(57)【要約】【課題】部品点数が少ない簡素な構造であって、その製造も容易でありながら、小型の構成にて正確な三軸駆動を行うことができるアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ２０は、円盤状の下ヨーク１と、下ヨーク１の一面に設けられた３個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３つの孔部３ａを有する一体成形されたリング状磁石３と、ポールヨーク２が貫装される３つの孔部４ａをリング状磁石３の孔部３ａと周方向で同じ位置に有する上ヨーク４と、ポールヨーク２のそれぞれが貫装される３個の円筒状のコイル７と、コイル７を支持するコイルサポート８と、コイル７とコイルサポート８をつなぐ蝶番と、コイルサポート８を支持する弾性体とを備える。リング状磁石３は、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の第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一体成形されたリング状磁石と、前記第２ヨークが貫装される複数の孔部を前記リング状磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する第３ヨークと、前記第２ヨークの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支持体と、前記コイルと前記支持体をつなぐ傾斜部材と、前記支持体を支持する支持部材とを備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記リング状磁石の外周面側に設けられたカバーを更に備え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】
前記第１ヨークと前記第３ヨークとを締結する締結部材を更に備え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】
前記リング状磁石は、少なくとも３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成して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】
前記リング状磁石は、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成して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６】
前記リング状磁石は樹脂結合型磁石であることを特徴とする請求項４または５記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記リング状磁石は、３Ｄプリンタ、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から６のいずれか一つ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、被駆動物の直動及び傾斜が可能なアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ミラー、レンズ、カメラなどの光学部材を微細に移動させるための機構が知られており、監視カメラ、携帯用カメラなどの撮像装置の撮像方向の駆動を制御する制御機構が種々提案されている。例えば、特許文献１には、複数の電磁石と永久磁石とを組み合わせて、カメラのＸ軸、Ｙ軸の角度調整を行うカメラ作動装置が開示されている。また、特許文献２には、複数の電磁ソレノイドを用いて、カメラのパン・チルト動作を制御するカメラ駆動装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８４２１２号公報
【特許文献２】特開２００５−２１０４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１または特許文献２に開示されている装置では、複数の電磁石または複数の電磁ソレノイドを準備して、それらを所定の決められた位置に配置しておく必要があるため、構成が複雑であり、コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、部品点数が少ない簡素な構造であって、その製造も容易でありながら、小型の構成にて正確な三軸駆動を行えるアクチュエータ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】
【０００６】
本発明に係るアクチュエータは、円盤状の第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一体成形されたリング状磁石と、前記第２ヨークが貫装される複数の孔部を前記リング状磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する第３ヨークと、前記第２ヨークの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支持体と、前記コイルと前記支持体をつなぐ傾斜部材と、前記支持体を支持する支持部材とを備えることを特徴とする。
【０００７】
