(57)【要約】 【課題】  従来とは異なる磁石の磁極配置を有する電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】  アクチュエータ機構１００は、磁石３０を含む磁石部２１０と電磁コイルを含む電磁コイル部１１０とを有する。磁石部２１０と電磁コイル部１１０との相対的な位置が変化可能である。磁石部２１０は、ヨーク材２０と２つ以上の磁石３０を含む。２つの磁石３０は、ヨーク材２０を挟んで同極同士が対面した状態でヨーク材２０にそれぞれ吸引されている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁駆動力を利用したアクチュエータであって、
磁石を含む磁石部と電磁コイルを含む電磁コイル部とを有し、前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置が変化可能な電磁アクチュエータ機構を備え、
前記磁石部は、
ヨーク材と、
前記ヨーク材を挟んで同極同士が対面した状態で前記ヨーク材にそれぞれ吸引されている第１及び第２の磁石と、
を含むことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のアクチュエータであって、
前記ヨーク部材は、板状部を含み、
前記第１と第２の磁石は、前記板状部を挟んで前記板状部にそれぞれ吸引されている、アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２記載のアクチュエータであって、
前記ヨーク材の前記板状部の主表面は、前記板状部に面する前記第１の磁石の表面と前記第２の磁石の表面をそれぞれ包含する大きさに設定されている、アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３記載のアクチュエータであって、
前記第１と第２の磁石は略同一の磁石厚を有しており、
前記板状部の厚みは、前記磁石厚の４０％以上に設定されている、アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータであって、
前記電磁コイル部は、前記磁石部の回りを周回する電磁コイルを含んでおり、
前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置関係は、前記電磁コイルの中心軸に沿った方向に変化可能である、アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータであって、
前記電磁コイル部は、前記第１の磁石に対面する第１の電磁コイルと、前記第２の磁石に対面する第２の電磁コイルとを含んでおり、
前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置関係は、前記第１の電磁コイルと前記磁石部と前記第２の電磁コイルを貫通する方向とは垂直な方向に変化可能である、アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石を用いた電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、永久磁石を用いた電磁アクチュエータが広く用いられている（例えば特許文献１，２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９０７０５号公報
【特許文献２】特開２００４−２６４８１９号公報
【０００４】
永久磁石を用いた電磁アクチュエータでは、磁石のＮ極とＳ極とを利用して電磁力を発生しているが、一方において、電磁アクチュエータの構造は、磁石の磁極配置（すなわちＮ極とＳ極の存在）による種々の制約を受けるという問題があった。しかし、従来は、磁石の磁極配置による構造的な制約については工夫の余地が無いものとして認識されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来とは異なる磁石の磁極配置を有する電磁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】
上記目的を達成するために、本発明のアクチュエータは、
電磁駆動力を利用したアクチュエータであって、
磁石を含む磁石部と電磁コイルを含む電磁コイル部とを有し、前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置が変化可能な電磁アクチュエータ機構を備え、
前記磁石部は、
ヨーク材と、
前記ヨーク材を挟んで同極同士が対面した状態で前記ヨーク材にそれぞれ吸引されている第１及び第２の磁石と、
を含むことを特徴とする。
【０００７】
このアクチュエータでは、第１と第２の磁石がヨーク材を挟んで同極同士が対面した状態でヨーク材にそれぞれ吸引されているので、ヨーク材の外側に向かう種々の方向に対して同一の磁極が向けられる構成が得られる。この結果、これらの磁石による磁束を効率良く利用したアクチュエータを構成することが可能である。
【０００８】
前記ヨーク部材は、板状部を含み、
前記第１と第２の磁石は、前記板状部を挟んで前記板状部にそれぞれ吸引されているものとしてもよい。
【０００９】
この構成では、同一の板状部に第１と第２の磁石が吸引されるので、板状部の中心から外側に向かう互いに逆向きの２つの方向に同一の磁極をそれぞれ向けることができる。
【００１０】
前記ヨーク材の前記板状部の主表面は、前記板状部に面する前記第１の磁石の表面と前記第２の磁石の表面をそれぞれ包含する大きさに設定されているようにしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、第１と第２の磁石同士の反発力よりも、磁石とヨーク材の間の吸引力を大きくすることが可能である。
【００１２】
前記第１と第２の磁石は略同一の磁石厚を有しており、
前記板状部の厚みは、前記磁石厚の４０％以上に設定されているようにしてもよい。
【００１３】
この構成では、磁石とヨーク材の間の吸引力を十分に大きくすることができる。
【００１４】
前記電磁コイル部は、前記磁石部の回りを周回する電磁コイルを含んでおり、
前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置関係は、前記電磁コイルの中心軸に沿った方向に変化可能であるものとしてもよい。
【００１５】
前記電磁コイル部は、前記第１の磁石に対面する第１の電磁コイルと、前記第２の磁石に対面する第２の電磁コイルとを含んでおり、
前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置関係は、前記第１の電磁コイルと前記磁石部と前記第２の電磁コイルを貫通する方向とは垂直な方向に変化可能であるものとしてもよい。
【発明の他の態様】
【００１６】
前記アクチュエータは、さらに、
前記電磁アクチュエータ機構を制御するための制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電磁アクチュエータ機構の位置に関連する制御量の偏差に応じて基準電流値を決定する基準電流値決定部と、
前記基準電流値に基づいて前記電磁コイルを駆動する駆動部と、
を備え、
前記基準電流値決定部は、前記偏差が負値、ゼロ、正値の場合に、前記基準電流値を正値、ゼロ、負値にそれぞれ決定するようにしてもよい。
【００１７】
このアクチュエータによれば、制御量の偏差が負値、ゼロ、正値の場合に基準電流値が正値、ゼロ、負値にそれぞれ決定され、この基準電流値に基づいて電磁コイルが駆動されるので、制御量と操作量（コイル電流）とが非線形な関係にあっても、良好な制御特性を得ることができる。
【００１８】
前記基準電流値決定部は、前記偏差が負値、ゼロ、正値のいずれであるかに応じて予め設定された正電流値、ゼロ、負電流値のいずれかに前記基準電流値を決定し、
前記駆動部は、前記基準電流値で前記電磁コイルを駆動するようにしてもよい。
【００１９】
この構成によれば、３つの電流値のいずれかで電磁コイルが駆動されるので、単純な制御を実現することができる。
【００２０】
前記制御装置は、さらに、
正負の符号が同一の偏差が所定の周期で連続して発生する場合に、前記同一符号の偏差の連続発生数をカウントするカウンタと、
前記同一符号の偏差の連続発生数が増大するほど小さくなる第１の補正係数を発生する第１補正係数発生部と、
前記基準電流と前記第１の補正係数とを乗じて累算する累算部と、
を備え、
