(57)【要約】  【課題】構造簡単で小型化が容易であり、且つ消費電力が少なく、高精度で移動制御可能な振動型電磁駆動装置を提供すること。  【解決手段】一対の振動子ユニットＶＵ，ＶＵ'を、基板１０，１１間に転可能に支持されたローター８の回転中心を通る線分に対して線対称となるように配置して、上記振動子ユニットの各Ｕ字状ヨーク２，２'の一端部を上記基板に枢着すると共に、他端部に上記ローターに圧接する接触子４，４'をそれぞれ固着し、上記各振動子ユニットを、上記各Ｕ字状ヨークの回動中心と上記接触子の中心を通る線分と、上記接触子と上記ローターとの接線が傾きをなすように配置すると共に、上記各振動子ユニットの作動時、上記各接触子と上記ローターとの圧接力が増加するように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄芯とＵ字状ヨークの一部を共に励磁コイルに挿通し、前記鉄芯の一端部と前記Ｕ字状ヨークの一部との間に磁気空隙を設けてなる一対の振動子ユニットを、ローターを回転可能に支持した基板上に、前記ローターの回転中心を通る線分に対して線対称となるように配置して、前記振動子ユニットの各Ｕ字状ヨークの一端部を前記基板に枢着すると共に、他端部に前記ローターに当接する接触子をそれぞれ固着し、前記各Ｕ字状ヨークの略中央部にバネ作用部をそれぞれ設けて、前記各バネ作用部に作用するバネによって前記ローターに前記接触子を圧接させ、更に、前記各振動子ユニットを、前記各Ｕ字状ヨークの回動中心と前記接触子の中心を通る線分と、前記接触子と前記ローターとの接線が傾きをなすように配置すると共に、前記各振動子ユニットの作動時、前記各接触子と前記ローターとの圧接力が増加するように配置してなる電磁駆動装置。
【請求項２】
前記接触子は、球または円柱体よりなっている請求項１に記載の電磁駆動装置。
【請求項３】
前記接触子は、非磁性体のセラミック焼結体またはガラスからなっている請求項１に記載の電磁駆動装置。
【請求項４】
前記ローターは、非磁性体のセラミック焼結体またはガラスからなっている請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁駆動装置。
【請求項５】
前記各Ｕ字状ヨークの磁気空隙側の一部を、磁気空隙部の磁束が交差する方向にそれぞれ変位させ得る調整装置を備えている、請求項１乃至４の何れかに記載の電磁駆動装置。
【請求項６】
前記各振動子ユニットは、前記磁気空隙を減少させる方向に前記Ｕ字状ヨークの一部を付勢するバネを備えている、請求項２乃至５の何れかに記載の電磁駆動装置。
【請求項７】
前記バネは、非磁性材料からなっている請求項６に記載の電磁駆動装置。
【請求項８】
前記鉄芯は、積層された複数枚の軟質磁性板又は燒結された軟質磁性粉末体よりなる、請求項１乃至７の何れかに記載の電磁駆動装置。
【請求項９】
前記Ｕ字状ヨークは、積層された複数枚の軟質磁性板よりなる請求項１乃至８の何れかに記載の電磁駆動装置。
【請求項１０】
前記各振動子ユニットは、周波数及びデューティレシオを任意に設定し得るパルスジェネレータにより駆動されるようになっている、請求項１乃至９の何れかに記載の電磁駆動装置。
【請求項１１】
前記パルスジェネレータは、正負電流出力パルスジェネレータである、請求項１０に記載の電磁駆動装置。
【請求項１２】
前記鉄芯は、硬質磁性粉末を焼結着磁し前記磁気空隙を吸引方向に付勢する構造を有している、請求項１乃至１１の何れかに記載の電磁駆動装置。
【請求項１３】
前記各振動子ユニットは、外部に対して磁気的に絶縁されている請求項１乃至１２の何れかに記載の電磁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁駆動装置、特に被動部材を微細ピッチで間欠移動させ得る振動型電磁駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話用カメラのオートズーム機構や医療用マイクロマシン等における駆動手段として、リニアアクチュエータ、超音波アクチュエータ、ピエゾアクチュエータ、極小型ステッピングモータ等各種の形式のものが提案されている。この内、蠕動型のアクチュエータとしては、真空圧駆動方式のもの、ピエゾアクチュエータ方式のもの、形状記憶合金を利用した駆動方式のもの、磁性流体を封入した弾性チューブと移動磁界を利用した駆動方式のもの（例えば、特許文献１参照）等が知られている。
【特許文献１】特開２００２−３６１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらのものは、構造が複雑であったり、大型化し易かったり、製作が難しかったり、故障し易かったり、消費電力が大きかったりして、特に携帯電話用カメラの変倍用アクチュエータの如き超小型で高精度の移動制御を必要とする機器用としては不向きであった。即ち、ピエゾアクチュエータ方式のものでは、昇圧回路の如き附属装置を必要とし、また高圧のため絶縁処理を必要としたりして、装置全体の占めるスペースが大きくならざるを得なかった。また、ステッピングモータ等は永久磁石を用いるため、装置内にごみ等を吸引し易く、特に極小型光学機器においては問題を生じることがあった。また、微小変位をねじ棒の回転で行わせるようにしたものでは、バックラッシュを除去するのにばね等を使用せざるを得ないため、消費電力が大きくなり、精密制御も難しくなるという問題もあった。
