(57)【要約】【課題】  組立が容易な球面アクチュエータを提供する。【解決手段】  固定子１は、鉄心３と、それぞれ鉄心３に巻回された４個のコイル４とを有する。可動子２は、下端が凸球面形状の支軸５と、支軸５の上端部に連結され固定子１の上側に被さる形状のアーマチュア６とを有する。可動子２は、固定子１の鉄心に設けられた凹球面形状の軸受け凹部３１ａに支軸５の下端が挿入されることにより、固定子１に対し支軸５の下端を支点として回転可能となっている。可動子２のアーマチュア６に保持された永久磁石６２ａの磁力により、軸受け凹部３１ａからの支軸５の脱落を防止した。支軸５を軸受け凹部３１ａに嵌合させることで脱落を防止する場合に比べ、組立が容易となる。【選択図】図１
2009225508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面形状の軸受け凹部を有する固定子と、
先端が固定子の軸受け凹部に嵌る球面形状の支軸を有し、固定子に対して前記球面形状の中心回りに所定の立体角の範囲内で球面状に変位可能に支持された可動子とを備え、
固定子と可動子との少なくとも一方には、可動子を固定子に対して軸受け凹部の中心周りに回転させる駆動手段が設けられ、
固定子と可動子との少なくとも一方は、軸受け凹部への支軸の挿入方向の磁力を発生させる永久磁石を保持していることを特徴とする球面アクチュエータ。
【請求項２】
固定子は、それぞれ軸受け凹部から支軸が突出する方向と同じ方向へ突設されてそれぞれコイルが巻回された複数個の磁極凸部が設けられた磁性体からなる鉄心を有し、
永久磁石は、コイルとともに駆動手段を構成するものであって可動子に保持され、
可動子は、磁性体からなり少なくともコイルに通電されていない状態において永久磁石を避けた閉磁路を鉄心とともに構成する磁路連結部を有することを特徴とする請求項１記載の球面アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固定子（ステータ）と可動子（ロータ）とを備え、可動子を固定子に対して３６０°任意の方向に傾けるように回転させることができる球面アクチュエータが提供されている。
【０００３】
従来の球面アクチュエータでは、球状に膨らんだ膨大部を可動子に設け、この膨大部を包み込む凹球面形状の軸受け凹部を固定子に設けて、可動子の膨大部を固定子の軸受け凹部に嵌め込むことにより、可動子を固定子に対して上記のように回転可能に連結していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６２−２２１８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例では、可動子を固定子に保持させるために、軸受け凹部が膨大部を包み込むような構造としている。しかし、この構造では、製造時、可動子の膨大部を固定子の軸受け凹部に嵌め込む際に、軸受け凹部の開口を拡げるように固定子を弾性変形させるために強い力が必要であり、組立が難しかった。
【０００５】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、組立が容易な球面アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、球面形状の軸受け凹部を有する固定子と、先端が固定子の軸受け凹部に嵌る球面形状の支軸を有し、固定子に対して前記球面形状の中心回りに所定の立体角の範囲内で球面状に変位可能に支持された可動子とを備え、固定子と可動子との少なくとも一方には、可動子を固定子に対して軸受け凹部の中心周りに回転させる駆動手段が設けられ、固定子と可動子との少なくとも一方は、軸受け凹部への支軸の挿入方向の磁力を発生させる永久磁石を保持していることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、永久磁石の磁力によって可動子が固定子に対して保持されるから、軸受け凹部への支軸の嵌合によって可動子を固定子に対して保持する場合に比べ、組立が容易となる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、固定子は、それぞれ軸受け凹部から支軸が突出する方向と同じ方向へ突設されてそれぞれコイルが巻回された複数個の磁極凸部が設けられた磁性体からなる鉄心を有し、永久磁石は、コイルとともに駆動手段を構成するものであって可動子に保持され、可動子は、磁性体からなり少なくともコイルに通電されていない状態において永久磁石を避けた閉磁路を鉄心とともに構成する磁路連結部を有することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、少なくともコイルへの通電開始直後には、コイルへの通電によって磁極凸部に生じた磁束の少なくとも一部は永久磁石を避けた上記閉磁路を通り、磁路連結部を構成する磁性体は一般に永