前記駆動部は、前記累算部で得られた累算値に相当する電流値に基づいて前記電磁コイルを駆動するようにしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、偏差の符号が変化したときに徐々に電流値を増大させることができるので、偏差がゼロ近傍にあるときに過度に変化を起こすことを防止できる。
【００２２】
前記制御装置は、さらに、
前記同一符号の偏差の連続発生数が増大するほど大きくなる第２の補正係数を発生する第２補正係数発生部と、
前記累算値に前記第２の補正係数を乗算する乗算部と、
を備え、
前記駆動部は、前記乗算部で得られた乗算値に相当する電流値で前記電磁コイルを駆動するようにしてもよい。
【００２３】
偏差の符号が変化したときの電流値の増大率をさらに低減できるので、偏差がゼロ近傍にあるときの過度の変化をさらに効率よく防止できる。
【００２４】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、アクチュエータ、アクチュエータのための制御装置、アクチュエータの制御方法等の態様で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A．電磁アクチュエータ機構の各種実施例：
B．制御装置の各種実施例：
C．アクチュエータの適用例：
D．変形例
【００２６】
A．電磁アクチュエータ機構の各種実施例：
図１（Ａ）は、本発明による電磁アクチュエータ機構で用いる磁石部２１０の一例の平面図であり、図１（Ｂ）はその正面図である。この磁石部２１０は、平板状のヨーク材２０と、平板状の互いに等しい形状を有する２つの永久磁石３０とで構成されている。２つの磁石３０は、同極同士を対面させた状態でヨーク材２０に吸引されている。この例では、２つの磁石３０のＳ極がヨーク材２０の主表面と接している。なお、平板状の物体の「主表面」とは、その物体の６つの面のうちで最も広い面を意味する。「主表面」を単に「表面」と呼び、他の面を「側面」と呼ぶ場合もある。なお、ヨーク材の形状が単純な平板状ではなく、板状部と非板状部（突起など）とを含む場合には、板状部の表面が「主表面」となる。
【００２７】
なお、本明細書では、磁石部を「磁石構造」とも呼び、また、電磁アクチュエータ機構の電磁コイル部（後述する）を「電磁コイル構造」又は「コイル構造」とも呼ぶ。
【００２８】
図１（Ａ）に示すように、板状のヨーク材２０の面積は、２つの磁石３０よりも大きなサイズに設定されている。換言すれば、ヨーク材２０の主表面は、磁石３０の表面を包含する大きさに設定されている。
【００２９】
図２は、実施例と比較例の磁石部を示す説明図である。図２（Ａ）に示す比較例の磁石部では、ヨーク材２０と磁石３０の主表面が同一の大きさを有している。この場合には、矢印で示すように、２つの磁石３０からの磁力線が互いに反発しあう方向に向き合うので、２つの磁石３０の間に強い反発力が働く。この結果、２つの磁石３０をヨーク材２０で保持させることは困難である。
【００３０】
一方、図２（Ｂ）に示す実施例の磁石部では、ヨーク材２０の主表面が磁石３０の主表面よりも大きいので、２つの磁石３０からの磁力線がヨーク材２０によって導かれて磁気回路（Ｎ極→ヨーク材→Ｓ極）が構成される。この結果、２つの磁石３０の間では反発力が働かず、個々の磁石３０がヨーク材２０に吸引された状態で保持される。従って、実施例の磁石部では、ヨーク材２０を挟んだ反対側の方向（図では上下方向）に、磁石３０の同じ極（この例ではＮ極）が向くような構造を安定した状態で維持することができる。
【００３１】
なお、２つの磁石３０をヨーク材２０にそれぞれ安定的に吸引させるためには、図１（Ａ）に示すように、ヨーク材２０の主表面がその全周にわたって磁石３０の主表面よりも大きい（すなわち、外側に突出している）ことが好ましい。但し、ヨーク材２０の主表面の全周の一部において、磁石３０の主表面がヨーク材２０の主表面とほぼ等しい大きさになっていても良い。また、ヨーク材２０の厚みｔ２０（図１（Ｂ））は、磁石３０の厚みｔ３０の４０％以上に設定することが好ましい。この理由は、ヨーク材２０が過度に薄いと磁力線の漏れが多くなって、２つの磁石３０同士の間に強い反発力が生じてしまう可能性があるからである。なお、ヨーク材２０としては、薄板を積層したものが好ましいが、単板として形成してもよい。また、ヨーク材２０の材質は強磁性体であれば良いが、ＳＰＣＣ鋼とすることが好ましい。
【００３２】
図３（Ａ）〜（Ｆ）は、実施例の磁石部の詳細構造の一例を示す説明図である。図３（Ａ），（Ｂ）は、磁石３０の平面図及び正面図である。磁石３０の一方の主表面には、２つの溝３４が矩形の対向する２つのコーナー部近傍に形成されている。図３（Ｃ），（Ｄ）は、ヨーク材２０の平面図及び正面図である。ヨーク材２０の上側の主表面には、磁石３０の外周に当接する突起部２１，２２と、磁石３０の溝３４に係合する係合突起２４と、２つのビス穴２６とが形成されている。また、ヨーク材２０の下側の主表面も、同じ構成を有している。図３（Ｅ），（Ｆ）は、２つの磁石３０とヨーク材２０とを組み立てた磁石部の平面図及び正面図である。組み立ての際には、まず、磁石３０の２つの溝３４の一方をヨーク材２０の係合突起２４に差し込み、その後、抑え具２７を他方の溝３４に嵌め込んで、抑え具２７をビス２８でビス穴２６に固定する。この結果、磁石３０は、係合突起２４と抑え具２７によってヨーク材２０に固定される。但し、図１及び図２で説明したように、磁石３０は磁気的な吸引力でヨーク材２０に吸引されているので、より簡単な固定手段で磁石３０をヨーク材２０に固定することも可能である。例えば、接着剤を用いて両者を固定しても良い。なお、磁石３０とヨーク材２０との間に他の部材を介挿させても良いが、両者の間の吸引力を強くする観点からは他の部材を介挿させないことが好ましい。
【００３３】
図４（Ａ）は、アクチュエータ機構の第１実施例の構成を示す側面図である。このアクチュエータ機構１００は、電磁コイル部１１０と磁石部２１０とを有している。電磁コイル部１１０のコイルは、磁石部２１０の回りを周回している。また、電磁コイル部１１０は、図示しない支持部材に固定されており、その支持部材上に磁石部２１０の位置を検出するための位置センサ１２０が設けられている。この位置センサ１２０としては、ホール素子などの磁気センサを用いることができ、また、光学エンコーダなどの他の種類の位置センサを用いることも可能である。
【００３４】
この構成では、電磁コイル部１１０のコイルが磁石部２１０の回りを周回しているので、電磁コイル部１１０に電流を流すと、図４（Ａ）のコイルの上側部分と下側部分には反対向きの電流が流れる。一方、磁石部２１０からは上方向と下方向に同じ向きの磁界が発生している。従って、コイルに電流を流すと、コイルの上側部分と下側部分において同じ向き（左向き又は右向き）の駆動力を発生させることができる。例えば、磁石部２１０を左端位置（図１（Ａ））から右方向に移動させるときには、電磁コイル部１１０に対して所定の方向に電流が流される。また、磁石部２１０を左方向に移動させるときには、これとは逆方向に電流が流される。
【００３５】
このように、図４に示すアクチュエータ機構では、磁石部２１０の回りを周回する電磁コイルの上側部分と下側部分で同じ方向に駆動力が発生するので、駆動方向以外の無駄な方向に力が働くことを防止することができる。この結果、駆動方向以外の無駄な電磁力に起因する振動や騒音がほとんど発生しないという利点がある。
【００３６】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、磁石部の種々のヨーク構造を示している。図５（Ａ）の磁石部２０１は、図１（Ｂ）に示した磁石部２１０の上側と下側に、第２のヨーク材４０を追加した構成を有している。電磁コイル部は、磁石３０と第２のヨーク材４０との間の間隙に設置される。この構成によれば、コイルの磁気の漏れを防止することができる。図５（Ｂ）の磁石部２０２は、図５（Ａ）に示す磁石部２０１の横側の一方に、第３のヨーク材４２を追加した構成を有している。図５（Ｃ）の磁石部２０３は、図５（Ａ）に示す磁石部２０１の横側の両方に、第３のヨーク材４２を追加した構成を有している。図５（Ｂ），（Ｃ）の構成では、閉じた磁気回路を形成することができるので、効率を向上させることが可能である。図５（Ｄ）の磁石部２０４は、図５（Ｃ）に示す磁石部２０３の上下にある第２のヨーク材４０の内側に、磁石３２をそれぞれを追加した構成を有している。この構成によれば、電磁コイルの磁束をより有効に利用して、より大きなトルクを発生させることができる。
【００３７】
