(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造であって、その製造も容易でありながら、小型の構成にて大きな推力を得ることができるアクチュエータ、及び、その製造方法を提供する。【解決手段】アクチュエータ２０は、円環状の下ヨーク１と、下ヨーク１の一面に設けられた複数の円柱状のポールヨーク２と、ポールヨーク２が貫装される複数の孔部３ａを有する少なくとも１個の円環状の永久磁石３と、ポールヨーク２が貫装される複数の孔部４ａを永久磁石３の孔部３ａと周方向で同じ位置に有する円環状の上ヨーク４と、ポールヨーク２それぞれが貫装される複数の円筒状のコイル６と、コイル６を支持する台座７とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の第１ヨークと、該第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークと、該第２ヨークが貫装される複数の孔部を有する少なくとも１個の円環状の永久磁石と、前記第２ヨークが貫装される複数の孔部を前記永久磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する円環状の第３ヨークと、前記第２ヨークそれぞれが貫装される複数の円筒状のコイルと、該コイルを支持する台座とを備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記台座に接触するガイド部材が、前記第３ヨークに設けられていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記コイルの個数は、前記永久磁石の孔部の個数以下であることを特徴とする請求項１または２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記永久磁石はボンド磁石であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記ボンド磁石は、３Ｄプリンタによる積層造形、圧縮成形、または射出成形にて作製されていることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
円環状の第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークを、少なくとも１個の円環状の永久磁石の複数の孔部、及び、円環状の第３ヨークの前記永久磁石の前記孔部と周方向で同じ位置にある複数の孔部に貫装してなる固定子に対して、複数の円筒状のコイルを台座にて支持してなる可動子を、前記コイルが移動可能に前記コイルに前記第２ヨークが貫装されるべく、配置することを特徴とするアクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子と可動子とを組み合わせたアクチュエータ、及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミラー、レンズなどの光学部材を微細に移動させるためのアクチュエータが知られており、例えば、特許文献１には、永久磁石とコイルとを組み合わせた構成を有するレンズアクチュエータが開示されている。
【０００３】
図６は、特許文献１などの従来のアクチュエータ３０の構成の一部を示す断面図である。このアクチュエータ３０の中央部はレンズを取り付けるために不可欠な空洞３１となっている。アクチュエータ３０は、上ヨーク３２及び下ヨーク３３で挟まれた永久磁石３４を周縁部に有するとともに、永久磁石３４の内周側にコイル３５を有している。
【０００４】
このような構成の従来のアクチュエータ３０にあっては、磁束の流れを図６中の破線矢印で代表的に示すことができる。よって、永久磁石３４からの磁束がコイル３５と鎖交する箇所はこの１断面では１箇所だけである。したがって、推力の向上を図るためには、大きな永久磁石３４を使用するか、コイル３５に流す電流を大きくするかしか方法がなかった。
【０００５】
