(57)【要約】  電磁衝撃による駆動装置および該駆動装置を用いた移動機構において、小型かつ簡単な構成により、往復移動を可能とする。駆動装置（１）は、摩擦面（Ｓ）で支持された移動対象物（Ｍ）に衝撃を与えることにより移動対象物（Ｍ）を移動させる装置であり、電磁コイル（２）、永久磁石（３）、ストッパ（４）、および電磁コイル（２）を制御する制御装置（５）を備える。永久磁石（３）は、電磁コイル（２）への通電によって生じる電磁作用によって電磁コイル（２）に対して相対移動する。ストッパ（４）は、永久磁石（３）の相対移動の範囲を制限するように電磁コイル（２）と一体化されて被衝突体（Ｇ）を成す。電磁コイル（２）への通電により、永久磁石（３）が被衝突体（Ｇ）である電磁コイル（２）またはストッパ（４）と衝突して衝撃が発生する。永久磁石の相対移動のいずれの向きにおいても衝撃を発生でき、移動対象物の往復移動を実現することができる。【選択図】図１
2011102365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動対象物に衝撃を与えることにより該移動対象物を移動させる駆動装置において、
電磁コイルと、
前記電磁コイルへの通電によって生じる電磁作用によって該電磁コイルに対して相対移動する永久磁石と、
前記相対移動の範囲を制限するように前記電磁コイルまたは永久磁石のいずれかと一体化されて被衝突体をなすストッパと、を備え、
前記電磁コイルへの通電により、前記被衝突体と該被衝突体に一体化されなかった前記電磁コイルまたは永久磁石のいずれかとが衝突することにより前記衝撃が発生されることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記ストッパは、非磁性体であって前記電磁コイルと一体化されて前記被衝突体をなし、
前記永久磁石は、前記ストッパと前記電磁コイルとの間に配置され、それらの間で前記電磁コイルに対し相対移動自在とされ、
前記永久磁石が、前記電磁作用の引力によって前記電磁コイルに衝突し、または前記電磁作用の斥力によって前記ストッパに衝突することにより前記衝撃が発生されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記ストッパは、前記永久磁石とは別個の永久磁石であってこれらの２つの永久磁石が互いに一体化されて前記被衝突体をなし、
前記電磁コイルは、前記２つの永久磁石の間に配置され、それらの間で各永久磁石に対し相対移動自在とされ、
前記電磁コイルが、前記２つの永久磁石から受ける前記電磁作用の引力と斥力とによって前記２つの永久磁石のいずれか一方に衝突することにより前記衝撃が発生されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記電磁コイルと前記永久磁石とは互いに組み合わされてボイスコイル構造とされ、
前記ストッパは、非磁性体であって前記相対移動方向における前記永久磁石の両端側において該永久磁石に一体化されて前記被衝突体をなし、
前記電磁コイルは、前記２つのストッパ間で前記永久磁石に対し相対移動自在とされ、
前記電磁コイルが、前記永久磁石から受ける前記電磁作用による力によって前記２つのストッパのいずれか一方に衝突することにより前記衝撃が発生されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記相対移動の一方向において前記衝突を発生させ、前記一方向とは反対方向において前記衝突を回避させると共に前記相対移動の方向を反転させて前記一方向における衝撃を反復して発生させるように前記電磁コイルに通電する電流を時間制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項６】
第１の移動テーブルと、
前記第１の移動テーブルに支持され該第１の移動テーブルに対して相対移動する第２の移動テーブルと、
前記第１および第２の移動テーブルを各々駆動して移動させる駆動手段と、を備え、
前記駆動手段は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の駆動装置を用いていることを特徴とする移動機構。
【請求項７】
平面上を移動する移動テーブルと、
前記移動テーブルを駆動して移動させる駆動手段と、を備え、
前記駆動手段は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の駆動装置を用いていることを特徴とする移動機構。
【請求項８】
ジンバル構造体と、
前記ジンバル構造体の各回転軸回りの構造体を各々回転移動させる回転駆動手段と、を備え、
前記回転駆動手段は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の駆動装置を用いていることを特徴とする移動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁作用による駆動装置および該駆動装置を用いた移動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電磁気的作用に基づく衝撃すなわちインパクトを物体に反復付与してその物体を移動させる駆動装置がある。小さな衝撃であっても反復付与することにより、物体を移動させることができ、また、小さな衝撃の場合に、そのこと故に高精度の位置制御ができる利点もある。衝撃発生の方法として、電歪素子を用いるものや、渦電流を用いるものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。渦電流は、例えば、アルミニューム板などの金属板の近くに配置した電磁コイルに電流を流した際に、金属板に渦状に流れる電流である。電磁コイルに衝撃電流を流したとき、電磁コイルによる磁場と金属板に誘起される渦電流との相互作用によって、金属板を跳ね返す反発力が発生する。反発された金属板を物体に衝突させることにより金属板を介して物体に衝撃を与えることができる。このような駆動装置をマイクロマニピュレータに適用し、そのマイクロマニピュレータによって微小器具を卵細胞内へ挿入するようにした装置などが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−６０５８２号公報