図６（Ａ）〜（Ｆ）は、磁石部の他の構造を示している。図６（Ａ），（Ｂ）は、ヨーク材２０ｅと磁石３０ｅのみの組立体を示す正面図及び側面図であり、図６（Ｃ）はヨーク材２０ｅと磁石３０ｅの斜視図である。この磁石部２１０ｅは、断面略十字形の長尺のヨーク材２０ｅと、ヨーク材２０ｅの十字の周囲にある４つの位置に嵌め込まれた４つの長尺の磁石３０ｅとを有している。図６（Ｂ）に示すように、個々の磁石３０ｅの断面は１／４円（中心角が９０度の扇型）であり、中心角の部分が一方の極（Ｓ極）となり弧の部分が他方の極（Ｎ極）になるように磁化されている。なお、図６（Ｂ）に示すように、ヨーク材２０ｅと磁石３０ｅが互いに接する面（接触面）のうちで、ヨーク材２０ｅの接触面の方が磁石３０ｅの接触面よりも大きいことが好ましい。図６（Ｄ），（Ｅ）は、キャップ５０の側面図及び正面図である。このキャップ５０は、図６（Ｆ）に示すように、ヨーク材２０ｅと４つの磁石３０ｅの組立体の両端に被せられる。キャップ５０の内側には、略十字形の溝５０ａが形成されており、この溝５０ａに十字形のヨーク材２０ｅの端部が収納される。また、キャップ５０は、ビス５２によってヨーク材２０ｅに固定される。この磁石部２１０ｅは、断面が略円形であり、その周囲の全周が一方の極（この例ではＮ極）に磁化されている構造を有している。従って、この磁石部２１０ｅの周囲に環状の電磁コイルを設けるようにすれば、電磁コイルのほとんどすべての部分から駆動力を発生させることができる。
【００３８】
図７（Ａ）〜（Ｄ）は、磁石部のさらに他の構造を示している。図７（Ａ），（Ｂ）の磁石部２１０ｆは、断面略四角形の中空で長尺のヨーク材２０ｆと、ヨーク材２０ｆの４つの側面に嵌め込まれた４つの長尺の磁石３０ｆとを有している。個々の磁石３０ｆは板状の形状を有しており、内側がＳ極となり、外側がＮ極になるように磁化されている。なお、ヨーク材２０ｆの断面の４つのコーナー部には、磁石３０ｆの収納空間を区切るための突起がそれぞれ設けられている。この磁石部２１０ｆは、断面が略矩形形状であり、その周囲の全周が一方の極（この例ではＮ極）に磁化されている構造を有している。従って、この磁石部２１０ｆの周囲に略矩形状に巻き回された電磁コイルを設けるようにすれば、電磁コイルのほとんどすべての部分から駆動力を発生させることができる。
【００３９】
図７（Ｃ），（Ｄ）の磁石部２１０ｇは、断面略三角形の長尺のヨーク材２０ｇと、ヨーク材２０ｇで区切られた３つの空間に嵌め込まれた３つの長尺の磁石３０ｇとを有している。個々の磁石３０ｇは板状の形状を有しており、内側がＳ極となり、外側がＮ極になるように磁化されている。なお、ヨーク材２０ｆの断面の３つのコーナー部には、磁石３０ｇの収納空間を区切るための突起がそれぞれ設けられている。この磁石部２１０ｇは、断面が略三角形形状であり、その周囲の全周が一方の極（この例ではＮ極）に磁化されている構造を有している。従って、この磁石部２１０ｇの周囲に略三角形状に巻き回された電磁コイルを設けるようにすれば、電磁コイルのほとんどすべての部分から駆動力を発生させることができる。
【００４０】
以上の各種の例からも理解できるように、磁石部の断面の形状としては種々のもの（多角形や円形などの幾何学形状など）を採用することが可能である。また、電磁コイルの形状は、磁石部の断面の形状と整合するもの（略相似形）にすることが好ましい。このような磁石部と電磁コイルを利用すれば、効率の良いリニアアクチュエータを得ることが可能である。また、このようなリニアアクチュエータでは、駆動方向と垂直な方向に無駄な力が発生しないので、振動や騒音の少ないアクチュエータを構成することが可能である。
【００４１】
図８（Ａ），（Ｂ）は、アクチュエータ機構の第２実施例の構成を示す説明図である。このアクチュエータ機構１００ａの磁石部２１０ａは、ヨーク材２０ａの上面と下面に磁石３０ａを２個ずつ設けたものである。ヨーク材２０ａの中央には２つの磁石３０ａの収納空間を仕切るための突起２１ａが設けられているが、この突起２１ａは省略してもい。図８（Ｂ）に示すように、磁石部２１０ａの断面は略矩形状を有しており、電磁コイル部１１０ａのコイルは、磁石部２１０ａの回りを周回している。なお、位置センサは図示が省略されている。このアクチュエータ機構１００ａも、図４に示した機構と同様な方法で駆動力を発生させることができる。なお、ヨーク材をより長尺にして、より多数の磁石を設けるようにすることも可能である。
【００４２】
図９（Ａ），（Ｂ）は、アクチュエータ機構の第３実施例の構成を示す説明図である。このアクチュエータ機構１００ｂの磁石部２１０ｂは、略中空円筒形の３つの磁石３０ｂの間をヨーク材２０ｂで仕切ったものである。図９（Ｂ）に示すように、磁石部２１０ｂの断面は略中空円形を有しており、電磁コイル部１１０ｂのコイルは、磁石部２１０ｂの回りを周回している。なお、位置センサは図示が省略されている。このアクチュエータ機構１００ｂも、図８に示した機構と同様な方法で駆動力を発生させることができる。なお、ヨーク材をより長尺にして、より多数の磁石を設けるようにすることも可能である。
【００４３】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、アクチュエータ機構の第４実施例の構成を示す説明図である。このアクチュエータ機構１００ｃの磁石部２１０ｃは、ヨーク材２０ｃの上面と下面に磁石３０ｃを２個ずつ設けたものである。ヨーク材２０ｃの上面に配置された２つの磁石３０ｃは磁化方向が逆である。下面側も同様である。但し、ヨーク材２０ｃを挟んで対向している磁石３０ｃ同士は、同じ極がヨーク材２０ｃを向くように設置されている。電磁コイル部１１０ｃのコイルは、磁石部２１０ｃも上側と下側にそれぞれ設けられている。また、上側のコイルには位置センサ１２０が設けられている。電磁コイル部１１０ｃに電流を流すことによって、図１０（Ａ）〜（Ｃ）の範囲で磁石部２１０ｃを移動させることが可能である。但し、移動の際には、上側のコイルと下側のコイルに逆向きの電流が供給される。
【００４４】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、アクチュエータ機構の第５実施例の構成を示す説明図である。このアクチュエータ機構１００ｄの磁石部２１０ｄも、ヨーク材２０ｃの上面と下面に磁石３０ｃを２個ずつ設けたものである。但し、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示した機構とは異なり、各磁石３０ｄの両極が移動方向（矢印の方向）に沿って配置されている。なお、この実施例も、ヨーク材２０ｄを挟んで磁石３０ｄの同じ極同士が向かい会っており、各磁石３０ｄがヨーク材２０ｄに磁力で吸引されている点は、図１０（Ａ）〜（Ｃ）の実施例と同じである。また、電磁コイル部１１０ｄに電流を流すことによって、図１１（Ａ）〜（Ｃ）の範囲で磁石部２１０ｄを移動できる点も同様である。
【００４５】
図１２（Ａ），（Ｂ）は、アクチュエータ機構の第６実施例の構成を示す正面図及び側面図である。このアクチュエータ機構１００ｅは、図５（Ａ）に示した磁石部２０１を利用し、これに電磁コイル部１１０を追加してケース４４に収納したものである。電磁コイル部１１０のコイルは、コイル保持部材１１２（コイルボビン）によって保持されている。図１２（Ａ）の矢印で示すように、この例では電磁コイル部１１０が左右に移動する。図１２（Ｂ）に示すように、電磁コイル部１１０には可動部６０が連結されており、電磁コイル部１１０が移動するとこれに伴って可動部６０も移動する。
【００４６】
図１３（Ａ），（Ｂ）は、アクチュエータ機構の第７実施例の構成を示す正面図及び側面図である。このアクチュエータ機構１００ｆは、図５（Ｃ）に示した磁石部２０３を利用し、これに電磁コイル部１１０を追加したものである。電磁コイル部１１０のコイルは、コイル保持部材１１２（コイルボビン）によって保持されている。図５（Ｃ）の磁石部２０３は、その周囲がヨーク材４０，４２で覆われていたので、図１３の例ではこれらのヨーク材４０，４２がケースとしての役割も果たしている。
【００４７】
図１４（Ａ），（Ｂ）は、アクチュエータ機構の第８実施例の構成を示す正面図及び側面図である。このアクチュエータ機構１００ｇは、図５（Ｄ）に示した磁石部２０４を利用し、これに電磁コイル部１１０を追加したものである。電磁コイル部１１０のコイルは、コイル保持部材１１２（コイルボビン）によって保持されている。この例でも、ヨーク材４０，４２が、ケースとしての役割も果たしている。
【００４８】
図１５（Ａ）〜（Ｅ）は、アクチュエータ機構の第９実施例の構成を示す説明図である。図１５（Ｄ），（Ｅ）は、磁石部２１０の正面図及び側面図である。磁石部２１０の周囲には、電磁コイル部１１０が設けられている。電磁コイル部１１０の位置は、中心位置センサ１２０とエンコーダ１３０によって検出される。図１５（Ａ）〜１５（Ｃ）は、電磁コイル部１１０が中心位置から右側又は左側に移動する様子を示している。右方向に移動する場合と左方向に移動する場合では、電流の方向が逆転する。