久磁石よりも透磁率を高くすることができるから、上記磁束の全体が永久磁石を通る場合に比べ、効率が向上する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、固定子と可動子との少なくとも一方は、軸受け凹部への支軸の挿入方向の磁力を発生させる永久磁石を保持しているので、永久磁石の磁力によって可動子が固定子に対して保持されるから、軸受け凹部への支軸の嵌合によって可動子を固定子に対して保持する場合に比べ、組立が容易となる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、可動子は、磁性体からなり少なくともコイルに通電されていない状態において永久磁石を避けた閉磁路を鉄心とともに構成する磁路連結部を有するので、少なくともコイルへの通電開始直後には、コイルへの通電によって磁極凸部に生じた磁束の少なくとも一部は永久磁石を避けた上記閉磁路を通り、磁路連結部を構成する磁性体は一般に永久磁石よりも透磁率を高くすることができるから、上記磁束の全体が永久磁石を通る場合に比べ、効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
本実施形態は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、固定子１と、可動子２とを備える。以下、上下方向は図１（ａ）を基準とし、図１（ａ）の左上−右下方向を左右方向と呼び、図１（ａ）の左下−右上方向を前後方向と呼ぶ。つまり、図２〜図４にＸで示される方向を右方向と呼び、図２〜４にＹで示される方向を後方向と呼び、図２及び図４にＺで示される方向を上方向と呼ぶ。
【００１４】
固定子１は、図２に示すように、磁性体からなる鉄心３と、それぞれ鉄心３に巻回された４個のコイル４とを備える。鉄心３は、前後に長い直方体形状と左右に長い直方体形状との長手方向の中央部同士が連結された十字形状の基台部３１と、基台部３１の前後左右の各先端部からそれぞれ上方に突設され１個ずつのコイル４が軸方向を上下方向として巻回された４本の磁極凸部３２とを有する。
【００１５】
可動子２は、下端が固定子１の鉄心３の基台部３１に当接して支点となる円柱形状の支軸５と、支軸５に対して固定されたアーマチュア６とを備える。アーマチュア６は、支軸５と同心の円板形状であって支軸５に対して固定された本体部６１と、本体部６１の下側の面の外周端部から支軸５の軸方向下向きに突設され支軸５と同心の円環形状の環形凸部６２とを有する。さらに、環形凸部６２の外周端部は、支軸５と同心の円環形状であって各磁極面をそれぞれ支軸５の軸方向の一方ずつに向けた永久磁石６２ａで構成されており、アーマチュア６において環形凸部６２の上記以外の部位と本体部６１とはそれぞれ磁性体で構成されている。
【００１６】
ここで、支軸５の下端部は、中心が支軸５の中心軸上に位置する凸球面形状となっている。さらに、固定子１の鉄心３の基台部３１の上面の中央には、上記の凸球面と略同じ径の凹球面形状の軸受け凹部３１ａが設けられており、支軸５の下端部が軸受け凹部３１ａに収納されることで、可動子２は固定子１に対して上記の凸球面及び凹球面の中心Ｏ（図４参照。以下、「回転中心」と呼ぶ。）周りに所定の立体角の範囲内で回転可能に支持されている。また、軸受け凹部３１ａからの支軸５の脱落は、永久磁石６２ａの磁力によって防止されている。
【００１７】
さらに、固定子１の鉄心３の各磁極凸部３２の上面は回転中心Ｏを中心とする凸球面形状となっており、可動子２のアーマチュア６の環形凸部６２の下面は回転中心Ｏを中心とし上記の凸球面形状よりも僅かに径が大きい凹球面形状となっていて、可動子２は、アーマチュア６の環形凸部６２の下面と固定子１の鉄心３の各磁極凸部３２の上面との間に僅かに隙間が空く形で支持されている。
【００１８】
また、可動子２のアーマチュア６の環形凸部６２の内径は、固定子１の鉄心３において互いに反対側に位置する磁極凸部３２間の距離と略同じとなっている。すなわち、可動子２のアーマチュア６の環形凸部６２と、固定子１の鉄心３の各磁極凸部３２の上面との対向面の面積が最も大きくなるのは、支軸５が固定子１に対して直立して支軸５の軸方向が各コイル４の軸方向に一致しているときとなる。つまり、いずれのコイル４にも通電されていない状態では、永久磁石６２ａの磁力により、可動子２は固定子１に対し、支軸５が上記のように直立した姿勢（以下、「直立姿勢」と呼ぶ。）に維持される。さらに、可動子２のアーマチュア６の環形凸部６２の外径は、固定子１の鉄心３において互いに反対側に位置する磁極凸部３２の互いに背向する面間の距離（すなわち鉄心３の前後の寸法及び左右の寸法）よりも大きくなっており、直立姿勢では可動子２のアーマチュア６は上下方向から見て固定子１の鉄心３よりも全周にわたって突出する。
【００１９】