【特許文献２】特公平５−８０６８５号公報
【特許文献３】特開２００３−２５２６１号公報
【発明の開示】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１〜３に示されるような駆動装置は、１つの駆動装置によって１つの向きにしか衝撃を発生させることができないものであり、物体を往復移動させたい場合には２個の駆動装置が必要となる。従い、そのような駆動装置を用いて往復移動させる移動機構においては、小型化が制限される問題や、駆動装置数の増大による部品管理や取り付けの手間などが発生するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するものであって、小型・簡単・安価な構成によって、往復移動を実現できる駆動装置および該駆動装置を用いた移動機構を提供することを目的とする。
【０００６】
上記課題を達成するために、本発明の駆動装置は、移動対象物に衝撃を与えることにより該移動対象物を移動させる駆動装置において、電磁コイルと、電磁コイルへの通電によって生じる電磁作用によって該電磁コイルに対して相対移動する永久磁石と、相対移動の範囲を制限するように電磁コイルまたは永久磁石のいずれかと一体化されて被衝突体をなすストッパと、を備え、電磁コイルへの通電により、被衝突体と該被衝突体に一体化されなかった電磁コイルまたは永久磁石のいずれかとが衝突することにより衝撃が発生されることを特徴とする。
【０００７】
この駆動装置において、ストッパは、非磁性体であって電磁コイルと一体化されて被衝突体をなし、永久磁石は、ストッパと電磁コイルとの間に配置され、それらの間で電磁コイルに対し相対移動自在とされ、永久磁石が、電磁作用の引力によって電磁コイルに衝突し、または電磁作用の斥力によってストッパに衝突することにより衝撃が発生されるものとすることができる。
【０００８】
この駆動装置において、ストッパは、永久磁石とは別個の永久磁石であってこれらの２つの永久磁石が互いに一体化されて被衝突体をなし、電磁コイルは、２つの永久磁石の間に配置され、それらの間で各永久磁石に対し相対移動自在とされ、電磁コイルが、２つの永久磁石から受ける電磁作用の引力と斥力とによって２つの永久磁石のいずれか一方に衝突することにより衝撃が発生されるものとすることができる。
【０００９】
この駆動装置において、電磁コイルと永久磁石とは互いに組み合わされてボイスコイル構造とされ、ストッパは、非磁性体であって相対移動方向における永久磁石の両端側において該永久磁石に一体化されて被衝突体をなし、電磁コイルは、２つのストッパ間で永久磁石に対し相対移動自在とされ、電磁コイルが、永久磁石から受ける電磁作用による力によって２つのストッパのいずれか一方に衝突することにより衝撃が発生されるものとすることができる。
【００１０】
さらに、これらの駆動装置において、相対移動の一方向において衝突を発生させ、一方向とは反対方向において衝突を回避させると共に相対移動の方向を反転させて一方向における衝撃を反復して発生させるように電磁コイルに通電する電流を時間制御する制御装置を備えるものとすることができる。
【００１１】
本発明の移動装置は、第１の移動テーブルと、第１の移動テーブルに支持され該第１の移動テーブルに対して相対移動する第２の移動テーブルと、第１および第２の移動テーブルを各々駆動して移動させる駆動手段と、を備え、駆動手段は、上記のいずれかの駆動装置を用いていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の移動装置は、平面上を移動する移動テーブルと、移動テーブルを駆動して移動させる駆動手段と、を備え、駆動手段は、上記のいずれかの駆動装置を用いているものとすることができる。
【００１３】
本発明の移動装置は、ジンバル構造体と、ジンバル構造体の各回転軸回りの構造体を各々回転移動させる回転駆動手段と、を備え、回転駆動手段は、上記のいずれかの駆動装置を用いているものとすることができる。
【００１４】
本発明の駆動装置によれば、電磁コイルと永久磁石の相対移動のいずれの向きにおいても衝突による衝撃を発生させることができるので、移動対象物の往復移動を実現することができる。また、駆動装置が１つの電磁コイルに、永久磁石とストッパとを組み合わせて成るので、小型かつ簡単な構成となる。この駆動装置を用いることにより、例えば、移動テーブルや傾斜ステージなどの移動機構を、モータや駆動力伝達装置などを用いる場合に比べて小型・軽量・安価に実現することができる。
【００１５】
また、本発明の移動機構によれば、モータや、ボールネジなどの駆動力伝達装置を用いることなく、小型・簡単・安価な構成により、ＸＹテーブルや直進テーブル、ＸＹθテーブル、移動物体の傾斜角や回転角などを制御するジンバル構造体などを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の一部断面の側面図である。
【図２】図２（ａ）は同駆動装置の斥力時の動作原理を説明する模式図であり、図２（ｂ）は同引力時の動作原理を説明する模式図である。
【図３】図３は同駆動装置を動作させる際に電磁コイルに流す電流の時間変化グラフである。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は図３の電流変化に対応して同駆動装置が動作する様子を示す一部断面の側面図である。
【図５】図５は同駆動装置を動作させる際に電磁コイルに流す電流の他の時間変化グラフである。