【００４９】
以上の説明から理解できるように、アクチュエータ機構としては種々の構造を採用することが可能である。なお、上述の種々のアクチュエータ機構は、ヨーク材を挟んで同極同士が対面した状態で複数の磁石がヨーク材にそれぞれ吸引されている点で共通していることが理解できる。また、これらのアクチュエータ機構では、駆動方向と垂直な方向に無駄な力が発生しないので、振動や騒音の少ないアクチュエータを構成することが可能である。
【００５０】
B．制御装置の各種実施例：
B-1．制御装置の第１実施例：
【００５１】
図１６は、アクチュエータ機構用の制御装置の第１実施例における位置制御時の電流変化の様子を示している。第１実施例では、アクチュエータ機構１００（図４）が左方向に移動する場合には、正の一定の電流値Ｉｐが電磁コイル部１１０に印加される。一方、アクチュエータ機構１００が右方向に移動する場合には、負の一定の電流値Ｉｎが電磁コイル部１１０に印加される。このように、制御装置の第１実施例では、制御量（アクチュエータ機構の位置）と操作量（電磁コイル部１１０の電流値）とが非線形な関係に設定されている。従って、以下に説明するように、ＰＩＤ制御とは異なる原理で位置制御が行われる。なお、位置と電流値とが非線形な関係に設定されている理由は、両者を線形な関係に設定すると、位置偏差が小さいときに、位置偏差をゼロに十分近づけることができない可能性があるからである。
【００５２】
図１７は、アクチュエータ機構用の制御装置の第１実施例のブロック図である。この制御装置４００は、ユーザによって指定された位置指令値Ａ０と、位置センサ１２０からの位置信号Ａ３とに基づいて、電磁コイル部１１０に流す電流値Ａ７を調整することによって位置制御を実現している。なお、各部の設定値がユーザによって設定されると、ＣＰＵ４１０を介して各部にその設定値が登録される。ユーザが設定値を入力するための操作部は図示が省略されている。
【００５３】
図１８は、制御装置４００の動作を示すタイミングチャートである。制御装置４００内の各部は、ＰＬＬ回路４９０によって生成された第１のクロック信号Ａ１と、制御信号発生部４８０によって生成された第２のクロック信号Ａ２とに同期して処理を実行する。例えば、図１８に示すように、第２のクロック信号Ａ２の１パルスが発生するたびに指令値Ａ０と位置信号Ａ３との偏差Ａ４が算出され、この偏差Ａ４に基づいて電流値が決定される。なお、図１８の例では、第２のクロック信号Ａ２は、第１のクロック信号Ａ１の１／１２８の割合でパルスが発生する信号である。
【００５４】
図１７に示すように、位置センサ１２０からの位置信号Ａ３は、Ａ−Ｄ変換器４２０によってデジタル信号に変換されて位置比較部４４０（減算器）に入力される。また、ユーザによって入力された位置指令値Ａ０は、ＣＰＵ４１０によって位置指令記憶部４３０に格納され、位置指令記憶部４３０から位置比較部４４０に供給される。位置比較部４４０は、位置信号Ａ３と位置指令値Ａ０との偏差Ａ４（＝Ａ３−Ａ０）を算出して、電流値決定部４５０に供給する。図１８の例では、偏差Ａ４は、最初はマイナスの値を取り、目標位置に達するとゼロになるが、その後もゼロ付近で若干振動している。これは、若干の外力（例えば重力など）が働いているためである。なお、一定値の指令値の代わりに、ＣＰＵ４１０から一定の周波数を有する正弦波に沿った指令値を供給することによって、等速運動を行うアクチュエータとして使用することも可能である。
【００５５】
図１９は、電流値決定部４５０の内部構成を示すブロック図である。電流値決定部４５０は、３値判定部４５２と、３つの基準電流値レジスタ４５４〜４５６とを有している。３値判定部４５２は、偏差Ａ４が負値、ゼロ、正値のいずれであるかを判定する。偏差Ａ４が負値のときには、第１の基準電流値レジスタ４５４から所定の正の基準電流値ＣＶref ＝＋１２７が出力される。また、偏差Ａ４がゼロのときには第２の基準電流値レジスタ４５５からゼロ電流値ＣＶref ＝０が出力され、偏差Ａ４が正値のときには第３の基準電流値レジスタ４５５から所定の負の基準電流値ＣＶref ＝−１２８が出力される。この説明から理解できるように、「電流値が正」とは、位置偏差を負値からゼロに近づけるときの駆動力を発生させるための電流の方向を意味しており、また、「電流値が負」とは、位置偏差を正値からゼロに近づけるときの駆動力を発生させるための電流の方向を意味している。なお、正の基準電流値と負の基準電流値の絶対値を同じ値に設定してもよく、また、互いに異なる値に設定してもよい。
【００５６】
３値判定部４５２は、さらに、偏差Ａ４が負値、ゼロ、正値のいずれであるかを示す３つの偏差符号信号ＵＰ，ＥＱＵ，ＤＯＷＮを出力する。図１８に示すように、第１の偏差符号信号ＵＰは、偏差Ａ４が負値の時にＨレベルとなり、ゼロまたは正値のときにＬレベルとなる。第２の偏差符号信号ＥＱＵは、偏差Ａ４がゼロの時にのみＨレベルとなり、負値または正値のときにＬレベルとなる。第３の偏差符号信号ＤＯＷＮは、偏差Ａ４が正値の時にＨレベルとなり、ゼロまたは負値のときにＬレベルとなる。電流値決定部４５０で生成された信号Ａ５（基準電流値ＣＶref 及び偏差符号信号ＵＰ，ＥＱＵ，ＤＯＷＮ）は、駆動信号生成部４６０（図１７）に供給される。
【００５７】
図２０は、駆動信号生成部４６０の内部構成を示すブロック図である。駆動信号生成部４６０は、正負判定部４６１と、絶対値取得部４６２と、カウンタ４６３と、極性選択部４６４と、比較部４６５とを有している。正負判定部４６１は基準電流値ＣＶref の符号（正、ゼロ、負）を判定し、絶対値取得部４６２は基準電流値ＣＶref の絶対値を取得して比較部４６５に供給する。カウンタ４６３は、第１のクロックＡ１のパルス数をカウントして比較部４６５に供給する。なお、カウンタ４６３のカウント値は第２のクロックＡ２のパルスに応じて０にリセットされる。従って、カウンタ４６３は、０〜１２７までのカウント値を繰り返し発生している。
【００５８】
極性選択部４６４は、正負判定部４６１と比較部４６５からの信号に応じて、２組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ），（ＮＨ，ＮＬ）を生成する。これらの２組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ），（ＮＨ，ＮＬ）は、駆動回路部４７０内にあるＨブリッジ回路の４つのトランジスタのゲートに供給される信号である。第１組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ）は、基準電流値ＣＶref が正のときに、カウンタ４６３のカウント値が基準電流値ＣＶref の絶対値に等しいパルスカウント値に達するまでの間だけＨレベルに保たれ、他の期間はＬレベルに設定される。一方、第２組の（ＮＨ，ＮＬ）は、基準電流値ＣＶref が負のときに、カウンタ４６３によるカウント値が、基準電流値ＣＶref の絶対値に等しいパルスカウント値に達するまでの間だけＨレベルに保たれ、他の期間はＬレベルに設定される。基準電流値ＣＶref がゼロのときには、２組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ），（ＮＨ，ＮＬ）はＬレベルに維持される。こうして得られた２組の信号（ＰＨ，ＰＬ），（ＮＨ，ＮＬ）を含む駆動信号Ａ６は、駆動回路部４７０に供給される。
【００５９】
なお、図１８からも理解できるように、制御装置の第１実施例においては、第１組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ）は、電流値決定部４５０で生成される第１の偏差符号信号ＵＰと同じ波形を有している。また、第２組の駆動信号（ＮＨ，ＮＬ）は、第３の偏差符号信号ＤＯＷＮと同じ波形を有している。従って、第１実施例では駆動信号生成部４６０を省略することも可能である。
【００６０】
図２１は、駆動回路部４７０の内部構成を示している。駆動回路部４７０は、レベルシフタ回路４７２と、Ｈブリッジ回路４７４とを有している。レベルシフタ回路４７２は、２組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ），（ＮＨ，ＮＬ）の電圧レベルを、Ｈブリッジ回路４７４のトランジスタのゲート電圧に適した電圧レベルに上昇させる機能を有する。こうして電圧レベルが調整された２組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ），（ＮＨ，ＮＬ）は、Ｈブリッジ回路４７４の４つのトランジスタのゲートに印加され、これに応じて電磁コイル部１１０に電流Ａ７が流れる。このコイル電流Ａ７は、図１６，図１８に示すように、正の基準電流値Ｉｐと、ゼロと、負の基準電流値Ｉｎのいずれかの値を取る。正の基準電流値Ｉｐと、負の基準電流値Ｉｎは、電流値決定部４５０（図１９）で決定された基準電流値ＣＶref に相当する値である。なお、図１８では、コイル電流Ａ７がゼロの期間には、ハイインピーダンス状態であることを示す文字「ＨｉＺ」が記されている。
