(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の質量のボイスコイルと、
第２の質量の磁石と、
前記磁石に接続された磁石支持体と、
前記ボイスコイルと前記磁石との整列を維持し、前記ボイスコイルと前記磁石の相対運動を可能にする、前記ボイスコイルに接続されたボイスコイル支持体と、
前記磁石支持体に接続され、第１の剛性を備える第１の湾曲プレートと、
前記磁石支持体に接続され、第２の剛性を備える第２の湾曲プレートと、
前記ボイスコイル支持体に接続され、第３の剛性を備える第３の湾曲プレートと、
前記第１の湾曲プレートと前記第３の湾曲プレートの両方に接続された、静止する接地プレートとを備え、
前記第１の剛性と前記第３の剛性の各々の値は、前記接地プレートが前記ボイスコイルと前記磁石のうちの少なくとも１つの動きに対する反応動作の向きの反動力を実質的に受けないような第１と第２の質量に基づくことを特徴とする無反動ボイスコイルアクチュエータ。
【請求項２】
前記磁石は長手方向軸の向きに配置され、
前記ボイスコイルは、前記長手方向軸の向きに前記磁石と軸方向整列し、
前記磁石と前記ボイスコイルは、前記長手方向軸の向きに互いに相対的に動き、動きの向きは前記長手方向軸の向きであることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１の湾曲プレートは、前記磁石支持体に接続された第１の内側部分と、
前記接地プレートに接続された第１の外側部分を備え、
前記第１の内側部分は、第１の湾曲部によって前記第１の外側部分に接続され、
前記第３の湾曲プレートは、前記ボイスコイル支持体に接続された内側部分と、前記接地プレートに接続された外側部分とを備え、
前記内側部分は、第２の湾曲部によって前記外側部分に接続されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記内側部分を前記外側部分に接続させる各湾曲部は、前記内側部分の第１の端に接続された第１の屈曲帯と、前記長手方向軸の向きに前記第１の端から分離する前記内側部分の第２の端に接続された第２の屈曲帯を備えることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記第３の湾曲プレートは、前記第１の湾曲プレートと前記第２の湾曲プレートの間に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記磁石は、長手方向軸を中心とする穴を備え、
前記ボイスコイルは、前記穴と軸方向整列し、少なくとも部分的に前記穴内に位置づけられ、
前記磁石支持体は前記長手方向軸の向きに配置され、
前記ボイスコイル支持体は、前記長手方向軸の向きに配置され、前記ボイスコイルと前記磁石の軸方向の相対的な動きを可能にし、
前記第３の湾曲プレートは、前記長手方向軸に交わる向きに前記第１の湾曲プレートから離して配置され、
前記アクチュエータは、前記磁石支持体及び前記接地支持体に接続され、前記第３の湾曲プレートが前記第１と第２の湾曲プレートの間に存在するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記磁石支持体は、前記長手方向軸の向きに分離する第１と第２の剛端プレートをさらに備え、
前記剛端プレートのそれぞれは、前記長手方向軸の向きに整列する当該剛端プレートの逆端にスロットを備えることを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記ボイスコイル支持体は、前記長手方向軸の向きに分離され、２本の横棒によって接続される第１と第２の剛端プレートをさらに備え、
前記横棒の各々を、前記磁石支持体の端プレート内に整列したスロットのうちの１つの中に配置することによって、前記長手方向軸の向きに前記磁石支持体と前記ボイスコイル支持体が相対的に動くことを可能にすることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記第１と第２の湾曲プレートはそれぞれ、前記磁石支持体に接続された内側部分と、
前記接地プレートに接続された外側部分を備え、
前記第３の湾曲プレートは、前記ボイスコイル支持体に接続された内側部分と、前記接地プレートに接続された外側部分を備え、