【図６】図６（ａ）〜（ｆ）は図５の電流変化に対応して同駆動装置が動作する様子を示す一部断面の側面図である。
【図７】図７は同駆動装置の変形例の一部断面の側面図である。
【図８】図８（ａ）（ｂ）は同変形例の動作原理を説明する模式図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は同変形例の左向きの動作例を時系列的に示す一部断面の側面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は同変形例の右向きの動作例を時系列的に示す一部断面の側面図である。
【図１１】図１１は同変形例の変形例を示す一部断面の側面図である。
【図１２】図１２（ａ）（ｂ）は図１１の変形例の動作原理を説明する模式図である。
【図１３】図１３（ａ）は同駆動装置の他の変形例の一部断面の平面図であり、図１３（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図１３（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１４】図１４は同変形例の動作原理を説明する平面断面図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｃ）は同変形例の動作例を示す一部断面の側面図である。
【図１６】図１６（ａ）（ｂ）は同変形例を動作させる際に電磁コイルに流す電流の時間変化グラフである。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態に係る移動機構の動作例を示す斜視図である。
【図１８】図１８（ａ）は同移動機構の変形例の斜視図であり、図１（ｂ）は同移動機構の他の変形例を示す斜視図である。
【図１９】図１９は同移動機構のさらに他の変形例を示す斜視図である。
【図２０】図２０（ａ）（ｂ）は第３の実施形態に係る移動機構と動作例を示す斜視図である。
【図２１】図２１（ａ１）〜（ｃ１）は同移動機構のＹ軸周りの回転動作の例を示す側面図であり、図２１（ａ２）〜（ｃ２）は同回転動作を直交する他の側面から見た側面図である。
【図２２】図２２（ａ１）〜（ｃ１）は同移動機構のＸ軸周りの回転動作の例を示す側面図であり、図２２（ａ２）〜（ｃ２）は同回転動作を直交する他の側面から見た側面図である。
【図２３】図２３は第１の実施形態に係る駆動装置のさらに他の変形例の一部断面の側面図である。
【図２４】図２４は第１の実施形態に係る駆動装置のさらに他の変形例の側面断面図である。
【図２５】図２５（ａ）（ｂ）は同変形例の部分拡大断面図である。
【図２６】図２６（ａ）〜（ｄ）は同変形例が動作する様子を示す一部断面の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態に係る駆動装置および該駆動装置を用いた移動機構について、図面を参照して説明する。図１乃至図６は第１の実施形態に係る駆動装置を示す。駆動装置１は、図１に示すように、移動対象物Ｍに衝撃を与えることにより移動対象物Ｍを移動させる装置であり、電磁コイル２と、永久磁石３と、ストッパ４と、制御装置５と、を備えている。永久磁石３は、電磁コイル２への通電によって生じる電磁作用によって電磁コイル２に対して相対移動する。ストッパ４は、永久磁石３の相対移動の範囲を制限するように電磁コイル２と一体化されて被衝突体Ｇをなす。制御装置５は、電磁コイル２に通電する電流を時間制御する。駆動装置１において、電磁コイル２への通電により、永久磁石３が被衝突体Ｇ（すなわち、電磁コイル２とストッパ４のいずれか）と衝突することにより衝撃が発生される。この被衝突体Ｇの用語は、永久磁石３が衝突する相手（相対移動の相手）を示す名前として用いられているだけであり他の意味はない（以下において同様）。電磁コイル２は、コイル枠２１に納められ、それらの中心軸上に配置された軸棒４１によってストッパ４に一体化されている。永久磁石３は、ドーナツ円板状であって、中心側から外周側に向けて半径方向に磁化されている。本例の場合、中心側がＳ極で外周側がＮ極であるが、逆極性とすることができる。このような永久磁石３は、電磁コイル２に流れる電流の向きによって、図２（ａ）に示すように、斥力を受けたり、図２（ｂ）に示すように、引力を受けたりする。
【００１８】
駆動装置１の動作を説明する。駆動装置１は、図１に示すように、摩擦面Ｓに配置された移動対象物Ｍに衝撃を与えることにより移動対象物Ｍを軸棒４１の方向（Ｘ軸方向、図中左右方向）に移動させる。電磁コイル２は、電力を与えられることによりその衝撃の発生源となる。移動対象物Ｍは、永久磁石３が左方の電磁コイル２に衝突することによって左方に移動され、永久磁石３が右方のストッパ４に衝突することによって右方に移動される。従って、移動対象物Ｍを左方に移動させる場合には、永久磁石３がストッパ４に衝突しないように電磁コイル２からの磁気力を永久磁石３に及ぼす必要がある。逆に、移動対象物Ｍを右方に移動させる場合には、永久磁石３が電磁コイル２に衝突しないように電磁コイル２からの磁気力を永久磁石３に及ぼす必要がある。制御装置５は、電磁コイル２に通電する電流を時間制御することにより一方向における衝撃を反復して発生させる。すなわち、制御装置５は、電流制御によって、電磁コイル２と永久磁石３の相対移動の一方向において衝突を発生させ、さらに、その一方向とは反対方向において衝突を回避させると共に相対移動の方向を反転させて一方向における衝撃を反復して発生させる。
【００１９】
