記実施形態においては、永久磁石１０５ａ，１０５ｂを上側フレーム１０３および下側フレーム１０４にそれぞれ配置した。すなわち、永久磁石１０５ａ，１０５ｂは、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対して上側フレーム１０３および下側フレーム１０４を介して間接的に配置されている。しかし、永久磁石１０５ａ，１０５ｂは、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２を介して第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに同じ向きの磁界を形成可能な位置に配置されていれば、配置位置や配置数などは上記実施形態に限定されるものではない。
【００７８】
例えば、図８に示すように、永久磁石１０５ａ，１０５ｂを第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に直接的に設けるようにしてもよいし、図示は省略するが、永久磁石１０５ａ，１０５ｂを第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に直接配置してもよい。これらによれば、上側フレーム１０３および下側フレーム１０４の構成を簡易にすることができる。また、図９に示すように、下側フレーム１０４に一つの永久磁石１０５ｂのみを配置して構成することもできる。これによれば、インチワーム式アクチュエータ１００を簡易に構成することができる。なお、この場合、配置する一つの永久磁石１０５ｂの配置は、上側フレーム１０５ａ、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２などであっても良いことは当然である。
【００７９】
また、上記実施形態においては、磁界形成用コイル１１３，１１４を第１支持脚１１１および第２支持脚１１２にそれぞれ設けた。しかし、磁界形成用コイル１１３，１１４は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２を介して第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに異なる向きの磁界を形成可能な位置に配置されていれば、配置位置や配置数などは上記実施形態に限定されるものではない。
【００８０】
例えば、図１０に示すように、第２支持脚１１２に一つの磁界形成用コイル１１４のみを配置して構成することもできる。これによれば、インチワーム式アクチュエータ１００を簡易に構成することができる。なお、この場合、図中二点鎖線で示すように、磁界形成用コイル１１４を第１支持脚１１１と第２支持脚１１２との間における第２ガイド１０２（または第１ガイド１０１）上に設けることもできる。この場合、磁界形成用コイル１１４は、第２ガイド１０２に固定的に設けるようにしても良いし、変位体１１０の変位とともに第２ガイド１０２上を変位するように構成することもできる。
【００８１】
また、上記実施形態においては、磁界形成用コイル１１３と磁界形成用コイル１１４とを互いに逆位相で直列接続した。これにより、磁界形成用コイル１１３と磁界形成用コイル１１４の２つの磁界形成用コイルを一つの駆動電源装置１２０で制御することができ、インチワーム式アクチュエータの構成を簡単にすることができる。しかし、磁界形成用コイル１１３と磁界形成用コイル１１４とをそれぞれ駆動電源装置１２０で個別に制御してもよいし、磁界形成用コイル１１３と磁界形成用コイル１１４とでそれぞれ駆動電源装置１２０を設けることもできる。
【００８２】
また、上記実施形態においては、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対して三点接触で摺動するように構成した。しかし、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対して摺動するように構成されていれば、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２における第１ガイド１０１および第２ガイド１０２への接触部分を回転するローラでそれぞれ構成するとともに、同ローラが転動する第１ガイド１０１および第２ガイド１０２における摺動部分を平面状、凹状またはＶ字状などの形状のレールに形成することもできる。
【００８３】
また、上記実施形態においては、変位体１１０は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対して図示上下方向に変位するように構成されている。しかし、変位体１１０は、昇降変位であっても良いし、水平変位であっても良いことは当然である。
【００８４】