【０００４】
本発明は、上記の如き従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造簡単で小型化が容易であり、且つ消費電力が少なく、高精度で移動制御可能な振動型電磁駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明による電磁駆動装置は、鉄芯とＵ字状ヨークの一部を共に励磁コイルに挿通し、鉄芯の一端部とＵ字状ヨークの一部との間に磁気空隙を設けてなる一対の振動子ユニットを、ローターを回転可能に支持した基板上に、該ローターの回転中心を通る線分に対して線対称となるように配置し、前記振動子ユニットの各Ｕ字状ヨークの一端部を前記基板に枢着すると共に、他端部に前記ローターに当接する接触子をそれぞれ固着し、前記各Ｕ字状ヨークの略中央部にバネ作用部をそれぞれ設けて、各バネ作用部に作用するバネによって前記ローターに前記接触子を圧接させ、更に、前記各振動子ユニットを、前記各Ｕ字状ヨークの回動中心と前記接触子の中心を通る線分と、前記接触子と前記ローターとの接線が傾きをなすように配置すると共に、前記各振動子ユニットの作動時、前記各接触子と前記ローターとの圧接力が増加するように配置して構成されている。
【０００６】
本発明によれば、前記接触子は、好ましくは、非磁性体のセラミック焼結体またはガラスからなる球または円柱体よりなっている。
【０００７】
また、本発明によれば、前記ローターは、好ましくは、非磁性体のセラミック焼結体またはガラスからなっている。
【０００８】
また、本発明によれば、電磁装置は、好ましくは、各Ｕ字状ヨークの磁気空隙側の一部を、磁気空隙部の磁束が交差する方向にそれぞれ変位させ得る調整装置を備えている。
【０００９】
また、本発明によれば、各振動子ユニットは、好ましくは、前記磁気空隙を減少させる方向にＵ字状ヨークの一部を付勢するバネを備えている。
【００１０】
また、本発明によれば、鉄芯は、好ましくは、積層された複数枚の軟質磁性板又は燒結された軟質磁性粉末体よりなっている。
【００１１】
また、本発明によれば、Ｕ字状ヨークは、好ましくは、積層された複数枚の軟質磁性板よりなっている。
【００１２】
また、本発明によれば、各振動子ユニットは、好ましくは、周波数及びデューティレシオを任意に設定し得るパルスジェネレータにより駆動されるようになっている。
【００１３】
また、本発明によれば、上記パルスジェネレータは、好ましくは、正負電流出力パルスジェネレータである。
【００１４】
また、本発明によれば、鉄芯は、好ましくは、硬質磁性粉末を焼結着磁し前記磁気空隙を吸引方向に付勢する構造を有している。
【００１５】
また、本発明によれば、各振動子ユニットは、好ましくは、外部に対して磁気的に絶縁されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、振動子ユニットは、鉄芯とＵ字状ヨークの一部を励磁コイルに挿通して、鉄芯の一端部とＵ字状ヨークの一部との間に磁気空隙を設けた簡単な構成のものであるから、全体の構成が極めて簡素で、小型・軽量化に適し、且つ量産化に適するのみならず、耐久性に優れ、励磁コイルへの付勢電流を適宜制御することにより、微小ピッチで高精度の間欠駆動を実現し得る電磁駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明する。
図１は上基板を除去して示した本発明に係る電磁駆動装置の平面図である。図２は振動子ユニットとローター部分の部分図で、（a）はその一部破断平面図、（b）は上下基板をも含めて示した（a）の一部破断左側面図、（c）は上下基板をも含めて示した（a）の一部破断底面図である。図３は振動子ユニットの磁気空隙部調整装置の詳細構造を示す部分図で、（a）はその一部破断平面図、（b）は上下基板をも含めて示した（a）の底面図である。
【００１８】
図中、ＶＵ，ＶＵ'は、リング状の上下基板１０，１１（図２（b），（c）参照）間に回転可能に支持された回転軸９に固着されたローター８に対して、上下基板１０，１１の中心とローター８の回転中心とを通る線分に対し線対称となるように、上下基板１０，１１間に固着された軸５，５'にそれぞれ回動可能に取り付けられた１対の振動子ユニットである。
【００１９】