制御装置５は、図３に示すように、コイル電流Ｊを時間制御することにより、図４に示すように、移動対象物Ｍを左方に移動させる。図３のグラフにおける（ａ）〜（ｄ）の記号は、図４に示した（ａ）〜（ｄ）の状態に大略対応する。図３における時間ｔ１ではコイル電流Ｊはゼロであり、図４（ａ）に示すように、移動対象物Ｍは静止している。時間ｔ２におけるように、一定値のコイル電流Ｊが流されると、図４（ｂ）に示すように、永久磁石３は電磁コイル２から斥力を受けてストッパ４に近づく。永久磁石３がストッパ４に到達する前に、極性を反転したコイル電流Ｊが時間ｔ３において流され、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、永久磁石３は電磁コイル２から引力を受けて電磁コイル２に近づく。永久磁石３は、その近づく移動中に、引力によって移動速度が加速され続けて、最終的に電磁コイル２に衝突する。衝撃力を大きくするには、加速する時間が長いほどよいが、離反させる場合よりも衝突させる場合に、コイル電流Ｊの大きさをより大きくするようにしてもよい。時間ｔ４以降の動作は上述の繰り返しであり、その反復動作によって、移動対象物Ｍを左方へパルス的に移動する。移動対象物Ｍは、その左端によって位置を示す場合、図４（ａ）において位置ｘ０にあり、図４（ｂ）（ｃ）（ｄ）においてそれぞれ位置ｘ１，ｘ２，ｘ３にある。距離｜ｘ０−ｘ１｜の移動は、電磁コイル２から永久磁石３が離れる際の反動による。位置ｘ１，ｘ２は同じ位置にある。距離｜ｘ２−ｘ３｜の移動は、電磁コイル２に永久磁石３が衝突する際の反動による。
【００２０】
次に、図５、図６によって、移動対象物Ｍを右方に移動させる場合について、駆動装置１の動作を説明する。図５のグラフにおける（ａ）〜（ｆ）の記号は、図６に示した（ａ）〜（ｆ）の状態に大略対応する。図５における時間ｔ１ではコイル電流Ｊはゼロであり、図６（ａ）に示すように、移動対象物Ｍは静止している。時間ｔ２におけるように、漸増した後、一定値となるコイル電流Ｊが流されると、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、永久磁石３は電磁コイル２から斥力を受けてストッパ４に近づき、その間、斥力によって加速され続けて、最終的にストッパ４に衝突する。時間ｔ２の始めにコイル電流Ｊを漸増するのは、急激な離反に起因する反動による移動対象物Ｍの左方への移動を抑制するためである。時間ｔ３では極性を反転したコイル電流Ｊが流され、図６（ｄ）に示すように、永久磁石３がストッパ４側から引き戻される。永久磁石３が電磁コイル２に到達する前に、時間ｔ４において極性を戻したコイル電流Ｊが流され、図６（ｅ）（ｆ）に示すように、永久磁石３がストッパ４側に衝突する。時間ｔ５以降の動作は時間ｔ３，ｔ４における動作の繰り返しであり、その反復動作によって、移動対象物Ｍを右方へパルス的に移動する。位置ｘ４〜ｘ７については、上述の位置ｘ０〜ｘ３と同様である。
【００２１】
ここで、摩擦面Ｓの役割について説明する。駆動装置１は、自由空間にある場合には、それ自身の動作による自身の重心の移動はない。また、駆動装置１が移動対象物Ｍに連結されることにより、移動対象物Ｍを支持している支持物体（例えば、地球）に対して、移動対象物Ｍと共に相対移動する。その相対移動においても、駆動装置１、移動対象物Ｍ、および支持物体の全体の重心は移動しない。ところが、摩擦面Ｓにおける摩擦力の不可逆性によって、駆動装置１と移動対象物Ｍから成る系の重心位置は、支持物体に対して移動させることができる。その不可逆性を発揮させるためには、例えば、移動対象物Ｍを左方に移動させる場合に、永久磁石３が電磁コイル２衝突する際の衝撃力が摩擦面Ｓにおける静止摩擦力よりも大きいという条件を満たせばよい（右方においても同様）。駆動装置１は、このような条件を満たす移動対象物Ｍを、左右の任意方向に移動させることができる。
【００２２】
第１の実施形態によれば、電磁コイル２と永久磁石３の相対移動のいずれの向きにおいても衝突による衝撃を発生させることができるので、移動対象物Ｍの往復移動を実現することができる。また、駆動装置１が、１つの電磁コイル２に永久磁石３とストッパ４とを組み合わせて成るので、小型かつ簡単な構成となる。この駆動装置１を用いることにより、例えば、移動テーブルや傾斜ステージなどの移動機構を、モータや駆動力伝達装置などを用いる場合に比べて小型・軽量・安価に実現することができる。
【００２３】
（第１の実施形態の変形例）
図７乃至図１０は第１の実施形態に係る駆動装置の変形例を示す。本変形例の駆動装置１は、図７に示すように、第１の実施形態の駆動装置１において、電磁コイル２と永久磁石３とを互いに入れ替え、ストッパ４を別途の永久磁石３に置き換えた構成になっている。すなわち、駆動装置１は、互いに離間して同軸配置され軸棒４１の両端に固定された円板状の２つの永久磁石３と、軸棒４１に沿って移動自在とされた電磁コイル２と、電磁コイル２に通電する電流を時間制御する制御装置５と、を備えている。電磁コイル２は、コイル枠２１に納められ、中心軸上を軸棒４１によって挿通されている。２つの永久磁石３は、軸棒４１によって一体化されて被衝突体Ｇ（この場合、電磁コイル２が衝突する相手）をなしている。電磁コイル２は、電磁コイル２への通電によって生じる電磁作用によって、２つの永久磁石３に対して相対移動する。その相対移動の範囲は被衝突体Ｇによって（両端の永久磁石３によって）制限されている。２つの永久磁石３は、ドーナツ円板状であって、中心側から外周側に向けて半径方向に磁化されている。本例の場合、中心側がＳ極で外周側がＮ極であるが、逆極性とすることができる。
【００２４】