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円盤状の第１ヨーク、第２ヨークが貫装された一体成形型のリング状磁石、及び、第２ヨークが貫装された第３ヨークを積層させた構成を有する固定子と、それぞれに１つの第２ヨークが貫装された複数のコイル、コイルを支持する支持体、コイルと支持体とをつなぐ傾斜部材、及び、支持体を支持する支持部材を有する可動子とを組み合わせて、並列に配置された３連の磁気回路を構成している。そして、各連の磁気回路（コイル）を独立的に駆動させることにより、小型で簡単な構造であっても可動子の直動及び傾斜駆動が可能である。また、一体成形型のリング状磁石を固定子に使用している構成であるため、従来のように複数の電磁石、電磁ソレノイドを設置する必要がなく、製造の簡素化及び低コスト化も図れる。
【０００８】
本発明に係るアクチュエータは、前記リング状磁石の外周面側に設けられたカバーを更に備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のアクチュエータにあっては、一体成形型のリング状磁石の外周面側にカバーを設けている。よって、リング状磁石の保護を図れる。
【００１０】
本発明に係るアクチュエータは、前記第１ヨークと前記第３ヨークとを締結する締結部材を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明のアクチュエータにあっては、第１ヨークと第３ヨークとを締結部材にて締結している。よって、第１ヨーク及び第３ヨークに挟まれた一体成形型のリング状磁石の確実な固定を図れる。
【００１２】
本発明に係るアクチュエータは、前記リング状磁石は、少なくとも３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成してあることを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、少なくとも３つのリング磁石の外周面の一部同士が接合されている一体成形型のリング状磁石を、アクチュエータの固定子に用いる。よって、従来のように複数の電磁石、電磁ソレノイドを設置することなく簡単な構成にて三軸駆動を行える。
【００１４】
本発明に係るアクチュエータは、前記リング状磁石は、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成してあることを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が接合されている一体成形型のリング状磁石を、アクチュエータの固定子に用いる。よって、従来のように複数の電磁石、電磁ソレノイドを設置することなく簡単な構成にて三軸駆動を行える。
【００１６】
本発明に係るアクチュエータは、前記リング状磁石は樹脂結合型磁石であることを特徴とする。
【００１７】
本発明にあっては、一体成形型のリング状磁石が樹脂結合型磁石である。よって、所望の形状に容易に作製可能である。
【００１８】
本発明に係るアクチュエータは、前記リング状磁石は、３Ｄプリンタ、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。
【００１９】
本発明にあっては、一体成形型のリング状磁石が、３Ｄプリンタ、圧縮成形、または射出成形にて作製されている。よって、所望の形状を有する一体成形型のリング状磁石を容易に作製できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、少なくとも３つのリング磁石の外周面の一部同士が接合されている一体成形型のリング状磁石を、アクチュエータの固定子に用いて、磁気回路を構成しているので、小型で簡単な構造にて独立的な三軸駆動が可能であるアクチュエータを提供できる。言い換えると、３つのリング磁石の外周面の一部が接合された一体成形のリング状磁石を元にした、一つの磁気回路に３つのコイルを配置しそれぞれのコイルを独立駆動することで、簡単な構成のアクチュエータを構成できる。また、従来のように複数の電磁石、電磁ソレノイドを設置することがないので、アクチュエータの製造を容易に行うことができる。この結果、製造工程の短縮化、製造コストの低減化を実現することが可能である。
【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固定子及び可動子を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るアクチュエータの固定子に使用する一体成形型のリング状磁石を示す斜視図及び平面図である。
【図５】本発明に係るアクチュエータにおける制御系を示すブロック図である。
【図６】一体成形型のリング状磁石の他の例を示す平面図である。
【図７】一体成形型のリング状磁石の他の例を示す平面図である。
【図８】一体成形型のリング状磁石の他の例を示す平面図である。
【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。図３Ａ，Ｂは、本発明に係るアクチュエータの固定子及び可動子を示す斜視図である。図４Ａ，Ｂは、本発明に係るアクチュエータの固定子に使用する一体成形型のリング状磁石を示す斜視図，平面図である。
【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３個のポールヨーク２と、一体成形型のリング状磁石３と、第３ヨークとしての上ヨーク４と、カバー５と、締結部材としての３本のボルト６とを有している。
【００２５】
下ヨーク１は、円盤状をなしている。下ヨーク１の内側の一面には、３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。下ヨーク１の周方向に等配した位置であって、隣り合うポールヨーク２，２の中間位置には、３個のボルト孔１ａが形成されている。これらのボルト孔１ａそれぞれには、ボルト６が嵌め込まれる。
【００２６】