また、上記実施形態においては、変位体１１０は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対して変位するように構成されている。すなわち、第ガイド１０１および第２ガイド１０２が、本発明に係る被変位体に相当する。しかし、変位体１１０の第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対する変位は相対的なものである。したがって、変位体１１０を固定して、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２を変位体１１０に対して変位するように構成してもよい。すなわち、インチワーム式アクチュエータ１００は、変位体１１０側が第１ガイド１０１および第２ガイド１０２に対して変位するように構成されていてもよいし、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２側が変位体１１０に対して変位するように構成されていてもよい
【００８５】
また、上記実施形態においては、本発明における伸縮手段としてボイスコイルモータ１１５を用いた。しかし、本発明における伸縮手段は、変位体１１０の一部を構成して電気エネルギーまたは磁気エネルギーを受けて変位または変形するアクチュエータであれば必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。例えば、伸縮手段は、ボイスコイルモータ１１５に代えて、図１１に示すような２ステップ伸縮装置１４０を用いることができる。
【００８６】
２ステップ伸縮装置１４０は、主として、電磁石１４１の図示両側に第１可動片１４２および第２可動片１４３をそれぞれ備えて構成されている。この場合、電磁石１４１は、軟鉄心１４１ａに磁界形成用コイル１４１ｂを巻き付けて構成されており、制御装置１３０によって作動が制御される。この電磁石１４１は、磁界形成用コイル１４１ｂに電流が流されている間、軟鉄心１４１ａが磁化して一時的に磁石になる。第１可動片１４２は、電磁石１４１における一方（図示左側）の磁極に第１の隙間Ｃ１を隔てた状態でトグル機構１１６ａの中央部に固定的に支持された磁性体である。また、第２可動片１４３は、電磁石１４１における他方（図示右側）の磁極に第１の隙間Ｃ１より広い第２の隙間Ｃ２を隔てた状態でトグル機構１１６ｂの中央部に固定的に支持された磁性体である。
【００８７】
これらの第１可動片１４２および第２可動片１４３と電磁石１４１の各磁極との間には、スプリング１４４ａ，１４４ｂがそれぞれ配置されている。スプリング１４４は、電磁石１４１の各磁極に対して第１可動片１４２および第２可動片１４３をそれぞれ斥ける方向に押圧する弾性体である。これにより、電磁石１４１は、スプリング１４４ａ，１４４ｂ、第１可動片１４２および第２可動片１４３を介してトグル機構１１６ａ，１１６ｂによって支持されている。
【００８８】
このように構成された２ステップ伸縮装置１４０は、第１可動片１４２を磁気的に吸着可能な磁力を生じさせる電流がコイル１４１ｂに断続的に流されることによって第１可動片１４２が図示左右方向に変位を繰り返す。これにより、変位体１１０は、第１可動片１４２の変位量（第１の隙間Ｃ１）を縮小変換した変位量で変位する。また、２ステップ伸縮装置１４０は、第２可動片１４３を磁気的に吸着可能な磁力を生じさせる電流がコイル１４１ｂに断続的に流されることによって第２可動片１４３が図示左右方向に変位を繰り返す。この場合、第２可動片１４３を磁気的に吸着可能な磁力を生じさせる電流とは、第１可動片１４２を磁気的に吸着可能な磁力を生じさせる電流よりも大きい電流である。したがって、この場合、第１可動片１４２は、電磁石１４１における一方（図示左側）の磁極に磁気的に吸着された状態となる。これにより、変位体１１０は、第２可動片１４３の変位量（第２の隙間Ｃ２）を縮小変換した変位量で変位する。
【００８９】
そして、この場合、変位体１１０は、第２可動片１４３の変位量が第１可動片１４２の変位量よりも大きいため、第１可動片１４２による変位時の縮小変換率よりも大きい縮小変換率で変位する。すなわち、インチワーム式アクチュエータ１００は、第１可動片１４２を変位させることにより変位体１１０を微動（精密送り）することができるとともに、第２可動片１４３を変位させることにより変位体１１０を粗動（早送り）させることができる。
【００９０】
なお、この２ステップ伸縮装置１４０は、トグル機構１１６ａに磁性体を設けるとともにトグル機構１１６ｂに電磁石を設けて、この電磁石の通電および非通電を制御して前記磁性体を吸引および離隔変位させる構成、すなわち、１ステップの構成とすることができる。また、この伸縮手段は、これらのボイスコイルモータ１１５や２ステップ伸縮装置１４０の他に、例えば、ソレノイド、圧電素子、磁歪素子などを用いて構成することができる。この場合、伸縮手段として圧電素子や磁歪素子を用いた場合、変位変換機構は、圧電素子や磁歪素子の変形量を直接入力変位量として入力することができるとともに、圧電素子や磁歪素子の変形によって変位する物体の変位を介して入力変位量を入力することもできる。