【００６１】
このように、第１実施例では、位置の目標値（指令値）と実測値との偏差Ａ４が負値、ゼロ、正値のいずれであるかに応じて、基準電流値ＣＶref を所定の正値、ゼロ、負値のいずれかに設定し、この基準電流値ＣＶref に相当するコイル電流Ａ７を電磁コイル部１１０に流すようにしている。従って、図１６に示すように制御量（位置）と操作量（電流）とが非線形な関係にあるにも拘わらず、アクチュエータを所望の位置に位置決めすることが可能である。
【００６２】
また、電磁コイル部１１０の電流値は、デジタル回路によって決定されているので、アナログ回路を用いる場合に比べてＩＣ化が容易である。制御装置をＩＣ化すれば、部品コストを低減することができ、また、部品変動による動作バラツキや温度変動に起因する動作バラツキを少なくできるという利点がある。
【００６３】
B-2．制御装置の第２実施例：
図２２は、第２実施例における電流値決定部４５０ａの内部構成を示すブロック図である。また、図２３は、制御装置の第２実施例の動作を示すタイミングチャートである。第２実施例は、電流値決定部の構成が第１実施例と異なるだけであり、他の構成は第１実施例と同じである。
【００６４】
この電流値決定部４５０ａは、偏差限界値記憶部６００と、３値判定部６０２と、電流値テーブル６０４と、カウンタ６０６と、係数発生部６０８と、乗算器６１０と、積分器（累算器）６１２とを有している。３値判定部６０２は、図１９に示した３値判定部４５２と同様に３つの偏差符号信号ＵＰ，ＥＱＵ，ＤＯＷＮを出力し、また、偏差Ａ４を電流値テーブル６０４に供給する。なお、この３値判定部６０２は、入力された偏差Ａ４が偏差限界値記憶部６００に予め記憶されている上限値と下限値を越えている場合には、上限値又は下限値に偏差Ａ４をクリッピングする機能も有している。この理由は、偏差Ａ４の範囲を電流値テーブル６０４の入力レンジに合わせるためである。電流値テーブル６０４は、３値判定部６０２から出力された偏差Ａ４に応じて基準電流値Ａ４−３を出力するテーブルである。
【００６５】
図２４は、電流値テーブル６０４の内容を示すグラフである。横軸は偏差Ａ４であり、縦軸は基準電流値Ａ４−３である。基準電流値Ａ４−３は、第１実施例の電流値決定部４５０（図１９）で使用されていた基準電流値ＣＶref に対応するものである。但し、第２実施例では、基準電流値Ａ４−３は一定値では無く、偏差Ａ４に応じて曲線状に変化する。但し、偏差Ａ４がゼロに近いゼロ近傍範囲ＺＰＲでは、基準電流値Ａ４−３がゼロに維持されている。このゼロ近傍範囲ＺＰＲは、位置決め精度の許容誤差に相当する範囲に設定されている。電流値テーブル６０４から出力された基準電流値Ａ４−３は、乗算器６１０に供給される。
【００６６】
カウンタ６０６は、３つの偏差符号信号ＵＰ，ＥＱＵ，ＤＯＷＮに応じて、偏差Ａ４が同一の符号（正又は負）に維持されている期間においてクロック信号Ａ２のパルス数をカウントアップして、カウント値Ａ４−１を出力する。このカウント値Ａ４−１は、同一の符号を有する偏差Ａ４が連続して発生する場合の連続発生数であり、偏差Ａ４がゼロになるか、または偏差Ａ４の符号が切り替わると０にリセットされる（図２３参照）。このカウント値Ａ４−１を、「同一符号連続発生数」とも呼ぶ。カウント値Ａ４−１は、係数発生部６０８に供給される。
【００６７】
係数発生部６０８は、同一符号連続発生数Ａ４−１が増大するほど小さくなる係数Ａ４−２を出力する。具体的には、図２３に示すように、係数Ａ４−２は、１から始まって１／２を順次乗じた値（１，０．５，０．２５，０．１２５…）となる。また、同一符号連続発生数Ａ４−１がゼロになると、係数Ａ４−２は１に初期化される。但し、係数Ａ４−２の減少の仕方は、他の態様に設定することも可能である。この係数Ａ４−２は、乗算器６１０において基準電流値Ａ４−３と乗算され、乗算結果が積分器６１２で累算される。なお、積分器６１２には、上限値（＝＋１２７）と下限値（＝−１２８）が予め設定されており、累算結果ＣＶｍはこれらの限界値の範囲内にクリッピングされている。累算器６１２の出力ＣＶｍは、電磁コイルに供給される電流値に相当する値である。この電流値ＣＶｍと、３つの偏差符号信号ＵＰ，ＥＱＵ，ＤＯＷＮが電流値決定部４５０ａから出力されて駆動信号生成部４６０（図１７）に与えられる。
【００６８】
駆動信号生成部４６０の動作は、第１実施例と同じである。但し、図１８と図２３を比較すれば理解できるうように、駆動信号生成部４６０に入力される信号Ａ５のうち、第１実施例の電流値ＣＶref は３つの基準電流値（＋１２７，０，−１２８）のいずれかであったのに対して、第２実施例の電流値ＣＶｍはより細かく変化している。このため、駆動信号生成部４６０で生成される２組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ），（ＮＨ，ＮＬ）も図１８のものと異なっている。すなわち、第１組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ）は、電流値ＣＶｍが正のときに、カウンタ４６３（図２０）によるカウント値が、電流値ＣＶｍの絶対値に等しい値に達するまでの間だけＨレベルに保たれ、他の期間はＬレベルに設定される。一方、第２組の（ＮＨ，ＮＬ）は、電流値ＣＶｍが負のときに、カウンタ４６３によるカウント値が、電流値ＣＶｍの絶対値に等しい値に達するまでの間だけＨレベルに保たれ、他の期間はＬレベルに設定される。この結果、２組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ），（ＮＨ，ＮＬ）は、電流値ＣＶｍに相当する期間だけＨレベルとなるような信号となる。また、電磁コイルに供給される電流Ａ７も、２組の駆動信号（ＰＨ，ＰＬ），（ＮＨ，ＮＬ）の波形に応じた期間にのみ一定電流値Ｉｐ又はＩｎとなる。従って、電磁コイル流れる電流Ａ７の実効的な値（すなわち実効的な電力量）は、電流値ＣＶｍに相当していることが理解できる。
【００６９】
このように、第２実施例では、同一符号の偏差Ａ４が連続して発生する場合に次第に減少する係数Ａ４−２を生成し、この係数Ａ４−２と、偏差Ａ４に応じて決まる基準電流値Ａ４−３とを乗じて累算し、その累算結果ＣＶｍに相当する電流で電磁コイルを駆動している。この結果、偏差Ａ４がゼロに近い位置で偏差Ａ４の符号が変化したときに、電流値Ｃｍの絶対値を徐々に増大させるようにして、過度の位置変化を起こさないようにすることができる。具体例では、図２３において、偏差Ａ４の符号がゼロからプラスに変化したときに、電流値ＣＶｍが−４０，−６５と徐々に変化している。一方、図１８に示した第１実施例では、これらのタイミングにおける電流値ＣＶref は−１２７，−１２７であり、第２実施例よりも電流値の絶対値が大きい。従って、第２実施例では、偏差Ａ４がゼロに近い位置において、過度な位置変化を起こす可能性が第１実施例よりも小さく、位置制御の精度が良いという利点がある。
【００７０】
B-3. 制御装置の第３実施例：
図２５は、制御装置の第３実施例の構成を示すブロック図である。また、図２６は、制御装置の第３実施例の動作を示すタイミングチャートである。この制御装置４００ａは、制御装置の第１実施例（図１７）の構成から、電流値決定部４５０を第２実施例の電流値決定部４５０ａ（図２２）に置き換え、また、電流値決定部４５０ａと駆動信号生成部４６０との間に極性緩和部６２０を追加した構成を有している。換言すれば、制御装置の第３実施例は、第２実施例の装置に極性緩和部６２０を追加した構成を有している。
【００７１】
図２７は、極性緩和部６２０の内部構成を示すブロック図である。極性緩和部６２０は、アップダウン連続判定部６２２と、カウンタ６２４と、緩和係数テーブル６２６とを有している。アップダウン連続判定部６２２は、電流値決定部４５０ａのカウンタ６０６（図２２）と同様に、３つの偏差符号信号ＵＰ，ＥＱＵ，ＤＯＷＮに応じて、同一符号（正又は負）の連続発生数Ｍｔをカウントアップする。従って、この連続発生数Ｍｔは、電流値決定部４５０ａのカウンタ６０６で生成される同一符号連続発生数Ａ４−３と同じ値を取る。緩和係数テーブル６２６は、この連続発生数Ｍｔに応じた緩和係数Ａ５Ｓｉｎを出力する。この緩和係数Ａ５Ｓｉｎは、例えば以下の式で与えられる。