各内側部分は、前記長手方向軸の向きに伸長性があって圧縮可能な湾曲部によって、それぞれの外側部分に接続されることを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１と第２と第３の湾曲プレートの、前記長手方向軸の向きの個々の剛性は互いに実質的に等しいことを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記磁石の固有周波数は、前記長手方向軸の向きの前記ボイスコイルの固有周波数に実質的に等しいことを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、ボイスコイル形アクチュエータ又はモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイスコイルと磁石を使ったアクチュエータは公知のものであり、長年に渡って様々な用途で使われている。閉系での運動量保存という初等物理の原理から、逆磁界に対する反作用からボイスコイルが動くと、静止体、本例では、磁石に、等しく逆向きの反作用力、又は、反動が発生する。同様に、ボイスコイルを接地した構成で、磁石が動く一方でボイスコイルが静止する場合は、反動、又は、反動的な力がボイスコイルに作用する。
【０００３】
例えば、コンピュータのディスクドライブや、電気回路の抵抗器とキャパシタ用のレーザートリミング機器等の高感度機器では、この反動力が十分に減衰されていないか、又は、制御されていない場合は問題となり、主要なデバイスの精度に影響する。例えば、電気抵抗器又はキャパシタのレーザートリミングでは、改変された部品の特性の試験のために、一般的には、レーザーが高感度の測定器と共に用いられる。閉ループ・サーボ制御システムのガルバノメータ(galvanometers)は、ワークピースの所望の領域にレーザーを向けるためにレーザーとミラーを動かすことができる。レーザーとミラーを迅速に移動させると、減衰されていないか、又は、制御されていない場合は、測定デバイスに悪影響を与えて測定精度を損う運動量(momentum)が発生する。レーザートリミング・デバイスの一例は、本発明の譲受人であるオレゴン州ポートランドのエレクトロ・サイエンティフィック・インダストリーズ社のモデル2100である。
【０００４】
長年に渡って反動力を緩和させることが求められおり、多くの設計において反動力を除去、又は、完全に失活させる試みがなされてきたが、成功は限定的なものであった。そのような設計のうちの１つは、米国特許NO.5,146,122の「弾力的に据え付けられた短絡巻線を備えるボイスコイルアクチュエータ」である。この設計では、ボイスコイル・キャリッジによって磁石に作用する反動力を吸収するために、短絡巻線要素がさらに導入され、磁石と接触して配置される。その他の設計としては、米国特許NO.3,699,555の「迅速な動き変位制御装置」がある。この設計では、磁石/ステータ(stator)が、ロッド上に配置された転がり軸受に取り付けられる。トランスジューサ・キャリッジは、軌道に乗るホイールに搭載される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の設計では、短絡巻線などの複雑な精密部品がさらに含まれているため、デバイスの製造・組立てのためのコストと時間がさらにかかる組立工程が必要となる。反動を抑制するベアリング又はアイソレータが組込まれているため、上述のデバイスのいずれも湾曲部(flexure)を備えていない。どちらの設計においても、本当の無反動アクチュエータができるとは考えられない。
接地構造から得られる反動力を減少、又は、除去するために、(磁石接地構成の)ボイスコイルか(ボイスコイル接地構成の)磁石のいずれか一方に緩衝装置(dampeners)、又は、湾曲部を使用する設計では、接地構造に関連する無反動システムは構成されない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
しかしながら、アクチュエータとその周辺のシステム、又は、機器の性能を改善するために本明細書に記載された本発明の実施形態は、接地構造で既に発生した反動力を実質的に低減、又は、完全に除去するために磁石とボイスコイル・アセンブリのための湾曲部を備えるアクチュエータと動作方法について教示するものである。
本実施形態の無反動アクチュエータは、一般的に、永久磁石と、電流を受けるボイスコイルを備える。アクチュエータは、接地構造と磁石の磁界の中にボイスコイルを配置するためにボイスコイルを支持する。