【００９１】
また、上記実施形態においては、本発明における変位変換機構として２つのリンクと１つのスライダからなるトグル機構１１６ａ，１１６ｂを用いた。しかし、変位変換機構は、前記伸縮手段の変位量や変形量に基づく入力変位量を拡大変換または縮小変換する変換率を変化させることができれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。例えば、変位変換機構として、トグル機構以外のリンク機構（例えば、スライダクランク機構）、倍力機構、カム機構、歯車列または油圧機構などを用いることができる。また、複数の変位変換機構を多段で組んで構成することにより、入力変位量の拡大率または縮小率をより大きくまたはより小さくすることもできる。なお、変位量変換機構を構成するリンク機構は、複数のリンクとこれら複数のリンクを互いに可動的に連結するジョイントとが明確に別部品として構成されている必要はなく、実質的にリンク機構として作用するものを含むものである。すなわち、上記実施形態におけるトグル機構１１６ａ，１１６ｂのように、一つの部材であっても２つの部分が弾性変形部を介して可動することでリンク機構を構成することもできる。
【００９２】
なお、上記実施形態においては、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、入力した変位量を縮小変換した変位量として出力するする変位量縮小機構として用いた。しかし、トグル機構１１６ａ，１１６ｂは、入力した変位量を拡大変換した変位量として出力する変位量拡大機構として用いることもできる。具体的には、トグル機構１１６ａ，１１６ｂの両端部を伸縮手段の両端、例えば、ボイスコイルモータ１１５であれば、ヨーク１１５ａと支持板１１５ｄとにそれぞれ接続するとともに、トグル機構１１６ａ，１１６ｂの中央部を第１支持脚１１１および第２支持脚１１２にそれぞれ接続することにより変位量拡大機構として用いることもできる。
【００９３】
また、上記実施形態においては、インチワーム式アクチュエータ１００は、第１ガイド１０１および第２ガイド１０２からなる被変位体に対して変位体１１０が変位するように構成した。しかし、インチワーム式アクチュエータ１００は、被変位体を省略して構成することもできる。被変位体を省略したインチワーム式アクチュエータ１００の構成例を以下に示す。なお、以下の図１２〜１５に示す本発明の他の実施形態に係るインチワーム式アクチュエータ１００は、各図が上記実施形態よりも簡略化された模式図で示されているとともに駆動電源装置１２０、制御装置１３０、入力装置１３１および表示装置１３２の各図も省略されている。
【００９４】
例えば、図１２に示すインチワーム式アクチュエータ１００においては、変位体１１０が、主として、第１支持脚１１１、第２支持脚１１２、ボイスコイルモータ１１５、トグル機構１１６ａ，１１６ｂおよびクランプ素子１５０によって構成されている。この場合、クランプ素子１５０は、圧電効果によって伸縮する圧電素子であり、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２における各一方の端部にそれぞれ設けられている。このクランプ素子１５０は、制御装置１３０による作動制御によって伸縮変形することにより第１支持脚１１１および第２支持脚１１２の長さを伸縮させる。
【００９５】
このように構成されたインチワーム式アクチュエータ１００は、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２の伸縮方向両端部を挟んで架設状態で支持可能な形状（例えば、筒状）に形成された被変位体Ｗの内側に変位体１１０が配置されて用いられる。具体的には、インチワーム式アクチュエータ１００は、制御装置１３０がボイスコイルモータ１１５とクランプ素子１５０とをインチワーム駆動することにより変位体１１０が被変位体Ｗ内を変位する（図示破線矢印参照）。なお、この場合、変位体１１０は、クランプ素子１５０の伸張によって被変位体Ｗ内で機械的にクランプ状態となるため、第１支持脚１１１、第２支持脚１１２および被変位体Ｗは、必ずしも磁性体である必要はなく、金属材料以外にセラミック材、樹脂材、ガラス材、ゴム材または木材などで構成することができる。また、クランプ素子１５０は、電圧が印加されることにより伸張するタイプであってもよいし、電圧が印加されることにより収縮するタイプであってもよいが、電圧が印加されることにより収縮するタイプを用いることにより、クランプ素子１５０の非通電時に変位体１１０の被変位体Ｗ内で位置を保持することができる。
【００９６】