駆動装置１の動作を説明する。上述のような永久磁石３の間に挟まれた電磁コイル２は、通電されると、図８（ａ）（ｂ）に示すように、一方の永久磁石３から斥力を受け、他方の永久磁石３から引力を受ける。従って、電磁コイル２は、電磁コイル２に流れる電流の向きによって、Ｘ軸方向またはその反対方向に移動方向を選択することができる。そこで、制御装置５によって、電磁コイル２のコイル電流を時間制御することにより、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、電磁コイル２を左方の永久磁石３に衝突させて移動対象物Ｍを左方に距離Δｘだけ移動させることができる。同様に、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、電磁コイル２を右方の永久磁石３に衝突させて移動対象物Ｍを右方に距離Δｘだけ移動させることができる。制御装置５（図７参照）は、電流を時間制御して、電磁コイル２と永久磁石３の相対移動の一方向において衝突を発生させ、その一方向とは反対方向において衝突を回避させると共に相対移動の方向を反転させて一方向における衝撃を反復して発生させる。制御装置５は、このように電磁コイル２に通電する電流を時間制御する制御を繰り返すことにより、移動対象物Ｍを右方または左方へパルス的に移動させる。
【００２５】
図１１は、図７に示した駆動装置１のさらなる変形例を示す。この変形例における永久磁石３は、図７に示した駆動装置１における永久磁石３の磁化方向とは異なり、円板の厚み方向に磁化されている。このような永久磁石３を互いに磁化方向を揃えて配置し、電磁コイル２に通電すると、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、一方の永久磁石３から斥力を受け、他方の永久磁石３から引力を受ける。従って、この変形例は、図７に示した駆動装置１と同様の動作をすることができる。これらの変形例によれば、電磁コイル２と永久磁石３の相対移動の両方向において対称な構成とすることができるので、対称に衝撃を発生させることができ、これを用いる駆動制御が容易となる。
【００２６】
（第１の実施形態の他の変形例）
図１３乃至図１６は第１の実施形態に係る駆動装置の他の変形例を示す。本変形例の駆動装置１は、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、矩形の磁気回路４２の対向する内面にそれぞれ配設された矩形平板状の永久磁石３と、２つの永久磁石３の間で移動自在に配設された電磁コイル２と、不図示の制御装置と、を備えている。電磁コイル２と２つの永久磁石３とは互いに組み合わされてボイスコイル構造とされている。電磁コイル２は、磁気回路４２の内部に設けられた磁気回路が挿通（その挿通方向をＸ軸方向とする）されており、この磁気回路部分は各永久磁石３の対向磁極となっている。電磁コイル２は、上部を回転軸受４３によって回動自在に支持されている。また、電磁コイル２の下部には、ハンマ２２が電磁コイル２の一部として設けられている。磁気回路４２の外周におけるＸ軸方向の両端には、ハンマ２２が衝突可能な位置に、ストッパ４が設けられている。永久磁石３とストッパ４とが一体化されて被衝突体Ｇ（不図示）が形成されている。
【００２７】
図１４に示すように、永久磁石３による磁界は、Ｘ軸方向に直交する方向となるように設定されている。従って、この磁界中に配設された電磁コイル２に通電されると、電磁コイル２は、そのコイル電流の向きに従って、Ｘ軸の正方向（図の右方向）、またはその反対の負方向（図の左方向）に移動させる力を受ける。そこで、図１５（ａ）に示すように、電磁コイル２が左向きの力を受けると、電磁コイル２が左側に振り子運動をして、ハンマ２２が左側のストッパ４に衝突し、移動対象物Ｍが左方向に移動される。制御装置（不図示）は、駆動装置１がこのような動作を反復して行うように、電磁コイル２に通電する電流を、図１６（ａ）に示す時間変化となるように、時間制御する。この図のコイル電流Ｊは、時間変化する正弦関数をコイル電流Ｊの正方向にシフトさせた関数形になっている。電磁コイル２は、このコイル電流Ｊの正側では、図１５（ａ）に示すように、左方に振れて左方で衝突し、コイル電流Ｊの負側では、図１５（ｂ）に示すように、中立点に戻り、その後、コイル電流Ｊの時間変化に従って、左方への移動と衝突を繰り返す。また、移動対象物Ｍを右方に移動する場合は、コイル電流Ｊは、図１６（ｂ）に示す時間変化とされ、電磁コイル２は、図１５（ｂ）（ｃ）に示す状態を繰り返す。この変形例によれば、電磁コイルと永久磁石の相対移動のいずれの向きにおいても対称な構成とすることができるので、対称に衝撃を発生させることができる。
【００２８】
以上の第１の実施形態およびその変形例における駆動装置１は、より一般的に、次のように表現することができる。すなわち、駆動装置１は、移動対象物に衝撃を与えることにより該移動対象物を移動させる装置である。駆動装置１は、電磁コイル２と、電磁コイル２への通電によって生じる電磁作用によって電磁コイル２に対して相対移動する永久磁石３と、その相対移動の範囲を制限するストッパ４と、を備えている。ストッパ４は、電磁コイル２または永久磁石３のいずれかと一体化されて被衝突体Ｇをなして相対移動の範囲を制限する。電磁コイル２への通電により、被衝突体Ｇと、該被衝突体Ｇに一体化されなかった電磁コイル２または永久磁石３のいずれかと、が衝突することにより前記衝撃が発生される。この表現において、永久磁石３とストッパ４とが被衝突体Ｇをなす場合が第１の実施形態である。また、ストッパ４として２個目の永久磁石３を設けて、２つの永久磁石３によって被衝突体Ｇをなす場合が、図７乃至図１２に示した変形例である。また、永久磁石３と２つのストッパ４とによって被衝突体Ｇをなす場合が、図１３乃至図１６に示した変形例である。このように一般的に表現された駆動装置１による効果は、以下のように表現される。電磁コイル２と永久磁石３の相対移動のいずれの向きにおいても衝突による衝撃を発生させることができるので、移動対象物Ｍの往復移動を実現することができる。また、駆動装置１が、１つの電磁コイル２に永久磁石３とストッパ４とを組み合わせて成るので、小型かつ簡単な構成となる。この駆動装置１を用いることにより、例えば、移動テーブルや傾斜ステージなどの移動機構を、モータや駆動力伝達装置などを用いる場合に比べて小型・軽量・安価に実現することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図１７は第２の実施形態に係る移動機構を示す。