Ａ４Ｓｉｎ＝ｓｉｎ（Ｍｔ／ｋ）
ここで、ｋは定数であり、図２６の例ではｋ＝６に設定されている。
【００７２】
なお、緩和係数Ａ５Ｓｉｎとしては、同一符号連続発生数Ｍｔが増大するほど大きくなるような任意の係数を採用することができる。但し、緩和係数Ａ５Ｓｉｎの値は、０〜１の範囲の値を取ることが好ましい。
【００７３】
乗算器６２８は、この緩和係数Ａ５Ｓｉｎと電流値ＣＶｍとを乗算し、その乗算結果Ａ５Ｓを最終的な電流値として駆動信号生成部４６０に供給する。図２６から理解できるように、この電流値Ａ５Ｓは、偏差Ａ４の符号が同一に維持されている期間において、次第に増大する値を取る。電磁コイルは、この電流値Ａ５Ｓに相当する電流で駆動される。
【００７４】
このように、第３実施例では、偏差Ａ４の符号が同一に維持されている期間において、コイル電流が次第に増大するようにコイル電流値が決定される。従って、第２実施例の効果に加えて、偏差Ａ４の符号が正から負へ、又は、負から正へ切り替わるときに、コイル電流が徐々に増大するように制御を行うことができるという効果がある。すなわち、偏差Ａ４の符号が切り替わるときに、過度な位置変化を起こす可能性をさらに低減することができる。
【００７５】
C．アクチュエータの適用例：
図２８は、本発明の実施例によるアクチュエータの第１の適用例としての羽根部材駆動機構を示す説明図である。この羽根部材駆動機構５１０は、中心軸５１２回りに回動可能な羽根部材５１４と、この羽根部材５１４を移動させるアクチュエータ機構１００とを備えている。このアクチュエータ機構１００は、図１０に示した機構を曲線に沿った形状に修正したものである。アクチュエータ機構１００の磁石部２１０は、羽根部材５１４の一端に固定されており、電磁コイル部１１０は図示しない支持部材に固定されている。但し、電磁コイル部１１０と磁石部２１０は、中心軸５１２を中心とする円周に沿って配置されている。アクチュエータ機構１００を動作させると、羽根部材５１４が中心軸５１２を中心として回動する。前述したように、アクチュエータ機構１００は位置制御が可能なので、羽根部材５１４を所望の位置に位置決めすることが可能である。なお、この適用例では、「位置」とは羽根部材５１４の角度を意味している。このような羽根部材５１４を多数用いることによって、光学装置の絞り機構を構成することが可能である。
【００７６】
図２９は、本発明の実施例によるアクチュエータの第２の適用例としてのレバー駆動機構を示す説明図である。このレバー駆動機構５２０は、中心軸５２２回りに回動可能なレバー５２４と、このレバー５２４を移動させるアクチュエータ機構１００とを備えている。アクチュエータ機構１００の磁石部２１０とレバー５２４の向かい合う箇所には、互いに噛み合うギア５２６，５２８が固定されている。一方のギア５２６は平歯車であり、他方のギア５２８は半円形の歯車である。電磁コイル部１１０は図示しない支持部材に固定されている。磁石部２１０の直線運動は、ギア５２６，５２８によって回転運動に変換される。アクチュエータ機構１００を動作させると、レバー５２４が中心軸５２２を中心として回動する。この結果、レバー５２４を所望の位置に位置決めすることが可能である。
【００７７】
図３０は、本発明の実施例によるアクチュエータの第３の適用例としての突起部材駆動機構を示す説明図である。この突起部材駆動機構５３０は、中心軸５３２回りに回動可能な突起部材５３４と、この突起部材５３４を移動させる２つのアクチュエータ機構１００とを備えている。各アクチュエータ機構１００の磁石部２１０の一端には、リンク保持部材５３８が固定されており、電磁コイル部１１０は図示しない支持部材に固定されている。２つのリンク保持部材５３８は、同一平面上に配置された２つの直線状リンク５３６（Ｘ１軸及びＸ２軸）によって突起部材５３４にそれぞれ連結されている。２つのアクチュエータ機構１００を動作させると、突起部材５３４が中心軸５３２を中心として回動する。この結果、突起部材５３４の先端にある突起５３４ａを、所望の角度に位置決めすることが可能である。
【００７８】
図３１は、本発明の実施例によるアクチュエータの第４の適用例としての３次元駆動機構を示す説明図である。この３次元駆動機構５４０は、駆動対象部材５４２を３次元的に移動させる３つのアクチュエータ機構１００を備えている。各アクチュエータ機構１００の磁石部２１０の一端には、リンク保持部材５４８が固定されており、電磁コイル部１１０は図示しない支持部材に固定されている。３つのリンク保持部材５４８は、直線状リンク５４６によって駆動対象部材５４２にそれぞれ連結されている。３つのアクチュエータ機構１００の磁石部２１０及びリンク保持部材５４８は、互いに直交する３つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に沿って移動する。この結果、３つのアクチュエータ機構１００を動作させると、駆動対象部材５４２を３次元的に位置決めすることが可能である。
【００７９】
図３２は、本発明の実施例によるアクチュエータの第５の適用例としての環状アクチュエータを示す説明図である。この環状アクチュエータ５５０は、中空円筒状のケース５５２と、ケース５５２内に収納されて回動軸５５４回りに回動するロータ５５６とを備えている。ロータ５５６の回動軸５５４は、ケース５５２の軸受け５５６によって保持されている。ロータ５５６には磁石部２１０が配置されており、磁石部２１０の周囲には電磁コイル部１１０が配置されている。図３２（Ｂ）は、コイルと磁石の配置をそれぞれ示している。この環状アクチュエータ５５０では、ロータ５５６が４５度の範囲で回動することが可能である。
【００８０】
図３３は、本発明の実施例によるアクチュエータの第６の適用例としての電磁サスペンションを示す説明図である。この電磁サスペンション５６０は、磁石部２１０が固定されたサスペンション本体５６２と、磁石部２１０に対向する位置において支持部材５６４に固定された電磁コイル部１１０と、下端リミッタ５６６とを備えている。電磁コイル部１１０には、位置センサ１２０が設けられている。このアクチュエータ５６０では、電磁コイル部１１０に流す電流を調整することによって、サスペンションの力と位置を調整し、上向きと下向きの振動応力を吸収することが可能である。
【００８１】
図３４は、本発明の実施例によるアクチュエータの第７の適用例としてのプリンタヘッド駆動装置を示す説明図である。このプリンタヘッド駆動装置５７０は、図１５に示したアクチュエータ機構１００ｈと同じ機構を用いてプリンタヘッドのキャリッジ５７２を移動させるものである。キャリッジ５７２は、電磁コイル部１１０に連結されており、ガイドレール５７４に沿って案内される。このアクチュエータ機構１００は一種のリニアモータであり、一定の電流を流すことによってキャリッジ５７２を一定速度で移動させることが可能である。
【００８２】
図３５は、本発明の実施例によるアクチュエータの第８の適用例としての角度サーボ制御装置を示す説明図である。図３５（Ａ）は平面図、図３５（Ｂ）は側面図である。この装置に利用されているアクチュエータ機構の磁石部２１０は、円盤状のヨーク材２０の上下に円盤状の２個の磁石３０が配置されたものである。各磁石３０は、主表面に平行な方向に磁化されている。図３５（Ａ）の状態では、磁石３０の右側がＳ極で、左側がＮ極となっている。磁石部２１０の周囲には、電磁コイル部１１０の２つのコイルが設置されている。これらのコイルは、略円形状の磁石部２１０の上下を挟み込むように、磁石部２１０の主表面とは垂直な方向に巻き回されている。なお、磁石部２１０の中心は、回転軸５８２に固定されており、回転軸５８２は軸受け５８４で保持されている。また、ケース４４の上側と下側には、第２のヨーク材４０が設けられている。この角度サーボ制御装置５８０では、電磁コイル部１１０に電流を流すことによって、図３５（Ａ），（Ｃ），（Ｄ）に示すように、磁石部２１０を右側及び左側に回動させることが可能である。なお、磁石部２１０の外側には、回動角を検出するための位置センサ１２０が設けられている。
【００８３】
D．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８４】
D１．変形例１：
制御装置の各種の実施例では、位置を制御量としていたが、位置以外の種々のものを制御として利用することができる。例えば、光量（例えば照明光学系の開口絞りを調節するアクチュエータの場合）や、流量や流速（流量調整弁用のアクチュエータの場合）などを制御量としてもよい。これらの制御量も、アクチュエータの位置に応じて変わるので、アクチュエータの位置に関連しているものと考えることができる。また、一般に、制御量を直接的又は間接的に測定するためのセンサを設けることが好ましい。