一対の振動子ユニットＶＵ，ＶＵ'は同一構造を有するので、以下、一方の振動子ユニットＶＵについてのみ詳細を説明することとし、他方の振動子ユニットＶＵ'には、振動子ユニットＶＵと同一の部材及び部分にダッシュを付した同一数字符号を用いるに留め、その説明は省略する。１は好ましくは積層された複数枚の軟質磁性鋼帯又は燒結された軟質磁性粉末体よりなるＬ字状の鉄芯、２は好ましくは積層された複数枚の軟質磁性板よりなるＵ字状ヨーク、３はＵ字状ヨーク２の一辺２aと鉄芯１の長辺１aとに嵌着されたコイルボビン、４はＵ字状ヨーク２の他辺２bの先端に固着されていて非磁性体のセラミック焼結体またはガラス等からなる球または円柱状の接触子、５は上下基板１０，１１に固着されていてＵ字状ヨーク２の一辺２aの先端部を回動可能に支持する支持軸、６はＵ字状ヨーク２の基部に固着されたピン、７はコイルボビン３に巻装された励磁コイルで、これらは、振動子ユニットＶＵを構成する。
【００２０】
なお、振動子ユニットＶＵにおいて、磁気空隙１２は、Ｌ字状鉄芯１の短辺１bの先端部とＵ字状ヨーク２の他辺２bの先端部との間に形成される。Ｕ字状ヨーク２の他辺２bは、磁気空隙１２を大きくする方向への弾発力即ち外方へ開こうとする習性を有しているが、この習性は後述する磁気空隙調整ピン３８により抑止されている。また、図示しないが、上記他辺２bは、適宜のバネ装置により磁気空隙１２を減少させる方向に付勢されている。
【００２１】
上述のように、振動子ユニットＶＵ及びＶＵ'は、リング状の上下基板１０，１１の中心とローター８の回転中心とを通る線分Ａ，Ａ'に対して線対称となるように配置されて、その位置は、各端部がピン６，６'に掛けられて中間部分が上下基板１０，１１間に設けられた支持柱２１，２２に当接されたバネ１３と、各接触子４，４'とローター８との当接により、維持される。この場合、各接触子４，４'とローター８との各当接位置は、図１に示すように、上記線分Ａ，Ａ'と直交し且つローター８の回転中心を通る線分とローター８の外周縁との交点よりも、外側に位置するように各振動子ユニットＶＵ及びＶＵ'は配置されている。
【００２２】
また、ピン６の位置は、支持軸５の中心と接触子４の中心とを結ぶ線分に対する接触子４の中心を通る垂線と、前記線分の二等分点を通る垂線との間に位置するように選定される。同様に、ピン６'の位置は、支持軸５'の中心と接触子４'の中心とを結ぶ線分に対する接触子４'の中心を通る垂線と、前記線分の二等分点を通る垂線との間に位置するように選定されている。
【００２３】
更に、図１及び図３において、図４０は、上下基板１０，１１により回動可能に支持された回動軸３７に取り付けられた調整レバー、３８は調整レバー４０に植設されていてＵ字状ヨーク２の他辺２bの側面に当接する磁気空隙調整ピン、３９はナット４２により上基板１０に固定された調整駆動軸取付座４１のネジ孔に上下動可能に螺合されていて、調整レバー４０のアーム４０aに摺接する円錐状斜面３９aを有する調整駆動軸である。
【００２４】
図１において、１４，１５，１６，１７，１８，１９及び２０は、各上下端が上下基板１０，１１にそれぞれ固着されていて、本電磁駆動装置全体の構造強度を維持するための補強柱である。なお、各振動子ユニットＶＵ及びＶＵ'は、図示しないが、周知の磁気遮蔽手段により包囲されて、外部に対し磁気的に絶縁されている。
【００２５】
本発明に係る電磁駆動装置は、上記のように構成されているから、例えば、正負電流出力パルスジェレータである公知の周波数及びデューティレシオを任意に設定し得るパルスジェネレータから、例えば、励磁コイル７に付勢電流を供給すれば、通電により、鉄芯１，Ｕ字状ヨーク２及び磁気空隙１２によって構成される磁気回路に磁束が発生して磁気空隙１２を減少させ、また、電流遮断により、Ｕ字状ヨーク２の材料が有する固有の弾発力により電流印加以前の状態に戻る運動を繰り返し、Ｕ字状ヨーク２の他辺２bにパルスジェネレータからの出力によって制御される持続的機械振動を発生させる。この振動は、励磁コイル７'においも同様に発生させ得る。
【００２６】
Ｕ字状ヨーク２の他辺２bの上記振動により、ローター８は接触子４を介して図１において時計方向（矢印方向）へ微小ピッチで間欠回動せしめられる。即ち、接触子４とローター８との間には、前述の如き位置関係があり且つバネ１３により弾圧されて静摩擦が発生しているから、Ｕ字状ヨーク２の他辺２bの上記振動において、磁気空隙１２が減少し支持軸５と接触子４との間の距離が減じた時は、接触子４はローター８に一層強く圧接してローター８を図１の矢印方向へ押動し、また、磁気空隙１２が増大して支持軸５と接触子４との間の距離が増した時は、不作動状態にある振動子ユニットＶＵ'の接触子４'とローター８との間の圧接力が増大方向となって、反時計方向への回動力を阻止するように働くから、接触子４はローター８をその位置に置いたまま元の位置に戻る。このようにして、振動ユニットＶＵを付勢することにより、ローター８を正確且つ確実に時計回転させることができる。
【００２７】
次に、上記パルスジェネレータから供給される付勢電流を励磁コイル７から励磁コイル７'に切り換えて、振動子ユニットＶＵ'を作動状態にすれば、振動ユニットＶＵ'においても上記と同様な動作を繰り返して、ローター８を正確且つ確実に反時計回転させることができる。従って、例えば、ローター８のこの回動運動を回転軸９を介してカメラ用ズームレンズの駆動源として利用すれば、極めて正確且つ正確なズーミング動作を実現させることができる。