本実施形態の移動機構１１は、図１７（ａ）に示すように、基台テーブルＭ０と、第１の移動テーブルＭ１と、第２の移動テーブルＭ２と、駆動手段１ｘ，１ｙとを備えている。第１の移動テーブルＭ１は、基台テーブルＭ０に支持されてＸ軸方向に移動自在とされている。第２の移動テーブルＭ２は、第１の移動テーブルＭ１に支持されてＸ軸に直交するＹ軸方向に移動自在とされている。駆動手段１ｘ，１ｙは、第１および第２の移動テーブルＭ１，Ｍ２を各々駆動して移動させる。移動機構１１は、駆動手段１ｘ，１ｙとして、上述の第１の実施形態およびその変形例のいずれかにおける駆動装置１を用いている。移動機構１１は、リニアガイドをＸＹ方向に２段重ねたものであって、ＸＹテーブルを構成している。基台テーブルＭ０による第１の移動テーブルＭ１の支持、および第１の移動テーブルＭ１による第２の移動テーブルＭ２の支持は、それぞれ摩擦面（図１における摩擦面Ｓに相当）を介して行われている。従って、図１７（ｂ）に示すように、駆動手段１ｘの動作によって第１の移動テーブルＭ１およびその上部の第２の移動テーブルＭ２の全体がＸ軸方向に駆動される。また、図１７（ｃ）に示すように、駆動手段１ｙの動作によって第２の移動テーブルＭ２がＹ軸方向に駆動される。また、第１および第２の移動テーブルＭ１，Ｍ２を同一方向に駆動されるように２段重ねにすると、直進テーブルとなる移動機構が構成される。また、２段重ねでなく第１の移動テーブルＭ１のみの一段にして直進テーブルとなる移動機構とすることができる。第２の実施形態によれば、モータや駆動力伝達装置などを用いることなく、小型かつ簡単な構成により、ＸＹテーブルや直進テーブルを実現できる。
【００３０】
（第２の実施形態の変形例）
図１８、図１９は第２の実施形態に係る移動機構の変形例を示す。図１８（ａ）に示す移動機構１２は、平面状の摩擦面に載置して用いられる平板状の移動テーブルＭ３と、摩擦面に平行なＸ軸方向に駆動力を発生する駆動手段１ｘとを備えている。この移動機構１２は、駆動手段１ｘとして、上述または後述の、第１の実施形態およびその変形例のいずれかにおける駆動装置１を用いている。また、図１８（ｂ）に示す移動機構１２は、図１８（ａ）に示す移動機構１２に、摩擦面に平行でＸ軸方向に直交するＹ軸方向に駆動力を発生する駆動手段１ｙをさらに備えている。駆動手段１ｙは、駆動手段１ｘと同様に、上述の第１の実施形態およびその変形例のいずれかにおける駆動装置１を用いている。このような移動機構１２は、簡単な構成により平面上の移動テーブルＭ３に対し、直進移動や２次元移動を行わせることができる。図１９に示す移動機構１３は、摩擦面に載置して用いられる平板状の移動テーブルＭ３と、移動テーブルＭ３に対して、移動テーブルＭ３に平行で互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ駆動力を発生する駆動手段１ｘ，１ｙと、を備えている。駆動手段１ｘ，１ｙは、上記と同様に、上述の第１の実施形態およびその変形例のいずれかにおける駆動装置１である。駆動手段１ｘは移動テーブルＭ３の重心に作用する駆動力をＸ軸方向に発生し、移動テーブルＭ３をＸ軸方向に往復移動させることができる。駆動手段１ｙは２つ設けられており、それらの駆動力の作用線は移動テーブルＭ３の重心から外されている。従って、２つの駆動手段１ｙによる駆動力がＹ軸方向の互いに逆向きであれば、移動テーブルＭ３はＸＹ軸に直交するＺ軸回りに回転される。また、２つの駆動手段１ｙによる駆動力の向きが同じ向きであり、かつ、移動テーブルＭ３に対する回転モーメントがつりあっている場合には、移動テーブルＭ３はＹ軸方向に沿って移動される。従って、３つの駆動手段１ｘ，１ｙ，１ｙを駆動させることによって、移動テーブルＭ３に対し、ＸＹ面内の２次元平行移動とＺ軸周りの回転移動との３自由度の移動を行わせることができる。なお、図１８（ａ）に示す移動機構１２において、駆動手段１ｘを２つ並列に設けると、人が台車を両手で押し引きする操舵と類似の制御によって、移動テーブルＭ３を２次元移動させることができる。また、２つの駆動手段１ｘを、移動テーブルＭ３におけるＸ軸方向の左右に設けると、２つの駆動手段１ｘを車両における左右の駆動輪と見做すことができ、これらを制御することにより、移動テーブルＭ３を２次元移動させることができる。また、このような移動機構に操舵と自律移動のためのセンサや制御装置を搭載して自律移動装置とすることができる。これらの変形例によれば、モータや駆動力伝達装置などを用いることなく、小型かつ簡単な構成により、Ｘテーブル、ＸＹテーブル、ＸＹθテーブルなどを容易に実現できる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図２０、図２１、図２２は第３の実施形態に係る移動機構を示す。本実施形態の移動機構１４は、ジンバル構造体によって移動対象物Ｍを回転移動させてその姿勢を変化させる移動機構である。移動機構１４は、図２０（ａ）（ｂ）に示すように、円環１４ａと、回転軸受１４ｘと、回転軸受１４ｙと、回転駆動手段１ｘと、回転駆動手段１ｙと、を備えている。回転軸受１４ｘは、円環１４ａをＸ軸回りに回転自在に固定側から支持し、円環１４ａは、Ｘ軸回りに自在に回転する。回転軸受１４ｙは、移動対象物Ｍを、Ｘ軸に直交するＹ軸回りに円環１４ａに対して回転自在に支持する。回転駆動手段１ｘは、円環１４ａに対してＸ軸回りの回転モーメントを発生させる。回転駆動手段１ｙは、移動対象物Ｍに対してＹ軸回りの回転モーメントを発生させる。ジンバル構造体が、円環１４ａと回転軸受１４ｘ，１４ｙを備えて構成されている。回転駆動手段１ｘ，１ｙとして、上述または後述の、第１の実施形態とその変形例のいずれかにおける駆動装置１を用いている。