【０００７】
本発明の一例の無反動アクチュエータは、磁石支持体に接続された、独立した第1と第2の湾曲プレートと、ボイスコイル支持体に接続された、独立した第３の湾曲プレートを備える。同様に、ボイスコイル専用の第３の湾曲部プレートを構成してもよく、それは、ボイスコイルに作用する力を制御するように動作する。磁石とボイスコイルの両方と、それらの各々の湾曲プレートは、２枚の接地プレートに湾曲プレートの逆端で接続されるので、各々の湾曲部材によって磁石とボイスコイルが柔軟につるされる(suspending)。磁石アセンブリとボイスコイル・アセンブリが同じ固有周波数を持つように各々の湾曲部材のばね定数又は剛性を選択することによって、磁石とボイスコイルの両方で生まれた運動量は等しく保存されるので、接地プレートには反動力又は残余力が作用しない。組立て後に、ボイスコイル・アセンブリと磁石アセンブリの一方か又は両方に質量を加えるか又は削除することによって、アクチュエータを調整又は調節することができる。
【０００８】
一例においては、湾曲プレートが内側部分を備え、その内側部分は、その内側部分の逆側にある独立した２つの湾曲部によって外側部分に接続される。各湾曲部は、ボイスコイルと磁石のそれぞれを駆動するか又は反動力を制御する２本の湾曲帯を備える。
湾曲部の一例において、第一の湾曲帯は、内側部分の第１の端に接続され、第２の湾曲帯は、内側部分の他方の端に接続される。
【０００９】
本発明の他の例における線形と非線形のアクチュエータは、磁石支持体のための第１の湾曲アセンブリと、コイル支持体のための第２の湾曲アセンブリとを備えており、コイルと磁石の動きに作用する駆動方向の反動力は実質的にゼロとなる。
次に、無反動アクチュエータの製造方法について開示する。製造方法の一例では、磁石に対してコイルを長手方向軸に沿って動かす電流を受けることができるボイスコイルと軸方向に整列した永久磁石を提供することが含まれる。磁石とボイスコイルはそれぞれ独立して、選ばれたばね定数をもつ個々の湾曲アセンブリを備える、少なくとも１枚の湾曲プレートに接続される。ここで、個々の湾曲アセンブリが、ボイスコイルと磁石のそれぞれに作用する力を制御することによって、湾曲プレートに取り付けられた接地プレートでの反動力がゼロとなる。
【００１０】
添付の図面と共に以下の説明を読めば、本発明のこれらのアプリケーションとその他のアプリケーションにおける変形は、当業者にとっては明らかなものである。
本明細書における記載から、添付の図面が参照される。ここで、複数の図面に渡って付与される同じ参照番号は同じ部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】組み立てられた無反動ボイスコイルアクチュエータの一例の遠近図である。
【図２】図１のアクチュエータの遠近図の一部であって、磁石とボイスコイルの支持部を示す図である。
【図３】図１のアクチュエータの遠近図の一部であって、磁石、磁石支持部、第１と第２の湾曲プレートを示す図である。
【図４】図１のアクチュエータの遠近図の一部であって、ボイスコイル、ボイスコイル支持部、第３の湾曲プレートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
数学上、ボイスコイルアクチュエータ・アセンブリでは、コイル・アセンブリの質量はｍ１であり、磁石アセンブリの質量はｍ２であり、それらの各々の支持体のばね定数又は剛性はそれぞれ、ｋ１とｋ２であり、コイルに電流が流れると、磁界が、磁石によって生成される磁界に反発するコイルによって作られる。その結果、線形力ｆが、ラジアル磁界に対して反対の向きに生成される。ニュートンの第３法則Ｆ＝ｍａから、ボイスコイル・アセンブリと磁石アセンブリの両方の運動又は変位の方程式(それぞれ、ｘ１、ｘ２)では、それらの各々の質量値と屈曲剛性値まで同じである。
【００１３】
【数１】
0005592873.tif 000002
【００１４】
【数２】
0005592873.tif 000003
【００１５】
【数３】
0005592873.tif 000004
上の方程式において、ｓはラプラス変数であり、初期条件がゼロであることを仮定している。同様に、磁石アセンブリ１４の変位を以下に示す。
【００１６】
【数４】
0005592873.tif 000005