一体成形型のリング状磁石３は、図４にも示すように、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されて構成してあり、平面視でクローバ形状を呈する。リング状磁石３は、周方向に等配して３個の孔部３ａを有することになる。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。
【００２７】
リング状磁石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プリンタにて作製された樹脂結合型磁石である。３Ｄプリンタでは、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、リング状磁石３を作製する。
【００２８】
上ヨーク４は、円盤状をなしている。上ヨーク４には、周方向に等配して３個の孔部４ａが形成されている。これらの孔部４ａの周方向の位置は、リング状磁石３の孔部３ａの周方向の位置と同じであり、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の周方向に等配した位置であって、隣り合う孔部４ａ，４ａの中間位置には、３個のボルト孔４ｂが形成されている。これらのボルト孔４ｂそれぞれには、ボルト６が嵌め込まれる。上ヨーク４の中心には円形の中心溝４ｃが形成されている。中心溝４ｃの形状は後述の弾性体９（支持部材）の位置決めに適した形状となっている。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。
【００２９】
カバー５は、薄肉の円筒状をなしており、リング状磁石３の外周面を覆うように配置されている。カバー５は、例えばアルミニウムなどの非磁性の金属から形成されている。このカバー５は、リング状磁石３の保護の機能を果たす。
【００３０】
可動子１２は、３個の円筒状のコイル７（第１コイル７ａ，第２コイル７ｂ，第３コイル７ｃ）と、支持体としてのコイルサポート８と、支持部材としての弾性体９（コイル状バネ）とを有している。
【００３１】
コイル７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７には、上ヨーク４の孔部４ａ及びリング状磁石３の孔部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内を移動できるように、コイル７は配置されている。
【００３２】
コイルサポート８は、円盤状の本体部８ａと、本体部８ａの裏面に周方向に等配して設けられた３個の傾斜部材としての蝶番８ｂとを有している。各蝶番８ｂは、中途でリベット８ｃにて軸支されており、その先端部で各コイル７を支持している。なお蝶番８ｂに変えて球面すべり軸受けをコイルサポート８側に設けても良い。
【００３３】
また、本体部８ａの裏面の中心から、コイルサポート８を支持する弾性体(支持部材)９が延在している。弾性体９は例えばコイル状バネによって構成されている。弾性体９の他端側は、上ヨーク４の中心に設けられた中心溝４ｃにて位置決めされるとともに公知の方法にて固定されている。このような構成により、支持体としてのコイルサポート８は、支持部材としての弾性体９が傾斜する（折れ曲がる）ことで傾斜可能となっている。さらに弾性体９の伸縮によりコイルサポート８はアクチュエータ２０の軸方向に直動可能となっている。本体部８ａの表面にはミラー１０が取り付けられている。
【００３４】
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。
【００３５】
上述したような構成を有する下ヨーク１、カバー５で外周面を覆われたリング状磁石３、及び、上ヨーク４をこの順に積層し、上ヨーク４のボルト孔４ｂ及び下ヨーク１のボルト孔１ａにボルト６を嵌め込んで、固定子１１は構成される（図３Ａ，Ｂ参照）。この際、リング状磁石３の孔部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。ボルト６の締め付けにより、リング状磁石３は確実に固定される。
【００３６】
一方、３個のコイル７をコイルサポート８で支持して、可動子１２は構成される（図３Ａ，Ｂ参照）。
【００３７】
そして、コイルサポート８から延在する弾性体９を上ヨーク４の中心溝４ｃに固定し、アクチュエータ２０を組み立てる（図１参照）。この際、可動子１２はアクチュエータ２０が直動及び傾斜駆動可能な態様にて、上ヨーク４の孔部４ａ及びリング状磁石３の孔部３ａ内でコイル７にポールヨーク２が貫装される。
【００３８】
上述したアクチュエータ２０にあっては、３つの磁石を一つの磁気回路として並列に配置した構成であるため、これらの３つの磁石に対して３つのコイル（第１コイル７ａ，第２コイル７ｂ，第３コイル７ｃ）を独立的に駆動制御させることにより、弾性体９に支持された態様で、コイルサポート８を直動及び傾斜することができる。この結果、ミラー１０を、直動及び傾斜することが可能となる。
【００３９】
以下、３つのコイル（第１コイル７ａ，第２コイル７ｂ，第３コイル７ｃ）の駆動制御について説明する。図５は、本発明に係るアクチュエータ２０における制御系を示すブロック図である。
【００４０】
図５に示す制御系は、第１コイル７ａに駆動電流を印加する第１駆動回路２１ａと、第２コイル７ｂに駆動電流を印加する第２駆動回路２１ｂと、第３コイル７ｃに駆動電流を印加する第３駆動回路２１ｃと、第１駆動回路２１ａ、第２駆動回路２１ｂ及び第３駆動回路２１ｃそれぞれに独立的に制御信号を供与する制御部２２とを有している。
【００４１】