大きな推力を得ることを目的としたアクチュエータが、特許文献２に提案されている。特許文献２の構成では、角筒状の固定子と円筒状の可動子とを組み合わせて構成される一対のアクチュエータを推力方向と直交する上下左右方向に複数連結するように配置している。固定子は、ホルダに挿入されたヨーク内周面に磁石を固着して構成され、可動子は、円筒状のフレームの外周に配置されたコアにコイルを巻回して構成される。この特許文献２の技術を利用して、これらの複数対のアクチュエータを組み合わせてその中央部に光学部材を取り付けるための空洞を設けるような構成は可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９７６７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５４６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の技術を利用した上記のような構成では、まず、複数の固定子を個々に作製し、これらの複数の固定子を並列に連結して組み立てた後に、各固定子に可動子を挿入して製造することになる。よって、構造が複雑であるだけでなく、製造工程も煩雑となり、高コスト化が避けられないという問題がある。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な構造であって、その製造も容易でありながら、小型の構成にて大きな推力を得ることができるアクチュエータ、及び、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るアクチュエータは、円環状の第１ヨークと、該第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークと、該第２ヨークが貫装される複数の孔部を有する少なくとも１個の円環状の永久磁石と、前記第２ヨークが貫装される複数の孔部を前記永久磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する円環状の第３ヨークと、前記第２ヨークそれぞれが貫装される複数の円筒状のコイルと、該コイルを支持する台座とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のアクチュエータにあっては、複数の円柱状の第２ヨークが一面に設けられた少なくとも１個の円環状の第１ヨーク、複数の孔部に第２ヨークが貫装された円環状の磁石、及び、第２ヨークが貫装された円環状の第３ヨークを積層させた構成を有する固定子と、第２ヨークが貫装された複数のコイルを台座にて支持した構成をなす可動子とを組み合わせて、構成されている。複数の孔部を有する永久磁石と複数の小さなコイルとを用いて、永久磁石の孔部にコイルを貫装させた構成であるので、永久磁石からの磁束がコイルと鎖交する箇所が２箇所となり、さらに磁束が流れる１箇所あたりの経路長さも従来例に比べて短くなるため、磁気抵抗を小さくできて、より多くの磁束を流すことが可能となる。これにより、従来例に比べてその鎖交面積を１．５倍以上に大きくできるため、小型の構成でも大きな推力が得られる。
【００１１】
本発明に係るアクチュエータは、前記台座に接触するガイド部材が、前記第３ヨークに設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のアクチュエータにあっては、台座に接触するガイド部材が第３ヨークに設けられている。よって、このガイド部材によって、台座のたわみ振動、共振振動などの振動を抑えることができ、この結果、可動子を高速移動させても大きな振動は生じず、がたつきがない安定した高速直線移動を実現できる。
【００１３】
本発明に係るアクチュエータは、前記コイルの個数は、前記永久磁石の孔部の個数以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明のアクチュエータにあっては、コイルの個数が、永久磁石の孔部の個数と同数であるか、または、少ない。コイルの個数が永久磁石の孔部の個数と同数である場合には、全ての孔部内それぞれに一つずつのコイルが貫装された構成となり、コイルの個数が永久磁石の孔部の個数より少ない場合には、一部の孔部にはコイルが貫装され、残りの孔部にはコイルが貫装されない構成となる。所定数の孔部を有する一種の永久磁石に対し、必要な推力の大きさに応じてコイルの個数を調整できる。
【００１５】
本発明に係るアクチュエータは、前記永久磁石はボンド磁石であることを特徴とする。
【００１６】
本発明のアクチュエータにあっては、永久磁石としてボンド磁石を使用する。よって、複数の孔部を有する所望の形状の永久磁石を容易に作製可能である。
【００１７】
本発明に係るアクチュエータは、前記ボンド磁石は、３Ｄプリンタによる積層造形、圧縮成形、または射出成形にて作製されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明にあっては、ボンド磁石が、３Ｄプリンタによる積層造形、圧縮成形、または射出成形にて作製されている。よって、複数の孔部を有する所望の形状を有するボンド磁石を容易に作製できる。