コイル・アセンブリと磁石アセンブリの各々の運動量が等しく、接地構造又はプレート４４が静止するために対面する必要があるため、
【００１７】
【数５】
0005592873.tif 000006
【００１８】
【数６】
0005592873.tif 000007
【００１９】
【数７】
0005592873.tif 000008
【００２０】
【数８】
0005592873.tif 000009
【００２１】
【数９】
0005592873.tif 000010
【００２２】
【数１０】
0005592873.tif 000011
さらに、定義から、質量バネ発振子の固有周波数は次のように表わされる。
【００２３】
【数１１】
0005592873.tif 000012
【００２４】
上記の方程式(1)から、磁石アセンブリの固有周波数がコイル・アセンブリの固有周波数と等しくなるように各湾曲部の剛性ｋを選択することによって、コイルの運きから生成された運動量が磁石の運動量と等しくなり、また、磁石の運動量の向きと逆になる(等しくなる条件がゼロの場合)。その結果、ボイスコイルの動作による系の運動量がボイスコイルと磁石の間で保存されるので、静止した接地体に作用する残余運動量又は反動はゼロとなる。この状況では、無反動の動作が達成される。
【００２５】
磁石上に第１の湾曲アセンブリを備え、ボイスコイル上に独立した第２の湾曲アセンブリを備える無反動ボイスコイルアクチュエータ１０の一例を、図１から図４に示す。図１と図２を参照すると、無反動アクチュエータ１０は、磁石１４とボイスコイル２０と磁石支持体３０とボイスコイル支持体５０と、第１、第２、第３の湾曲プレート３４、３８、５６を備える。以下で完全に説明するが、磁石１４とその支持体３０は、第１と第２の湾曲プレート３４、３８に独立に取り付けられ、ボイスコイル２０とその支持体５０は、第３の湾曲プレート５６として図示されている第２の湾曲アセンブリに独立に取り付けられる。次に、３枚の湾曲プレート３４、３８、５６の全てが、独立した２枚の接地プレート４４に接続される。磁石１４とボイスコイル２０の両方に対して湾曲アセンブリを使うことによって、磁石１４とボイスコイル２０が長手方向(longitudinal)軸２４に沿って相対運動することができる。以下で説明するが、湾曲アセンブリのばね定数、又は、剛性を適切に選ぶと、実質的に無反動の、又は、好適な実施例では完全に無反動のアクチュエータ１０が得られる。
【００２６】
図３を参照すると、磁石１４は、長手方向軸２４に沿って配置されたベース６０を備え、さらに、ベースから半径方向外側に伸びるフランジ又はカラー(collar)６４を備えていてもよい。磁石１４は、半径方向に延びる一定の磁界を生成する永久磁石であることが好ましい。磁石の大きさ、構成、強さはアプリケーションごとに変えることができる。さらに、電磁石の使用についても考えられる。
【００２７】
磁石１４は磁石支持体３０に接続される。一例においては、支持体３０は、第１の剛端プレート７０と、第１の剛端プレート７０から距離を置いて長手方向軸２４に沿って配置された同様な構成の第２の剛端プレート７６を備える。ここで、図２と図３を見ると最もよくわかるが、磁石ベース６０は、第１の剛端プレート７０と第２の剛端プレート７６の間に配置される。第１の剛端プレート７０と第２の剛端プレート７６は、逆端に複数のスロット７８を備えており、それらはそれぞれ長手方向軸２４に沿って整列している。図２を見ると最もわかるが、各支持プレート７０、７６はそれぞれ、長手方向軸２４に実質的に垂直な向きに各プレートから伸びる４つの取付フランジ８０を備える。磁石１４は、留め具(不図示)を使って開口(apertures)８４を通して、第１と第２のプレート７０，７６に接続される。第１と第２の支持プレート７０，７６は、アルミニウム等の非鉄金属から作られていることが好ましいが、当業者にとって公知の他の材料を使ってもよい。
【００２８】
図２と図４を参照すると、ボイスコイル２０は、軸方向の開口(opening)９０を規定する導電性配線２３の連続コイルによって包まれたボビン又は円筒形状の中空芯材２２を備える従来の設計に基づくものである。配線コイル２３は、電流源２２０に取り付けられる。
特定のアプリケーションと性能要件に合わせるために、コイル２０の大きさ、構成、電流容量を当業者に知られた方法で変えてもよい。説明され図示されたボビン型コイルに対抗するものとして、例えば、オープンフェイス型ボイスコイルを適切な磁石と共に使ってもよい。