また、駆動装置１の機能を発揮させるために、各回転軸受１４ｘ，１４ｙにおいて、適宜の摩擦力が発生するように軸受け調整がなされている。なお、摩擦力によらずに、各回転軸受１４ｘ，１４ｙにおける回転が一方向のみに可能となるようにラチェット機構などを設けてもよい。この場合、逆回転する場合には、ラチェットが動作する向きを逆転させればよい。回転駆動手段１ｘ，１ｙの配置位置として、より大きな回転モーメントを発生させることができる位置（腕の長い位置）を設定することにより、より小さな衝撃力の駆動装置１を用いることができる。図２１、図２２に示すように、移動対象物Ｍが照明装置であり、その取り付け位置が建物の壁や天井の凹部などの場合、移動対象物Ｍ（照明装置）は、その壁や天井の凹部壁を固定側として回転軸受１４ｘによって設置される。図２１（ａ１）〜（ｃ２）は、Ｙ軸回りの回転駆動の様子を示し、図２２（ａ１）〜（ｃ２）は、Ｘ軸回りの回転駆動の様子を示す。照明装置は、回転駆動手段１ｘ，１ｙを動作させることによってパンチルトの傾斜の制御が可能となる。第３の実施形態によれば、モータや駆動力伝達装置などを用いることなく、小型かつ簡単な構成により、ジンバル構造体によって支持した移動物体の傾斜角や回転角などを制御することができる移動機構を実現できる。
【００３２】
（第１の実施形態のさらに他の変形例）
図２３は第１の実施形態に係る駆動装置のさらに他の変形例を示す。本変形例の駆動装置１は、上述の第１の実施形態において、電磁コイル２に通電する電流を制御する制御装置５を駆動装置１本体と一体化したものである。制御装置５を駆動装置１本体に備えることにより、使い勝手のよい駆動装置１、および使い勝手のよい移動機構を実現することができる。制御装置５には、例えば、電磁コイル２の通電を時間制御する回路が含まれる。制御装置５には、電源を含めてもよい。また、制御装置５に、有線または赤外線や電波などによる無線の通信手段を備えることにより、駆動装置１従ってこれを用いた移動機構をリモートコントロールすることができる。また、本変形例と同様に、上述の図７乃至図１６に示した駆動装置１、さらには、下記の図２４、図２５、図２６に示す駆動装置１において、電磁コイル２に通電する電流を制御する制御装置を駆動装置１本体と一体化して備えるようにすることができる。
【００３３】
（第１の実施形態のさらに他の変形例）
図２４、図２５、図２６は第１の実施形態に係る駆動装置のさらに他の変形例を示す。この変形例の駆動装置は、他の駆動装置と同様に、上述した各移動機構の駆動装置として適用することができる。本変形例の駆動装置１は、図２４に示すように、電磁コイル２と、その両端に配置したステータ３５ａと、これらの電磁コイル２およびステータ３５ａの中心軸上を往復移動する軸棒３１に一体化されて成る移動質量体３ａと、を備えて構成されている。移動質量体３ａは、電磁コイル２およびステータ３５ａに対して相対運動を行う。移動質量体３ａは、軸棒３１と、各ステータ３５ａの内径側に配置された２つの永久磁石３３と、両永久磁石３３間に挿入された鉄心３５ｂと、両永久磁石３３の外側に配置されたヨーク３５ｃと、２つの衝突頭片３７と、衝撃増強錘３６と、を備えている。一方のヨーク３５ｃには衝突頭片３７が直接接して配置され、他方のヨーク３５ｃには衝突頭片３７を介在させて他の衝突頭片３７が配置されている。また、駆動装置１は、電磁コイル２、ステータ３５ａ、および移動質量体３ａを内蔵する外筒（シールドケース３８）と、シールドケース３８の両端に配置されて軸棒３１を軸支する軸受板３９（被衝突体Ｇ）とをさらに備えている。電磁コイル２およびステータ３５ａはシールドケース３８の内壁に固定されている。なお、図２４は、電磁コイル２が通電されていない状態を示している。この状態において、移動質量体３ａは、永久磁石３３、鉄心３５ｂ、ヨーク３５ｃ、およびステータ３５ａによって生じる磁場に起因する引力によって中立点に位置している。
【００３４】
軸棒３１は、電磁コイル２およびステータ３５ａと同心である。移動質量体３ａの各構成物は、軸棒３１と同心になるように配置されて、軸棒３１と一体化されている。鉄心３５ｂは、その長さが電磁コイル２の長さと同等である。言い換えれば、鉄心３５ｂは、両ステータ３５ａの間に収まる長さを有している。また、鉄心３５ｂは、円筒の両端部に鍔部を備えた形状を有し、中央部の径が両端部の径よりも小さく形成されている。これにより、鉄心３５ｂの両端部とこれらに近接する各ステータ３５ａとの間において磁気抵抗が低くなるような磁気回路が形成される。各ステータ３５ａは磁性体である。永久磁石３３は、リング形状を有し、その厚み方向（中心軸方向）に磁化されている。また、２つの永久磁石３３は、互いに磁極の方向を逆向きにして鉄心３５ｂの両端に配置されている。永久磁石３３の厚みはステータ３５ａの厚みよりも薄く、永久磁石３３およびヨーク３５ｃの厚みの合計はステータ３５ａの厚みよりも厚い。
【００３５】
図２４に示す中立状態において、２つの衝突頭片３７とこれらに対向する各軸受板３９との距離Ｄは、互いに等距離とされている。軸受板３９は、衝突頭片３７によって衝突される被衝突体Ｇであり、軸棒３１に一体化されて成る移動質量体３ａの、電磁コイル２およびステータ３５ａに対する相対運動の移動範囲を制限する。すなわち、移動質量体３ａの可動範囲は距離Ｄの２倍である（図２５参照）。この距離Ｄは、移動質量体３ａがいずれかの衝突頭片３７に衝突した位置から、移動質量体３ａが永久磁石３３とステータ３５ａとの相互の引力によって中立点に復帰することができる距離以内に設定されている。
【００３６】