【００８５】
D２．変形例２：
制御装置の実施例では、制御量（位置）の偏差が負値、ゼロ、正値のいずれであるかに応じて、基準電流値を正値、ゼロ、負値の３つの値のうちのいずれかに設定していたが、この代わりに、制御量の偏差の符号に応じて基準電流値を所定の正値又は負値のいずれかに設定してもよい。この場合には、制御量の偏差がゼロのときに、基準電流値は正値と負値のうちの予め選択された一方に設定される。
【００８６】
D３．変形例３：
上記実施例で使用した各種のアクチュエータ機構の構成や制御装置の構成は例示であり、これら以外の種々の構成を採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の電磁アクチュエータ機構で用いる磁石部の一例を示す説明図である。
【図２】実施例と比較例の磁石部を示す説明図である。
【図３】実施例の磁石部の詳細構造の一例を示す説明図である。
【図４】アクチュエータ機構の第１実施例の構成を示す側面図である。
【図５】磁石部の種々のヨーク構造を示す説明図である。
【図６】磁石部の他の構造を示す説明図である。
【図７】磁石部のさらに他の構造を示す説明図である。
【図８】アクチュエータ機構の第２実施例の構成を示す側面図である。
【図９】アクチュエータ機構の第３実施例の構成を示す側面図である。
【図１０】アクチュエータ機構の第４実施例の構成を示す側面図である。
【図１１】アクチュエータ機構の第５実施例の構成を示す側面図である。
【図１２】アクチュエータ機構の第６実施例の構成を示す側面図である。
【図１３】アクチュエータ機構の第７実施例の構成を示す側面図である。
【図１４】アクチュエータ機構の第８実施例の構成を示す側面図である。
【図１５】アクチュエータ機構の第９実施例の構成を示す側面図である。
【図１６】制御装置の第１実施例における位置制御時の電流変化の様子を示す説明図である。
【図１７】制御装置の第１実施例のブロック図である。
【図１８】制御装置の第１実施例の動作を示すタイミングチャートである。
【図１９】電流値決定部の内部構成を示すブロック図である。
【図２０】駆動信号生成部の内部構成を示すブロック図である。
【図２１】駆動回路部の内部構成を示す説明図である。
【図２２】第２実施例における電流値決定部の内部構成を示すブロック図である。
【図２３】制御装置の第２実施例の動作を示すタイミングチャートである。
【図２４】電流値テーブルの内容を示すグラフである。
【図２５】制御装置の第３実施例の構成を示すブロック図である。
【図２６】制御装置の第３実施例の動作を示すタイミングチャートである。
【図２７】極性緩和部の内部構成を示すブロック図である。
【図２８】本発明の実施例によるアクチュエータの第１の適用例を示す説明図である。
【図２９】本発明の実施例によるアクチュエータの第２の適用例を示す説明図である。
【図３０】本発明の実施例によるアクチュエータの第３の適用例を示す説明図である。
【図３１】本発明の実施例によるアクチュエータの第４の適用例を示す説明図である。
【図３２】本発明の実施例によるアクチュエータの第５の適用例を示す説明図である。
【図３３】本発明の実施例によるアクチュエータの第６の適用例を示す説明図である。
【図３４】本発明の実施例によるアクチュエータの第７の適用例を示す説明図である。
【図３５】本発明の実施例によるアクチュエータの第８の適用例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
２０…ヨーク材
２１，２２…突起部
２４…係合突起
２６…ビス穴
２７…抑え具
２８…ビス
３０…永久磁石
３２…磁石
３４…溝
４０…第２のヨーク材
４２…第３のヨーク材
４４…ケース
５０…キャップ
５０ａ…溝
５２…ビス
６０…可動部
１００…アクチュエータ機構
１１０…電磁コイル部
１１２…コイル保持部材
１２０…位置センサ
１３０…エンコーダ
２０１〜２０４…磁石部
２１０…磁石部
４００…制御装置
４１０…ＣＰＵ
４２０…Ａ−Ｄ変換器
４３０…位置指令記憶部
４４０…位置比較部
４５０…電流値決定部
４５２…３値判定部
４５４〜４５６…レジスタ
４６０…駆動信号生成部
４６１…正負判定部
４６２…絶対値取得部
４６３…カウンタ
４６４…極性選択部
４６５…比較部
４７０…駆動回路部
４７２…レベルシフタ回路
４７４…Ｈブリッジ回路
４８０…制御信号発生部
４９０…ＰＬＬ回路
５１０…羽根部材駆動機構
５１２…中心軸
５１４…羽根部材
５２０…レバー駆動機構
５２２…中心軸
５２４…レバー
５２６，５２８…ギア
５３０…突起部材駆動機構
５３２…中心軸
５３４…突起部材
５３６…直線状リンク
５３８…リンク保持部材
５４２…駆動対象部材
５４６…直線状リンク
５４８…リンク保持部材
５５０…環状アクチュエータ
５５２…ケース
５５４…回動軸
５５６…ロータ
５６０…電磁サスペンション
５６２…サスペンション本体
５６４…支持部材
５６６…下端リミッタ
５７０…プリンタヘッド駆動装置
５７２…キャリッジ
５７４…ガイドレール
５８０…角度サーボ制御装置
５８２…回転軸
６００…偏差限界値記憶部
６０２…３値判定部
６０４…電流値テーブル
６０６…カウンタ
６０８…係数発生部
６１０…乗算器
６１２…累算器（積分器）
６２０…極性緩和部
６２２…アップダウン連続判定部
６２４…カウンタ
６２６…緩和係数テーブル
６２８…乗算器
【図１】
2007037241.tif 000003
【図２】
2007037241.tif 000004
【図３】
2007037241.tif 000005
【図４】
2007037241.tif 000006
【図５】
2007037241.tif 000007
【図６】
2007037241.tif 000008
【図７】
2007037241.tif 000009
【図８】
2007037241.tif 000010
【図９】
2007037241.tif 000011
【図１０】
2007037241.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007037241.tif 000015
【図１４】
2007037241.tif 000016
【図１５】
2007037241.tif 000017
【図１６】
2007037241.tif 000018
【図１７】
2007037241.tif 000019
【図１８】
2007037241.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2007037241.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
2007037241.tif 000030
【図２９】
2007037241.tif 000031
【図３０】
2007037241.tif 000032
【図３１】
2007037241.tif 000033
【図３２】
2007037241.tif 000034
【図３３】
2007037241.tif 000035
【図３４】
2007037241.tif 000036
【図３５】
2007037241.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月28日(2006.3.28)
【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】
電磁駆動力を利用したアクチュエータであって、
磁石を含む磁石部と電磁コイルを含む電磁コイル部とを有し、前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置が変化可能な電磁アクチュエータ機構を備え、
前記磁石部は、
板状部を含むヨーク材と、
前記板状部を挟んで同極同士が対面した状態で前記板状部にそれぞれ吸引されている第１及び第２の磁石と、
を含み、
前記ヨーク材の前記板状部の主表面を、前記板状部に面する前記第１の磁石の表面と前記第２の磁石の表面をそれぞれ包含し前記第１の磁石の表面と前記第２の磁石の表面よりも大きなサイズに設定することによって前記第１及び第２の磁石が前記板状部に吸引されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のアクチュエータであって、
前記第１と第２の磁石は略同一の磁石厚を有しており、
前記板状部の厚みは、前記磁石厚の４０％以上に設定されている、アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のアクチュエータであって、