また、他の例として、図１３に示すインチワーム式アクチュエータ１００においては、変位体１１０が、主として、第１支持脚１１１、第２支持脚１１２、ボイスコイルモータ１１５、トグル機構１１６ａ，１１６ｂ、永久磁石１５１ａ，１５１ｂ、磁気導体１５２および磁界形成用コイル１５３によって構成されている。これらのうち、永久磁石１５１ａ，１５１ｂは、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに同じ向きの磁界を生じさせるためのものであり、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２にそれぞれ設けられている。また、磁気導体１５２は、第１支持脚１１１と第２支持脚１１２とを磁気的に接続するための磁性体であり、第１支持軸１１１および第２支持脚１１２に対してそれぞれ摺動自在に設けられている。なお、この磁気導体１５２は、第１支持脚１１１と第２支持脚１１２とを磁気的に接続するための磁性体であればよく、例えば伸縮または屈曲する部材（例えば、トグル機構１１６ａ，１１６ｂ）で構成されていてもよい。
【００９７】
また、磁界形成用コイル１５３は、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせるためのものであり、磁気導体１５２に設けられている。この磁界形成用コイル１５３は、制御装置１３０によって作動が制御される。なお、この磁界形成用コイル１５３は、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせることができれば、配置位置および配置数は本実施形態に限定されるものではない。
【００９８】
このように構成されたインチワーム式アクチュエータ１００は、磁性体で構成された平板状の被変位体Ｗ上に変位体１１０が配置されて用いられる。具体的には、インチワーム式アクチュエータ１００は、制御装置１３０が磁界形成用コイル１５３とボイスコイルモータ１１５とをインチワーム駆動することにより変位体１１０が被変位体Ｗ上を変位する（図示破線矢印参照）。この変位体１１０の変位時においては、磁気導体１５２は第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に対する磁気的な吸着力が断続的かつ交互に変化するため、第１支持脚１１１または第２支持脚１１２に対して摺動しながら変位体１１０とともに変位する。なお、変位体１１０を被変位体Ｗ上で変位させる場合には、変位体１１０の変位方向を規制するための突起状や溝状の案内ガイドを被変位体Ｗ上に設けるようにするとよい。
【００９９】
また、他の例として、図１４に示すインチワーム式アクチュエータ１００においては、変位体１１０が、主として、第１支持脚１１１、第２支持脚１１２、磁界形成用コイル１１３，１１４、ボイスコイルモータ１１５およびトグル機構１１６ａ，１１６ｂによって構成されている。この場合、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、それぞれ磁性体によって構成されている。また、磁界形成用コイル１１３，１１４は、制御装置１３０による作動制御によって通電されることにより第１支持脚１１１および第２支持脚１１２を磁化して一時的に磁石とする。この場合、制御装置１３０は、磁界形成用コイル１１３および磁界形成用コイル１１４の一方にのみ通電することにより、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２の一方のみに磁界を生じさせて磁化させる。
【０１００】
このように構成されたインチワーム式アクチュエータ１００は、磁性体で構成された平板状の被変位体Ｗ上に変位体１１０が配置されて用いられる。具体的には、インチワーム式アクチュエータ１００は、制御装置１３０が磁界形成用コイル１１３，１１４とボイスコイルモータ１１５とをインチワーム駆動することにより変位体１１０を被変位体Ｗ上で変位させることができる（図示破線矢印参照）。
【０１０１】
また、他の例として、図１５に示すインチワーム式アクチュエータ１００においては、変位体１１０が、主として、第１支持脚１１１、第２支持脚１１２、磁界形成用コイル１１３，１１４、ボイスコイルモータ１１５、トグル機構１１６ａ，１１６ｂ、永久磁石１５４ａ，１５４ｂによって構成されている。この場合、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２は、それぞれ磁性体によって構成されている。また、磁界形成用コイル１１３，１１４は、制御装置１３０による作動制御によって通電されることにより第１支持脚１１１および第２支持脚１１２を磁化して一時的に磁石とする。この場合、制御装置１３０は、磁界形成用コイル１１３および磁界形成用コイル１１４の作動を制御することにより、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに同じ向きの磁界を同時に生じさせて磁化させる。また、永久磁石１５４ａ，１５４ｂは、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに異なる向きの磁界を生じさせるためのものであり、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２にそれぞれ設けられている。