【００１９】
本発明に係るアクチュエータの製造方法は、円環状の第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークを、少なくとも１個の円環状の永久磁石の複数の孔部、及び、円環状の第３ヨークの前記永久磁石の前記孔部と周方向で同じ位置にある複数の孔部に貫装してなる固定子に対して、複数の円筒状のコイルを台座にて支持してなる可動子を、前記コイルが移動可能に前記コイルに前記第２ヨークが貫装されるべく、配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、小型の構成であっても、永久磁石からの磁束がコイルと鎖交する表面積を大きくできるため、推力の向上を図ったアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るアクチュエータを示す斜視図である。
【図２】本発明に係るアクチュエータを示す分解斜視図である。
【図３】本発明に係るアクチュエータの中心軸に沿った断面図である。
【図４】本発明に係るアクチュエータの中心軸直角方向の断面図である。
【図５】従来のアクチュエータの中心軸直角方向の断面図である。
【図６】従来のアクチュエータの構成の一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１及び図２は、本発明に係るアクチュエータを示す斜視図及び分解斜視図である。
【００２３】
本発明のアクチュエータ２０は、固定子１１と可動子１２とを組み合わせて構成されている。
【００２４】
固定子１１は、第１ヨークとしての下ヨーク１と、第２ヨークとしての複数のポールヨーク２と、２個の永久磁石３，３と、第３ヨークとしての上ヨーク４とを有しており、これらの部材を積層一体化して構成されている。
【００２５】
下ヨーク１は、円環状をなしている。下ヨーク１の内側（永久磁石３と対向する側）の一面には、複数（本例では１６個）の円柱状のポールヨーク２が、下ヨーク１の周方向に等配して立設されている。これらの下ヨーク１及びポールヨーク２は、例えば珪素鋼板などの軟質磁性体で形成されている。また、下ヨーク１の内側の一面には、永久磁石３との位置決めを行うための複数（本例では４個）の位置決めピン１ａが、周方向に等配した位置に設けられている。
【００２６】
２個の永久磁石３，３は、同一形状をなしており、何れも円環状のボンド磁石である。永久磁石３は、厚さ方向に磁化されている。永久磁石３には、周方向に等配して、複数（本例では１６個）の孔部３ａが形成されている。これらの孔部３ａそれぞれには、１個のポールヨーク２が貫装される。また、永久磁石３の下ヨーク１とは反対側の一面には、周方向に等配して、下ヨーク１または隣の永久磁石３との位置決めを行うための複数（本例では４個）の突起部３ｂが形成されている。突起部３ｂの周方向位置は、上記位置決めピン１ａの周方向位置と同じである。永久磁石３の突起部３ｂを配置した面と反対面（下ヨーク１側の面）には、位置決めピン１ａに対応した位置に、位置決めのための凹部（図示せず）が形成されている。
【００２７】
永久磁石３は、例えば、ＳｍＦｅＮ系合金の磁性粉と樹脂とを混合させた混合物を材料として、３Ｄプリンタを用いた積層造形（３Ｄプリンティング）にて作製されたボンド磁石（樹脂結合型磁石）である。３Ｄプリンティングでは、磁性粉と樹脂との混合物をノズルから積層台に、所望の形状を得るべくノズル及び積層台を相対的に三次元で移動させながら、押出し積層させて、ボンド磁石を作製する。
【００２８】
上ヨーク４は、円環状をなしている。上ヨーク４には、周方向に等配して、複数（本例では１６個）の孔部４ａが形成されている。これらの孔部４ａの周方向位置は、永久磁石３の孔部３ａの周方向位置と同じであり、これらの孔部４ａそれぞれには、１個のポールヨーク２が貫装される。上ヨーク４の永久磁石３とは反対側の一面には、周方向に等配した位置に、複数（本例では４個）の円柱状のガイド部材５が設けられている。上ヨーク４は、例えば珪素鋼板などの軟質磁性体で形成されている。上ヨーク４の永久磁石３と対向する面には、突起部３ｂに対応した位置に、位置決めのための凹部（図示せず）が形成されている。
【００２９】
可動子１２は、複数（本例では１６個）の円筒状のコイル６と、コイル６を支持する円環状の台座７とを有しており、コイル６は台座７の一面に例えば接着剤等で支持固定されている。