前記電磁コイル部は、前記磁石部の回りを周回する電磁コイルを含んでおり、
前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置関係は、前記電磁コイルの中心軸に沿った方向に変化可能である、アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１又は２記載のアクチュエータであって、
前記電磁コイル部は、前記第１の磁石に対面する第１の電磁コイルと、前記第２の磁石に対面する第２の電磁コイルとを含んでおり、
前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置関係は、前記第１の電磁コイルと前記磁石部と前記第２の電磁コイルを貫通する方向とは垂直な方向に変化可能である、アクチュエータ。
【請求項５】
電磁駆動力を利用したアクチュエータであって、
磁石を含む磁石部と電磁コイルを含む電磁コイル部とを有し、前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置が変化可能な電磁アクチュエータ機構を備え、
前記磁石部は、
板状部を含むヨーク材と、
前記板状部を挟んで同極同士が対面した状態で前記板状部にそれぞれ吸引されている第１及び第２の磁石と、
を含み、
前記ヨーク材を前記板状部の厚み方向から見た場合に、前記板状部が前記第１と第２の磁石に対して突出した突出部を有するように前記ヨーク材を構成することによって前記第１及び第２の磁石が前記板状部に吸引されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項６】
電磁駆動力を利用したアクチュエータであって、
磁石を含む磁石部と電磁コイルを含む電磁コイル部とを有し、前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置が変化可能な電磁アクチュエータ機構を備え、
前記磁石部は、
ヨーク材と、
前記ヨーク材を挟んで同極同士が対面した状態で前記ヨーク材にそれぞれ吸引されている第１及び第２の磁石と、
を含み、
前記電磁コイル部は、前記磁石部の回りを周回する電磁コイルを含み、
前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置関係が、前記電磁コイルの中心軸に沿った方向に変化可能であることを特徴とするアクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明による第１のアクチュエータは、
電磁駆動力を利用したアクチュエータであって、
磁石を含む磁石部と電磁コイルを含む電磁コイル部とを有し、前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置が変化可能な電磁アクチュエータ機構を備え、
前記磁石部は、
板状部を含むヨーク材と、
前記板状部を挟んで同極同士が対面した状態で前記板状部にそれぞれ吸引されている第１及び第２の磁石と、
を含み、
前記ヨーク材の前記板状部の主表面を、前記板状部に面する前記第１の磁石の表面と前記第２の磁石の表面をそれぞれ包含し前記第１の磁石の表面と前記第２の磁石の表面よりも大きなサイズに設定することによって前記第１及び第２の磁石が前記板状部に吸引されていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この第１のアクチュエータでは、第１と第２の磁石がヨーク材の板状部を挟んで同極同士が対面した状態でヨーク材の板状部にそれぞれ吸引されているので、ヨーク材の外側に向かう種々の方向に対して同一の磁極が向けられる構成が得られる。この結果、これらの磁石による磁束を効率良く利用したアクチュエータを構成することが可能である。また、同一の板状部に第１と第２の磁石が吸引されるので、板状部の中心から外側に向かう互いに逆向きの２つの方向に同一の磁極をそれぞれ向けることができる。さらに、ヨーク材の板状部の主表面が、第１と第２の磁石の表面をそれぞれ包含するより大きなサイズに設定されているので、第１と第２の磁石同士の反発力よりも、磁石とヨーク材の間の吸引力を大きくすることが可能である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記第１と第２の磁石は略同一の磁石厚を有しており、
前記板状部の厚みは、前記磁石厚の４０％以上に設定されているようにしてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この構成では、磁石とヨーク材の間の吸引力を十分に大きくすることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記電磁コイル部は、前記磁石部の回りを周回する電磁コイルを含んでおり、
前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置関係は、前記電磁コイルの中心軸に沿った方向に変化可能であるものとしてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
前記電磁コイル部は、前記第１の磁石に対面する第１の電磁コイルと、前記第２の磁石に対面する第２の電磁コイルとを含んでおり、
前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置関係は、前記第１の電磁コイルと前記磁石部と前記第２の電磁コイルを貫通する方向とは垂直な方向に変化可能であるものとしてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明による第２のアクチュエータは、
電磁駆動力を利用したアクチュエータであって、
磁石を含む磁石部と電磁コイルを含む電磁コイル部とを有し、前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置が変化可能な電磁アクチュエータ機構を備え、
前記磁石部は、
板状部を含むヨーク材と、
前記板状部を挟んで同極同士が対面した状態で前記板状部にそれぞれ吸引されている第１及び第２の磁石と、
を含み、
前記ヨーク材を前記板状部の厚み方向から見た場合に、前記板状部が前記第１と第２の磁石に対して突出した突出部を有するように前記ヨーク材を構成することによって前記第１及び第２の磁石が前記板状部に吸引されていることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この第２のアクチュエータでは、第１と第２の磁石がヨーク材の板状部を挟んで同極同士が対面した状態でヨーク材の板状部にそれぞれ吸引されているので、ヨーク材の外側に向かう種々の方向に対して同一の磁極が向けられる構成が得られ、これらの磁石による磁束を効率良く利用したアクチュエータを構成することが可能である。また、同一の板状部に第１と第２の磁石が吸引されるので、板状部の中心から外側に向かう互いに逆向きの２つの方向に同一の磁極をそれぞれ向けることができる。さらに、ヨーク材を板状部の厚み方向から見た場合に、板状部が第１と第２の磁石に対して突出した突出部を有するようにヨーク材を構成されているので、第１と第２の磁石同士の反発力よりも、磁石とヨーク材の間の吸引力を大きくすることが可能である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明による第３のアクチュエータは、
電磁駆動力を利用したアクチュエータであって、
磁石を含む磁石部と電磁コイルを含む電磁コイル部とを有し、前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置が変化可能な電磁アクチュエータ機構を備え、
前記磁石部は、
ヨーク材と、
前記ヨーク材を挟んで同極同士が対面した状態で前記ヨーク材にそれぞれ吸引されている第１及び第２の磁石と、
を含み、
前記電磁コイル部は、前記磁石部の回りを周回する電磁コイルを含み、
前記磁石部と前記電磁コイル部との相対的な位置関係が、前記電磁コイルの中心軸に沿った方向に変化可能であることを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
この第３のアクチュエータによれば、第１と第２の磁石がヨーク材を挟んで同極同士が対面した状態でヨーク材にそれぞれ吸引されているので、ヨーク材の外側に向かう種々の方向に対して同一の磁極が向けられる構成が得られ、これらの磁石による磁束を効率良く利用したアクチュエータを構成することが可能である。