図２５によって駆動装置１の動作原理を説明する。電磁コイル２に一定方向に電流を流すと、例えば、図２５（ａ）に磁力線Ｂで模式的に示すように、磁場が発生する。この電磁コイル２の磁場は、２つの永久磁石３３の一方による磁場を弱め、他方による磁場を強める。従って、電磁コイル２が発生する磁場によって、永久磁石３３、鉄心３５ｂ、およびヨーク３５ｃに作用する磁力に非対称性が生じ、移動質量体３ａは、白抜き矢印で示すように移動する。電磁コイル２に前記一定方向とは逆方向に電流を流すと、図２５（ｂ）に示すように、移動質量体３ａは、前記とは逆方向に移動する。また、図２５（ａ）（ｂ）の状態において、コイル電流を切って電磁コイル２による磁場を除くと、移動質量体３ａは、永久磁石３３とステータ３５ａとの相互の引力によって、図２４に示すように、中立点に復帰する。この場合に、復帰を早めるように、電磁コイル２に適宜の電流を流すようにしてもよい。
【００３７】
図２６によって駆動装置１の動作を説明する。図２６（ａ）に示すように、例えば水平な摩擦面Ｓに載置した移動対象物Ｍに駆動装置１を取り付ける。具体的には、例えば、シールドケース３８を移動対象物Ｍに固定する。移動方向を、図の左方、Ｘ方向とし、軸棒３１の軸方向がＸ方向とされている。この図の状態では、電磁コイル２は励磁されてなく、移動質量体３ａは、中立点にあり、移動対象物Ｍの左方先端は位置ｘ０にある。電磁コイル２に電流を流すと、図２６（ｂ）に示すように、移動質量体３ａが移動して軸受板３９に衝突し、その衝撃によって駆動装置１と共に移動対象物Ｍが移動し、その先端は位置ｘ１に至る。衝撃の大きさは、電磁コイル２に流す電流の大きさとその立ち上がりの速さに依存し、より急激かつより大電流を流すことにより、より大きな衝撃を発生させることができる。衝突後に電磁コイル２に流す電流を停止すると、駆動装置１の内部の移動質量体３ａが、図２６（ｃ）に示すように、中立点に復帰する。この復帰移動は、永久磁石３３の磁気力によってゆっくり行われるので、移動対象物Ｍと摩擦面Ｓとの間の静止摩擦力を超えるような反動はなく、移動対象物Ｍの移動はない。言い換えれば、永久磁石３３の磁気力調整や摩擦面Ｓとの摩擦力調整などの条件設定を行うことにより、中立点への復帰の際に移動対象物Ｍの移動が発生しないようにするのである。以下同様に、電磁コイル２に再び電流を流すことにより、図２６（ｄ）に示すように、移動対象物Ｍの先端がさらに移動して位置ｘ２に至る。駆動装置１は、このような動作の繰り返しによって、駆動装置１によって押されたり、または、引かれたりするように配置された移動対象物Ｍを、間欠的に移動させることができる。
【００３８】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。また、移動対象物Ｍが摩擦面Ｓによって支持されている場合について説明したがこれに限るものではない。駆動装置１は、例えば、ラチェット機構による支持などの他に、その機能を発揮できる条件下の移動対象物Ｍ、例えば、摩擦力類似の抵抗を受けて支持されている移動対象物Ｍに対して適用できる。例えば、液体や気体からの抵抗を受けている移動対象物Ｍや、砂や穀類などの粒状物や粉体などから抵抗を受けている移動対象物Ｍなどに、駆動装置１を適用することができる。また、被衝突体Ｇと、この被衝突体Ｇに対して相対移動してこれに衝突する第１の実施形態の永久磁石３や図７に示した変形例の電磁コイル２などは、互いに相対的な機能を有する構成要素である。従って、図１乃至図１６、図２３乃至図２５に示した駆動装置１において、被衝突体Ｇに対して移動する永久磁石３や電磁コイル２が移動対象物Ｍに固定されて、これらの永久磁石３や電磁コイル２に被衝突体Ｇが衝突するという配置構成とすることもできる。また、図１３乃至図１６に示した変形例において、電磁コイル２が振り子運動する旨説明したが、Ｘ軸方向に平行移動する構成とすることもできる。
【００３９】
本願は日本国特許出願２０１０−３１８４０に基づいており、その内容は、上記特許出願の明細書及び図面を参照することによって結果的に本願発明に合体されるべきものである。
【符号の説明】
【００４０】
１，１ｘ，１ｙ    駆動装置
２    電磁コイル
３，３３    永久磁石
４    ストッパ
５    制御装置
１１，１２，１３，１４    移動機構
Ｍ    移動対象物
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３    移動テーブル
【図１】
2011102365.tif 000003
【図２】
2011102365.tif 000004
【図３】
2011102365.tif 000005
【図４】
2011102365.tif 000006
【図５】
2011102365.tif 000007
【図６】
2011102365.tif 000008
【図７】
2011102365.tif 000009
【図８】
2011102365.tif 000010
【図９】
2011102365.tif 000011
【図１０】
2011102365.tif 000012
【図１１】
2011102365.tif 000013
【図１２】
2011102365.tif 000014
【図１３】
2011102365.tif 000015
【図１４】
2011102365.tif 000016
【図１５】
2011102365.tif 000017
【図１６】
2011102365.tif 000018
【図１７】
2011102365.tif 000019
【図１８】
2011102365.tif 000020
【図１９】
2011102365.tif 000021
【図２０】
2011102365.tif 000022
【図２１】
2011102365.tif 000023
【図２２】
2011102365.tif 000024
【図２３】
2011102365.tif 000025
【図２４】
2011102365.tif 000026
【図２５】
2011102365.tif 000027
【図２６】
2011102365.tif 000028
【国際調査報告】
2011102365.tif 000029
2011102365.tif 000030