【００２９】
ボイスコイル２０は、支持体５０に接続しており、ボイスコイルアクチュエータ又はモータ１０を適切に動作させるために、磁石１４によって生成された磁界との空間的な関係下でコイル２０が配置される。一例においては、支持体５０は、長手方向軸の向きに、剛横材１０６によって分離された一対の剛端プレート１００を備える。コイル支持体５０は、長手方向軸２４に沿って端プレート１００から外側に伸びる取付フランジ１１０をさらに備える。コイル２０は、留め具(不図示)によって、端プレート１００に接して接続される閉端(不図示)を備える。図２を見ると最もよくわかるが、コイル２０が取り付けられたコイル支持体５０は、長手方向軸２４に沿って実質的に整列した磁石支持体３０に対して位置づけられる。この位置では、コイル２０の一部を、磁石１４の円筒状軸方向穴(bore)１１２の中に配置して、一部を磁石カラー６４を越えて延びる状態にする。コイル支持体５０と磁石支持体３０を使うことによって、コイル２０が磁石１４の磁界内につるされ、以下で完全に説明されるが、磁石１４に関して長手方向軸２４の向きだけに動いてもよい。
【００３０】
図１に例示されたアクチュエータ１０の一例では、独立した第１と第２と第３の湾曲プレート３４、３８、５６が、磁石とコイル支持体３０、５０と組み合わされて使われる。３枚の湾曲プレート３４、３８、５６は共に、反動力を制御して実質的に除去又は完全に除去する機能がある。ここで、これがない場合は、電流をボイスコイル２０の配線コイル２３に流した状態で、磁石１４に関連してボイスコイル２０を強制運動させることによって初めて、接地プレート４４で反動力が生成される。
【００３１】
図３には、第１の湾曲プレート３４の一例が例示されている。第１の湾曲プレート３４は、中央部分１２４と、中央部分を囲む外側部分１４０を備える。中央部分１２４は、第１の端１２６と、第１の端１２６から間隔を置いて長手方向軸２４に沿って配置された第２の端１２８と、第１のエッジ１３０と、長手方向軸２４に交わる向きに間隔を置いて配置された第２のエッジ１３２を備える。中央部分１２４は、第１の端１２６と第２の端１２８の間に配置されたスルー開口(through-opening)１３６をさらに備える。第１と第２と第３の湾曲プレート３４、３８、５６は、良好で強く耐疲労性特性を示す銅とベリリウムの合金から作られることが好ましい。好適な一例における湾曲プレート３４は、厚さが約半インチ、又は、１２．７ミリメートル(ｍｍ)の長方形である。当業者であれば、その他の材料、形、大きさの湾曲プレートを使ってもよいことがわかる。
【００３２】
中央部分１２４は、第１の湾曲部１４６によって第１の端１２６で、第２の湾曲部１５０によって第２の端１２８で、外側部分１４０に接続される。第１の湾曲部１４６は、第１の屈曲帯１５４と第２の屈曲帯１７０を備える。図示された第１の湾曲部１４６の一例では、第１の屈曲帯１５４は、中央部分１２４の第１のエッジ１３０に接続された第１の部材１５８と、端１６６によって第１の部材１５８に接続された第２の部材１６２を備える。第２の部材１６２の逆端は、外側部分１４０に接続される。同様に、長手方向軸２４を横切る向きに対称的に対面するように一般的に図示したが、第２の屈曲帯１７０は、中央部分１２４の第２のエッジ１３２に接続された第１の部材１７４と、端１８０で第１の部材１７４に接続された第２の部材１７８を備える。一般的に図示されているように、第２の部材１６２の逆端が外側部分１４０に接続される。
【００３３】
中央部分１２４の第２の端１２８に隣接する第２の湾曲部１５０は、第２の湾曲部１５０の第１と第２の屈曲帯１８４、１９０が中央部分１２４に対面して接続されていることを除いて、第１の湾曲部１４６と同様に構築される。言いかえれば、上述したように、例えば、第２の湾曲部１５０の第１の帯１８４の第１の部材は、中央部分１２４の第２のエッジ１３２に接続され、第１の湾曲部１４６の第1の帯１５４の第１の部材１５８は、中央部分１２４の第１のエッジ１３０に接続される。それぞれの帯を中央部分１２４の第１のエッジ１３０と第２のエッジ１３２に接続することによって、本発明から逸脱することなく図の構成と置きかえるか、又は、変えることができる。
【００３４】