【０１０２】
このように構成されたインチワーム式アクチュエータ１００は、磁性体で構成された平板状の被変位体Ｗ上に変位体１１０が配置されて用いられる。具体的には、インチワーム式アクチュエータ１００は、制御装置１３０が磁界形成用コイル１１３，１１４とボイスコイルモータ１１５とをインチワーム駆動することにより変位体１１０を被変位体Ｗ上で変位させることができる（図示破線矢印参照）。この場合、磁界形成用コイル１１３，１１４が非通電時においては、変位体１１０は、永久磁石１５４ａ，１５４ｂの磁力によって被変位体Ｗ上に磁気的に吸着されて保持される。したがって、変位体１１０が変位する被変位体Ｗは、必ずしも水平面である必要はなく、例えば、傾斜面や垂直面であってもよい。
【０１０３】
なお、詳しい説明は省略するが、永久磁石１５４ａ，１５４ｂを第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに同じ向きの磁界を生じさせるように配置しても変位体１１０を変位させることができる。この場合、制御部１３０は、磁界形成用コイル１１３および磁界形成用コイル１１４の作動を制御することにより、第１支持脚１１１および第２支持脚１１２に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせて磁化させるようにする。これによれば、図１５に示すインチワーム式アクチュエータ１００と同様に、変位体１１０を被変位体Ｗ上で変位させることができる。
【０１０４】
また、上記実施形態においては、インチワーム式アクチュエータ１００は、精密観測・観察機器、精密測定機器、各種加工装置、各種ロボット、各種事務機器、家庭用電化製品などの機器において位置決め機構として用いた例について説明した。しかし、本発明に係るインチワーム式アクチュエータは、上記以外の装置や機器における位置決め機構、搬送機構またはマニピュレーション機構として幅広く利用できるものである。例えば、光学顕微鏡装置内や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）装置内において各種光学レンズや試料ステージなどを位置決めするパラレルリンク機構におけるアクチュエータとして用いることができる。また、細胞操作、マイクロサージェリー、顕微鏡の試料操作、精密部品の組立てなどのマニピュレーション用としても用いることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
Ｗ…被変位体、Ｃ１・・・第１の隙間、Ｃ２…第２の隙間、
１００…インチワーム式アクチュエータ、１０１…第１ガイド、１０２…第２ガイド、１０３…上側フレーム、１０４…下側フレーム、１０５ａ，１０５ｂ…永久磁石、
１１０…変位体、１１１…第１支持脚、１１２…第２支持脚、１１３，１１４…磁界形成用コイル、１１５…ボイスコイルモータ、１１５ａ…ヨーク、１１５ｂ…永久磁石、１１５ｃ…ボイスコイル、１１５ｄ…支持板、１１６ａ，１１６ｂ…トグル機構
１２０…駆動電源装置、
１３０…制御装置、１３１…入力装置、１３２…表示装置、
１４０…２ステップ伸縮装置、１４１…電磁石、１４１ａ…軟鉄心、１４１ｂ…磁界形成用コイル、１４２…第１可動片、１４３…第２可動片、１４４ａ，１４４ｂ…スプリング、
１５０…クランプ素子、１５１ａ，１５１ｂ…永久磁石、１５２…磁気導体、１５３…磁界形成用コイル、１５４ａ，１５４ｂ…永久磁石、
２０１，２０２，３０１，３０２，４０１，４０２，５０１，５０２…磁界。
【図１】
2012039449.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年7月9日(2012.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位体が被変位体に対してインチワーム駆動によって相対変位するインチワーム式アクチュエータであって、
前記変位体の一部を構成するとともに前記被変位体に対してクランプ状態とアンクランプ状態を繰り返しながら同被変位体に対して相対変位する第１支持脚および第２支持脚と、
前記変位体の一部を構成するとともに電気エネルギーまたは磁気エネルギーを受けて変位または変形する伸縮手段と、