さらに、図３に示すように、互いに反対側の磁極凸部３２に巻回された２個のコイル４には同時に電流が流され、且つ上記２個のコイル４では発生させる磁束の向きが互いに逆向きとなるように、互いに反対側の磁極凸部３２に巻回されたコイル４同士は互いに電気的に接続されている。つまり、上記２個のコイル４に通電されると、上記２個のコイル４がそれぞれ巻回された磁極凸部３２と基台部３１とアーマチュア６とを通るループ状の磁束が発生する。上記の磁束は、一部が永久磁石６２ａを避けて永久磁石６２ａと支軸５との間を通る。すなわち、アーマチュア６において支軸５の軸方向から見て永久磁石６２ａよりも内側に位置する部位が、請求項における磁路連結部を構成する。
【００２０】
ここで、永久磁石６２ａの径方向の内外両側には、それぞれ永久磁石６２ａの磁極面（上下の面）間を結ぶループ状の磁束が発生し、このうち永久磁石６２ａの内側に発生する磁束はアーマチュア６における永久磁石６２ａの内側の磁性体と鉄心３の磁極凸部３２とを通る。例えば、図４に示すように永久磁石６２ａがＮ極を下方に向けている場合、破線矢印Ａ１で示すように永久磁石６２ａの内側には上向きの磁束が発生する。従って、図４に破線矢印Ａ２で示すように左側の磁極凸部３２において下向きとなり右側の磁極凸部３２において上向きとなるような反時計回りのループ状の磁束を発生させるように左右のコイル４に通電した場合、永久磁石６２ａとコイル４とで発生させる磁束の向きが一致する範囲を広くして逆向きとなる範囲を狭くするように、アーマチュア６は右方に変位し、可動子２は固定子１に対して図４に矢印Ａ３で示すように回転中心Ｏを中心として前方から見て時計回りに回転する。コイル４への通電方向を逆向きにすれば、可動子２の固定子１に対する変位方向は上記とは逆向きになる。同様に、前後（図３での下上）のコイル４に通電すれば、アーマチュア６は前後方向のうちコイル４への通電方向に応じた方向に変位し、可動子２は固定子１に対して左右方向から見てコイル４への通電方向に応じた方向に回転する。また、全てのコイル４に同時に通電すればアーマチュア６の変位方向は斜め向きとなり、アーマチュア６の変位方向は、前後のコイル４に供給する電流量と左右のコイル４に供給する電流量との比と、各コイル４への通電方向とに応じた方向となる。つまり、永久磁石６２ａと各コイル４とが請求項における駆動手段を構成する。
【００２１】
そして、各コイル４にそれぞれ正弦波形の交流電流を供給した場合、アーマチュア６は、左右の各コイル４に供給される電流と、前後の各コイル４に供給される電流との間での、周波数の比と位相差とに応じた軌道で変位する。前後方向と左右方向との一方をＸ方向として他方をＹ方向とした場合、Ｘ方向の各コイル４への供給電流とＹ方向の各コイル４への供給電流との周波数比と位相差との組について、それぞれアーマチュア６の軌道は図５のようになる。なお、図５では上下方向がＸ方向であり、左右方向がＹ方向である。
【００２２】
上記構成によれば、可動子２のアーマチュア６に保持された永久磁石６２ａの磁力により、軸受け凹部３１ａからの支軸５の脱落が防止されるから、従来例のように支軸５に膨大部を設けてこれを軸受け凹部３１ａに嵌合させることで脱落を防止する場合に比べ、組立が容易となる。
【００２３】
また、本実施形態では、永久磁石６２ａは軸受け凹部３１ａへの支軸５の挿入方向である上方向から見て支軸５を囲む環形状であって可動子２に保持され、可動子２において永久磁石６２ａと支軸５との間の部位は磁性体からなり、軸受け凹部３１ａへの支軸５の挿入方向から見て、磁極凸部３２の少なくとも一部は、永久磁石６２ａに囲まれた内側に位置する。すなわち、コイル４への通電によって磁極凸部３２に生じた磁束の少なくとも一部は永久磁石６２ａと支軸５との間の磁性体（請求項における磁路連結部）を通り、この磁性体は一般に永久磁石よりも透磁率を高く（磁気抵抗を低く）することができるから、上記磁束の全体が永久磁石６２ａを通る場合に比べ、効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明の実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部破断した斜視図である。
【図２】同上の固定子を示す斜視図である。
【図３】同上の固定子の構造を示す説明図である。
【図４】同上の動作の原理を示す説明図である。
【図５】各コイルにそれぞれ正弦波形の交流電流を供給した場合における同上の動作の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  固定子
２  可動子
３  鉄心
４  コイル
５  支軸
６  アーマチュア
３１ａ  軸受け凹部
６２ａ  永久磁石
【図１】
2009225508.tif 000003
【図２】
2009225508.tif 000004
【図３】
2009225508.tif 000005
【図４】
2009225508.tif 000006
【図５】
2009225508.tif 000007