【００２８】
振動子ユニットＶＵ及びＶＵ'における磁気空隙１２及び１２'を減少させる吸引力は、一般的に磁気空隙の距離の二乗に反比例するから、この磁気空隙１２及び１２'の設定はローター８に対する回動力発生の主要な要素である。この磁気空隙１２及び１２'の設定は、図３（b）に示した如くナット４２により上基板１０に固着された調整駆動軸取付座４１に螺合された調整駆動軸３９，３９'の回動により移動せしめられる磁気空隙調整ピン３８，３８'によって行なわれる。
【００２９】
即ち、調整駆動軸３９，３９'を回動させれば、円錐状斜面３９a，３９a'が上下動し、これにより、上下基板１０及び１１に回動可能に支持された回動軸３７に固着された調整レバー４０，４０'が微小回動して、磁気空隙調整ピン３８，３８'の位置が変わり、それによりＵ字状ヨーク２，２'の他辺２b，２b'の初期位置が変えられて、磁気空隙１２及び１２'が調整される。この説明で明らかなように、磁気空隙調整ピン３８，３８'には、磁気空隙１２，１２'が増大する方向へ力を受け、且つ振動力が加わるため、この調整装置全体は一旦設定された磁気空隙が変動し難い構造を有することが必要である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上の説明から明らかなように、本発明による電磁駆動装置は、比較的小型に構成し得るのみならず、低電圧電源を用いて、必要に応じ（１/１０）ｍｍ単位の微小ピッチで強力且つ確実な前進及び後退運動を実現しうるから、携帯電話用カメラの変培装置やカメラレンズのズーミングの如き正確な微小変位運動を必要とする機器等における利用価値は、極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】上基板を除去して示した本発明に係る電磁駆動装置の平面図である。
【図２】本発明に係る振動子ユニットとローター部分の部分図で、（a）はその一部破断平面図、（b）は上下基板をも含めて示した（a）の一部破断左側面図、（c）は上下基板をも含めて示した（a）の一部破断底面図である。
【図３】本発明に係る振動子ユニットの磁気空隙部調整装置の詳細構造を示す部分図で、（a）はその一部破断平面図、（b）は上下基板をも含めて示した（a）の底面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，１'                            Ｌ字状鉄芯
１a，１a'                          Ｌ字状鉄芯の長辺
１b，１b'                          Ｌ字状鉄芯の短辺
２，２'                            Ｕ字状ヨーク
２a，２a'                          Ｕ字状ヨークの一辺
２b，２b'                          Ｕ字状ヨークの他辺
３，３'                            コイルボビン
４，４'                            接触子
５，５'                            支持軸
６，６'                            ピン
７，７'                            励磁コイル
８，８'                            ローター
９，９'                            回転軸
１０，１０'                        上基板
１１，１１'                        下基板
１２，１２'                        空気間隙
１３，１３'                        バネ
１４〜２０                         構造補強柱
２１，２２                         バネ保持柱
３７                               回動軸
３８，３８'                        磁気空隙調整ピン
３９，３９'                        調整駆動軸
４０，４０'                        調整レバー
４１，４１'                        調整駆動軸取付座
４２，４２'                        ナット
ＶＵ，ＶＵ'                        振動子ユニット
【図１】
2009095741.tif 000003
【図２】
2009095741.tif 000004
【図３】
2009095741.tif 000005