前記変位体の一部を構成するとともに前記伸縮手段における変位または変形による変位量または変形量を入力変位量として入力して同入力変量に依存して変化する変換率によって前記入力変位量を拡大変換または縮小変換した出力変位量だけ前記第１支持脚と前記第２支持脚とを相対変位させる変位量変換機構と、
前記被変位体に対して前記第１支持脚および前記第２支持脚をそれぞれ前記クランプ状態および前記アンクランプ状態にすることができるクランプ手段と、
前記伸縮手段および前記クランプ手段をそれぞれインチワーム駆動させることにより前記変位体を前記被変位体に対して相対変位させるインチワーム制御手段とを備え、
前記インチワーム制御手段は、
前記伸縮手段を一定量だけ変位または変形させることにより前記変位量変換機構を一定量だけ変形させたバイアス状態で前記伸縮手段および前記クランプ手段をインチワーム駆動させることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記変位量変換機構は、リンク機構であることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記変位量変換機構は、トグル機構であることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記伸縮手段は、ボイスコイルモータで構成されていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記伸縮手段は、
電磁石と、
前記電磁石における一方の極側に第１の隙間を介して配置される磁性体からなる第１可動片と、
前記電磁石における他方の極側に前記第１の隙間より広い第２の隙間を介して配置される磁性体からなる第２可動片と、
前記電磁石と前記第１可動片との間および前記電磁石と前記第２可動片との間にそれぞれ配置される弾性体とで構成されていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項３、請求項５および請求項６のうちのいずれか１つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記被変位体と前記第１支持脚および／または前記第２支持脚とは、少なくとも一方が磁性体で構成されるとともに、他方が永久磁石を備えていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記被変位体は、磁性体で構成されており、
前記第１支持脚および前記第２支持脚は、それぞれ磁性体で構成されるとともに磁性体で構成される磁気導体によって互いに磁気的に接続されており、
前記永久磁石は、前記第１支持脚および前記第２支持脚に互いに同じ向きの磁界を生じさせるように配置され、
前記クランプ手段は、前記第１支持脚、前記第２支持脚および前記磁気導体のうちの少なくとも１つに設けられた磁界形成用コイルで構成されており、
前記インチワーム制御手段は、前記磁界形成用コイルの作動を制御することにより前記第１支持脚および前記第２支持脚に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項９】
請求項７に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記被変位体は、互いに対向して延びる磁性体からなる第１ガイドおよび第２ガイドで構成されており、
前記第１支持脚および前記第２支持脚は、それぞれ磁性体で構成されるとともに前記第１ガイドと前記第２ガイドとの間に架設されて互いに磁気的に接続されており、
前記永久磁石は、前記第１支持脚および前記第２支持脚に互いに同じ向きの磁界を生じさせるように配置され、
前記クランプ手段は、前記第１支持脚、前記第２支持脚、前記第１ガイドおよび前記第２ガイドのうちの少なくとも１つに設けられた磁界形成用コイルで構成されており、
前記インチワーム制御手段は、前記磁界形成用コイルの作動を制御することにより前記第１支持脚および前記第２支持脚に互いに異なる向きの磁界を同時に生じさせることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記永久磁石は、
前記第１ガイドと前記第２ガイドとの間における前記第１支持脚および前記第２支持脚の各外側にそれぞれ配置されることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記磁界形成用コイルは、
前記第１支持脚および前記第２支持脚にそれぞれ配置されることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１１に記載したインチワーム式アクチュエータにおいて、
前記第１支持脚に配置される磁界形成用コイルと前記第２支持脚に配置される磁界形成用コイルとは、互いに逆位相で直列接続されていることを特徴とするインチワーム式アクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