【００３０】
コイル６は、例えば銅線を円筒状に巻回して構成されている。各コイル６には、上ヨーク４の孔部４ａ及び永久磁石３，３の孔部３ａ，３ａを介して１個のポールヨーク２が貫装される。ここで、孔部４ａ及び孔部３ａ内をアクチュエータ２０の軸方向に移動できるように、コイル６は配置されている。
【００３１】
台座７は例えばアルミニウムなどの非磁性体で形成されている。台座７の内周面には、周方向に等配して、複数（本例では４個）の溝部７ａが形成されている。溝部７ａの周方向位置は、上記ガイド部材５の周方向位置と同じであり、駆動時に、ガイド部材５が溝部７ａに接触した態様で、可動子１２が移動するようになっている。台座７の他面には、レンズなどの駆動対象物を固定するための複数（本例では８個）のネジ穴７ｂが形成されている。台座７の中央は、空洞となっているので、レンズなどの駆動対象物を容易に台座７（可動子１２）に取り付けることができる。
【００３２】
以下、本発明に係るアクチュエータ２０の製造方法について説明する。
【００３３】
上述したような構成を有する下ヨーク１、永久磁石３，３、及び、上ヨーク４をこの順に積層一体化して、固定子１１は作製される。積層一体化により、永久磁石３，３の孔部３ａ，３ａ及び上ヨーク４の孔部４ａ内に、ポールヨーク２が貫装される。この際、位置決めピン１ａ、突起部３ｂ及び位置決めのための凹部（図示せず）の存在により、正確な位置合わせを容易に行える。一方、複数のコイル６を台座７の一面に接着剤で接着して、可動子１２は作製される。
【００３４】
そして、上ヨーク４の孔部４ａ及び永久磁石３，３の孔部３ａ，３ａ内で各コイル６に各ポールヨーク２が貫装されるように、固定子１１及び可動子１２を組み合わせて、アクチュエータ２０を組み立てる（図１参照）。
【００３５】
本発明のアクチュエータ２０にあっては、従来のような単純な円環状の永久磁石を用いるのではなく、複数の孔部３ａを有する円環状の永久磁石３を用いて、この永久磁石３と、複数の小さなコイル６とを組み合わせた構成とすることにより、小型の構成であっても大きな推力を得ることができる。
【００３６】
図３は、本発明に係るアクチュエータ２０の中心軸に沿った断面図であり、磁束の流れを破線矢印で示している。図３にあって、図１及び図２と同一部分には同一符号を付している。
【００３７】
本発明のアクチュエータ２０では、中央に空洞２１を設けている場合でも、永久磁石３からの磁束の流れが図３中の破線矢印で示すようになるため、永久磁石３からの磁束がコイル６と鎖交する箇所はこの１断面では左右の２箇所となっている。
【００３８】
また、複数のコイル６を設けているため、１個のコイルを設けていた従来例に比べて、磁束がコイルと鎖交する表面積を増大させることができる。
【００３９】
図４は図３に示した本発明に係るアクチュエータ２０の中心軸直角方向の断面図であり、図５は図６に示した従来のアクチュエータ３０の中心軸直角方向の断面図である。図４及び図５にあって、破線はコイル中心線、斜めハッチング部分は永久磁石、ドット部分はヨークを示している。また、図４及び図５それぞれには、図３及び図６に示した中心軸に沿った断面と同じ位置での磁束の流れを実線矢印で示している。なお、この磁束の流れは、上面側のみを示しており、下面側は示していない。
【００４０】
図５に示す従来のアクチュエータ３０にあって永久磁石３４からの磁束がコイルと鎖交する長さ（鎖交長さ）Ｌ１は、コイル中心線の周方向の長さである。ここで、例えば、図６に示す従来のアクチュエータ３０の外径と内径とがそれぞれ１００ｍｍ、６０ｍｍであって、コイル中心線の直径を７５ｍｍとした場合、鎖交長さＬ１はコイル中心線の周方向の長さである７５πｍｍとなる。
【００４１】
図４に示す本発明のアクチュエータ２０にあっては、永久磁石からの磁束が各１個のコイルと鎖交する長さＬ２をコイルの個数分だけ累加算した結果が、全体の鎖交長さとなる。ここで、上記の従来のアクチュエータ３０と同じ断面積内で、永久磁石と磁路を構成する部材の断面積を同じにするように考えた場合、複数のコイルを等配する円の直径は８０ｍｍ（＝（１００＋６０）÷２）となる。このような直径８０ｍｍの領域内にコイル中心線の直径が１０ｍｍとなるコイルを３０度ピッチで１２個は配置可能である。このとき、各１個のコイルの鎖交する長さＬ２が１０πｍｍであるので、本発明のアクチュエータ２０における全体の鎖交長さは、１０π×１２＝１２０πｍｍとなる。よって、本発明では、従来例の１．６倍の鎖交長さを実現できる。
【００４２】