第１と第２の湾曲部１４６、１５０によって中央部分１２４を外側部分１４０に接続することによって、第１と第２の湾曲部１４６、１５０によって与えられるバイアス力に対抗して、例えば、図３に示される磁石１４とそれに取り付けられた支持体３０が長手方向軸２４の向きに相互作用的(reciprocal)に動くことが可能になる。好適な一例における中央部分１２４は、長手方向軸２４の向きを除く全ての向きの実質的な動きに対してしっかりと固定されている。
【００３５】
アクチュエータ１０の一例では、図３と図４を見ると最もよくわかるが、第２と第３の湾曲プレート３８、５６はそれぞれ、第１の湾曲プレート３４に関する上述の方法で第1と第２の湾曲部１４６、１５０によって接続された外側部分１４０と中央部分１２４を備える。
第２と第３の湾曲プレート３８、５６の湾曲部の向きと構成と形は、第１の湾曲プレート３４から逸脱したものであり、また、互いにも逸脱するものである。以下の例で記述されるが、湾曲プレート３４、３８、５６の湾曲部分は実質的に同一である。
【００３６】
図２を見れば最もよくわかるが、無反動アクチュエータ１０を組立て提供する好適な方法によれば、ボイスコイル２０とそれに取り付けられた支持部５０は、コイル２０が部分的に磁石１４の円筒状穴１１２に挿入されるように、磁石支持体３０上に配置され、磁石支持体３０内にネストされる。２つの横棒１０６のうちの最後のものを支持体５０に設置することによって、２つのアセンブリが互いに離れることが防止され、磁石コイル・アセンブリ２１０を構成することができる。
【００３７】
図１と図４の一例においては、磁石コイル・アセンブリ２１０が、第３の湾曲プレート５６に搭載される(図４には、例示だけの目的で、支持体５０とボイスコイル２０だけが示される）。ボイスコイル支持フランジ１１０は、留め具１１４によって第３の湾曲プレート５６に固定される。
次に、第３の湾曲プレート３８は、留め具２００を使ってスロット１９６内に支持フランジ８０を据え付けることによって、磁石支持体３０に固定される。図１を見ると最もよくわかるが、この位置でコイル支持体の下部横棒１０６が開口１３６内に配置されるので、磁石１４に対してコイル２０と支持体５０が長手方向軸２４の向きに動くことが可能になる。
【００３８】
次に、上述した第２の湾曲プレート３８に対する方法と同じ方法で、第１の湾曲プレート３４が磁石支持体３０上に配置され、支持フランジ８０に固定される。代りに、第１の湾曲プレート３４を、第３の湾曲プレート３８の前に設置して固定してもよいことがわかっている。
組み立てられた支持体３０、５０と、湾曲プレート３４、３８、５６は、アクチュエータ１０の組立てを完了させるために、留め具２１４を使って２つの接地プレート４４に固定される。接地プレート４４内の留め具２１４と取付点の位置は、次のように決められる。即ち、磁石１４に対してコイル２０が長手方向軸２４の向きに直線移動できる一方で、上述したように、ボイスコイル２０と支持体５０を支持する第３の湾曲プレート５６によって磁石１４内の所望の位置にボイスコイル２０を維持するように決められる。この位置では、湾曲プレート３４、３８、５６上の第１と第２の湾曲部１４６、１５０によって、ボイスコイル２０と磁石１４が独立に長手方向軸２４の向きに移動することが可能になる。本発明から逸脱することなく別の手順を使って、様々な要素を組み立てることによってアクチュエータ１０を構築してもよい。
【００３９】
動作時は、電流源又は配線２２０、又は、当業者にとって公知の他の手段によって電流が生成され、ボイスコイル２０の配線コイル２３に供給される。電流によって、磁石１４で生成された磁界とは逆の磁界が生成されるので、磁石１４とその支持体３０はもとより、ボイスコイル２０とその支持体５０に対する双方向の力が生成される。接地プレート４４での反動力ゼロを達成するためには、ボイスコイル２０とその支持体５０と、磁石１４とその支持体３０の固有周波数が実質的に等しくなる必要がある。既知の、又は、予想された磁石アセンブリとボイスコイル・アセンブリの各々の質量を計算することによって、第１と第２と第３の湾曲プレート３４、３８、５６のそれぞれの第１と第２の湾曲部１４６、１５０のそれぞれの剛性ｋを選択して等値性を確保することによって、接地プレート４４に作用する反動力、又は、残余力をゼロにすることができる。
【００４０】