変位する第１支持脚および第２支持脚と、変位体の一部を構成するとともに電気エネルギーまたは磁気エネルギーを受けて変位または変形する伸縮手段と、変位体の一部を構成するとともに伸縮手段における変位または変形による変位量または変形量を入力変位量として入力して同入力変位量に依存して変化する変換率によって入力変位量を拡大変換または縮小変換した出力変位量だけ第１支持脚と第２支持脚とを相対変位させる変位量変換機構と、被変位体に対して第１支持脚および第２支持脚をそれぞれクランプ状態およびアンクランプ状態にすることができるクランプ手段と、伸縮手段およびクランプ手段をそれぞれインチワーム駆動させることにより変位体を被変位体に対して相対変位させるインチワーム制御手段とを備え、インチワーム制御手段は、伸縮手段を一定量だけ変位または変形させることにより前記変位量変換機構を一定量だけ変形させたバイアス状態で伸縮手段およびクランプ手段をインチワーム駆動させることにある。
［０００９］
このように構成した請求項１に記載した本発明の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、変位体を構成する第１支持脚および第２支持脚が変位量変換機構によって互いに相対変位するように構成されている。この場合、変位量変換機構は、伸縮手段の変位量または変形量を入力変位量としてこの入力変位量に依存して変化する変換率によって入力変位量を拡大変換または縮小変換した出力変位量分だけ第１支持脚と第２支持脚とを相対変位させる。すなわち、変位量変換機構は、入力変位量を拡大変換または縮小変換する変換率を変化させることができる。これにより、インチワーム式アクチュエータは、変位量変換機構における拡大変換率または縮小変換率の変化の範囲内において適当な拡大変換率または縮小変換率を適宜使い分けることにより、変位体の変位速度や変位分解能を使用状況に応じて任意に設定することができる。なお、変位量変換機構における変換率は、入力変位量に依存して出力変位量が変化するものであればよく、変化の過程が線形または非線形であるかを問わない。
また、本発明の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、伸縮手段を一定量だけ変位または変形させた状態で伸縮手段およびクランプ手段をそれぞれインチワーム駆動させている。すなわち、インチワーム式アクチュエータは、変位量変換機構を一定量だけ変形させた状態で伸縮手段およびクランプ手段をそれぞれインチワーム駆動させている。これにより、変位量変換機構は、伸縮手段の変位量または変形量を任意の拡大変換率または縮小変換率に変更して拡大変換または縮小変換することができる。この結果、インチワーム式アクチュエータにおける変位体の変位速度、変位分解能および変位時の推進力をバイアス状態の調整によって簡単に変更することができる。
［００１０］
また、請求項２に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、変位量変換機構は、リンク機構であることにある。このように構成した請求項２に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、変位量変換機構を簡単に構成することができ変位
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
体の複雑化、大型化および重量化を抑えつつ変位体の変位速度、変位分解能および変位時の推進力を使用状況に応じて任意に設定することができる。
［００１１］
また、請求項３に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、変位量変換機構は、トグル機構であることにある。このように構成した請求項３に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、変位量変換機構を簡単に構成することができ変位体の複雑化、大型化および重量化を抑えつつ変位体の変位速度、変位分解能および変位時の推進力を使用状況に応じて任意に設定することができる。
［００１２］
［００１３］
［００１４］
また、請求項５に記載した本発明の他の特徴は、前記インチワーム式アクチュエータにおいて、伸縮手段は、ボイスコイルモータで構成されていることにある。このように構成した請求項５に記載した本発明の他の特徴によれば、インチワーム式アクチュエータは、伸縮手段を圧電素子で構成した場合に比べて、消費電力を低下させることができるとともに応答速度を向上させることができる。また、変位量変換機構をトグル機構で構成した場合には、
【国際調査報告】
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