さらに、小さな複数のコイル６を用いているため、磁気回路の磁気抵抗は小さくなり、鎖交エリアに発生する磁束密度を高くすることができるため、従来例に比べて、上記の鎖交長さ比（１．６倍）以上の大きな発生推力を得ることが可能である。
【００４３】
以上のことから、本発明のアクチュエータ２０では、従来例に比べて、形状を大きくすることなく、また、消費電力を大きくすることもなく、推力の向上を図ることが可能である。
【００４４】
また、図３に示すように、一つの磁気回路内で小さなコイルにて駆動できるため、磁束が空気中を通過する領域の面積を小さくできて、漏洩磁界を小さくすることができる。よって、この点でも、本発明のアクチュエータ２０は、推力向上に寄与する。
【００４５】
また、本発明のアクチュエータ２０は、簡単な構成であるため、低コストにて製造できるという効果を奏する。
【００４６】
上述した実施の形態では、２個の永久磁石３を使用することとしたが、永久磁石３の個数は、２個に限定されず、１個または３個以上であっても良い。必要な推力の大きさに応じて、用いる永久磁石３の個数を決定すれば良い。
【００４７】
上述した実施の形態では、ポールヨーク２、永久磁石３の孔部３ａ及び上ヨーク４の孔部４ａの個数を１６個、位置決めピン１ａ、永久磁石３の突起部３ｂ、ガイド部材５及び台座７の溝部７ａの個数を４個、並びに、台座７のネジ穴７ｂの個数を８個としたが、これらの個数は一例であって、他の個数であっても良い。
【００４８】
上述した実施の形態では、永久磁石３の孔部３ａの個数とコイル６の個数とを同数（本例では１６個）として、各孔部３ａ内を必ずコイル６が貫装される構成としたが、コイル６の個数が孔部３ａの個数より少なくて、コイル６が貫装される孔部３ａとコイル６が貫装されない孔部３ａとが混在するような構成としても良い。この場合には、必要な推力の大きさに応じて、コイル６の個数を調整するようにすれば良く、無駄な消費電力が抑えられ、軽量化も図れる。所定数の孔部３ａを有する同じ永久磁石３を用いて、コイル６の個数を調整して種々の推力に対応できるため、推力に合わせて孔部３ａの個数が異なる複数種の永久磁石３を準備しておく必要がなくなる。
【００４９】
上述した実施の形態では、ガイド部材５を上ヨーク４に設け、台座７に溝部７ａを設ける構成としたが、これとは異なり、上記のようなガイド部材を台座７に設け、上ヨーク４、永久磁石３及び下ヨーク１に貫通孔を設けて、ガイド部材が貫通孔内を移動するように構成しても良い。
【００５０】
上述した実施の形態では、位置決めピン１ａを下ヨーク１とは別部品として構成することとしたが、これとは異なり、永久磁石３の突起部３ｂと同様に、位置決め用の部分を下ヨーク１に一体で形成するようにしても良い。また、下ヨーク１、永久磁石３及び上ヨーク４に連通する貫通孔を設けて、別部品の位置決めピンを貫通孔に通してこれらの部材を一体固定するように構成しても良い。
【００５１】
上述した実施の形態では、複数のコイル６を台座７に接着させて可動子１２を構成することとしたが、これとは異なり、複数のコイル６と台座７とをエポキシ樹脂などで一体的にモールドして可動子１２を構成するようにしても良い。この場合には、台座７はエポキシ樹脂にて作製される。
【００５２】
上述した実施の形態では、ＳｍＦｅＮ系合金の磁性粉と樹脂とを混合させた混合物を用いて永久磁石３（ボンド磁石）を作製したが、これとは異なり、フェライト系の磁性粉またはＮｄＦｅＢ系合金の磁性粉を使用しても良い。
【００５３】
上述した実施の形態では、３Ｄプリンタによる積層造形にて永久磁石３（ボンド磁石）を作製することとしたが、これとは異なり、圧縮成形または射出成形にて永久磁石３（ボンド磁石）を作製するようにしても良い。
【００５４】
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５５】
１  下ヨーク（第１ヨーク）
１ａ  位置決めピン
２  ポールヨーク（第２ヨーク）
３  永久磁石
３ａ  孔部
３ｂ  突起部
４  上ヨーク（第３ヨーク）
４ａ  孔部
５  ガイド部材
６  コイル
７  台座
７ａ  溝部
７ｂ  ネジ穴
１１  固定子
１２  可動子
２０  アクチュエータ
２１  空洞
【図１】
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【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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