図１ないし図４に一般的に図示されているアクチュエータ１０の一例では、配線ＥＤＭ工程によって、第１と第２と第３の湾曲プレート３４、３８、５６を通常のプレートから作った。これらの３枚のプレートが積み重ねられ、第１と第２の湾曲部１４６、１５０を含む原理的な特徴は、その３枚のプレートが、３枚のプレートの第１の湾曲部１４６の剛性ｋが全て実質的に等しくなるように同時に切断されたことである。第２の湾曲部１５０に対して同じ工程を使うことで、３枚の湾曲プレートの第２の湾曲部１５０の剛性ｋの全てが実質的に等しくなることが保証される。図示された一例における磁石１４は、第１と第２の湾曲プレート３４、３８の両方に接続され、ボイスコイル２０が第３の湾曲プレート５６に接続されるだけであるので、磁石１４は、長手方向軸２４に沿ったボイスコイル２０の動きに対する抵抗値又は剛性の２倍の値を示す。上記の方程式(1)において、運動量が完全に保存、又は、消失するように固有周波数を等しくするために、ボイスコイル２０の剛性と比べて磁石１４の剛性は２倍であるので、接地プレート４４での反動力がゼロであるためには、磁石１４とその支持体３０の質量が、ボイスコイル２０とその支持体５０の質量の２倍になる必要がある。方程式(1)と、質量バネ振動子の固有周波数の方程式(方程式(2))を使って、ボイスコイル２０と磁石１４の質量を計算すると、適切な剛性値ｋを計算で求めることができる。
【００４１】
アプリケーションの好例として、レーザートリミング装置(不図示)で一対の無反動アクチュエータ１０を使ってもよい。本例では、第１のアクチュエータ１０は、第１のアクチュエータ１０に対して直交する向きで面内に配置される第２のアクチュエータ１０のｙ軸回転ミラーに対してレーザー光線を向けるｘ軸回転ミラーに接続されており、ｘ軸回転ミラーを駆動する。第２のアクチュエータ１０の接地プレート４４は、ワークピース、例えば、抵抗器又はキャパシタにレーザーを向けるために使われるレンズと第１のアクチュエータ１０の中央部分１２４に張り付けられる。アクチュエータ１０が無反動の性質をもつため、レーザーを高感度測定器と共に使用することができるが、測定器の機能又は精度、又は、周囲環境が損われることはない。アクチュエータ１０の使用がレーザートリミングのためにだけに限定されることはなく、アクチュエータの反動が小さいか、又は、ゼロである所であればどこでも使用可能であることがわかっている。
【００４２】
本発明から逸脱することなく特定のアプリケーションと性能仕様に合わせるために、その他の質量だけでなく、湾曲部のその他の剛性値を使ってもよいことがわかっている。さらに、材料、組立て、および/又は、アセンブリの欠陥によって初期的に反動がゼロとならない本発明のアクチュエータの組立てとアセンブリ後に、反動レベルが低下するか、又は、反動が実質的にゼロなるまで質量を追加、又は、除去することによって、アクチュエータを回すか、又は、調節できることがわかっている。１つ以上の湾曲部を、上述の方法と一貫性のある方法で磁石とボイスコイルの両方に使う場合は、本発明から逸脱することなく、図１ないし図４に図示された例に対して別の形態のアクチュエータ１０を使ってもよい。例えば、第１と第２の湾曲部１４６、１５０は、図１ないし図４に図示された第１と第２の帯構造１５４、１７０以外の形態であってもよい。本発明では、特に、制御された剛性を備える共通バネと減衰デバイスについて考慮している。同様に、必要に応じて、コイルと磁石の固有周波数が等しいか、又は、実質的に等しい場合は、第１と第２の湾曲部１４６、１５０は、図示された構成とは異なる別の構成であってもよい。さらに、動き(movement)アクチュエータ１０の一軸、又は、一段階についてだけを例示したが、多軸、又は、高自由度の無反動動作を達成するために２つ以上の無反動アクチュエータ１０を一緒に使って、互いに相対的に配置してもよい。さらに、線形アクチュエータとして例示したが、非線形アクチュエータ、例えば、角度アクチュエータ、又は、ラジアルアクチュエータを使ってもよいことがわかっている。
【００４３】
本発明は、所定の実施形態に関連して説明したが、本発明はその実施形態に限定されることはなく、逆に、添付の請求項の請求の範囲内の様々な修正と、等価な構成を包含するものであると理解される。ここで、請求の範囲とは、法に基づき容認された修正と等価な構成の全てを包含する最も広い解釈に基づく範囲である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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