制御部２２からそれぞれの駆動回路（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）に制御信号が出力されることで、第１コイル７ａ、第２コイル７ｂ、第３コイル７ｃが駆動される。例えば第１コイル７ａ、第２コイル７ｂ、第３コイル７ｃが同方向に、同速度で、同じ距離動くような制御を行った場合には、コイルサポート８（支持体）は直動する。第１コイル７ａ、第２コイル７ｂ、第３コイル７ｃの駆動方向（向き）を変えたり、速度や距離を変えた場合には、コイルサポート８（支持体）は傾斜して直動したり、傾斜の向きを変えることが可能となる。
【００４２】
このような三軸を独立的に行える駆動制御により、ミラー１０を、直動及び傾斜駆動することが可能となる。
【００４３】
本発明のアクチュエータ２０では、一体成形したリング状磁石３を使用するので、１個のリング状磁石３を作製しておけば良い。したがって、複数の電磁石、電磁ソレノイドを設置しておく従来の構成に比べて、本発明では構成が簡単であり、製造工程での大幅な簡素化を実現することができる、この結果、本発明では、製造時間の短縮と、製造コストの低減とを達成することが可能となる。
【００４４】
上述したアクチュエータ２０の固定子１１に使用する一体成形型のリング状磁石３は、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されたクローバ形状としたが、使用される一体成形型のリング状磁石３はこれに限定されない。図６〜図８は、一体成形型のリング状磁石３の他の例を示す平面図である。
【００４５】
図６に示す一体成形型のリング状磁石３は、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合された略三角形状を呈している。この例では、上記クローバ形状の例に比べて、周縁部の断面積が大きくなって体積を大きくできるため、更なる推力の増加を期待できる。
【００４６】
図７に示す一体成形型のリング状磁石３は、近接した３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されたＬ字形状を呈している。また、図８に示す一体成形型のリング状磁石３は、近接した３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合された円弧形状を呈している。図７または図８に示すような異形のリング状磁石３は、アクチュエータ２０の設置空間に制約があって、特定形状の空間内にアクチュエータ２０を設置しなければならない場合に、好適である。なお、図７及び図８の磁石を使用する場合には、コイルサポート８（支持体）の直動及び傾斜を可能とするが、傾斜する方向は図４、図６の磁石を用いる場合に比べて狭い範囲に限定される。
【００４７】
なお、上述した実施の形態では、ミラー１０の直動及び傾斜駆動を行う場合について説明したが、これとは異なり、カメラをコイルサポート８の表面に取り付けた構成では、このカメラを、直動及び傾斜駆動することが可能である。
【００４８】
弾性体９（コイル状バネ）については、アクチュエータ２０の中心軸上ではなく、３個のコイル７の外周側に設けても良い。また、支持部材として弾性体９（コイル状バネ）を使用したが、これとは異なり、上ヨーク４の中心に貫通孔を設けて、この貫通孔に直動軸受を設置し、さらに直動軸受とコイルサポート８との間に球面すべり軸受を設けてコイルサポート８を支持するように構成しても良い。
【００４９】
また、上述した実施の形態では、固定子１１に１個の一体成形型のリング状磁石３を使用することとしたが、これとは異なり、上ヨーク４と下ヨーク１との間に複数個の一体成形型のリング状磁石３を直列に挟み込んで固定子１１を構成するようにしても良い。このように、リング状磁石３を複数段重ねることにより、より大きな推力が得られる。
【００５０】
また、上述した実施の形態では、一体成形型のリング状磁石３を、３つのリング磁石を一体接合させた構成としたが、これとは異なり、４つ以上のリング磁石の外周面の一部同士が一体接合させて構成した一体成形型のリング状磁石３を使用しても良い。
【００５１】
また、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一体成形型のリング状磁石３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。
【００５２】
また、上述した実施の形態では、３Ｄプリンタにて一体成形型のリング状磁石３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一体成形型のリング状磁石３を作製するようにしても良い。
【００５３】
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】
【００５４】
１  下ヨーク（第１ヨーク）
２  ポールヨーク（第２ヨーク）
３  リング状磁石
３ａ  孔部
４  上ヨーク（第３ヨーク）
４ａ  孔部
５  カバー
６  ボルト（締結部材）
７  コイル
７ａ  第１コイル
７ｂ  第２コイル
７ｃ  第３コイル
８  コイルサポート（支持体）
８ｂ  蝶番（傾斜部材）
９  弾性体（支持部材）
１０  ミラー
１１  固定子
１２  可動子
２０  アクチュエータ
【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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【図７】
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【図８】
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