JP3755071B2

JP3755071B2 - Surface movement actuator

Info

Publication number: JP3755071B2
Application number: JP28929296A
Authority: JP
Inventors: 重男斉藤; 貴俊大山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2016-10-11
Also published as: JPH10117470A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルへの通電により、各種の被駆動体を所定面内で任意の位置に移動させることが可能なアクチュエータに係り、とくにコイル側と、永久磁石側を平行状態を維持して相互に面移動自在とした面移動アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被駆動体をＸＹ方向に移動する装置として、特開平７−４６８１８号のＸＹステージが知られている。このＸＹステージは、所定平面内で移動自在に支持された移動テーブルを３個のボイスコイルモータでＸ方向、これに直交するＹ方向、並びに回転方向に駆動するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、軽荷重の被駆動部品を姿勢に関係なく（水平面に限らず垂直面や傾斜面内で）高速で動かす用途では、可動部分をできるだけ小型、軽量にする必要があるが、上記ＸＹステージでは可動部分の小型化、軽量化に限界がある。また、可動コイル型のボイスコイルモータの場合、コイルに給電するための電線が必要となり、構造が複雑化する。
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑み、軽荷重の被駆動体を所定平面内で高速駆動可能で、外形の小型化、構造の簡素化、軽量化を図ることのできる面移動アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００５】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の面移動アクチュエータは、複数のループ状コイルを有していて内周側のループ状コイルの外側に外周側のループ状コイルを同心的かつ平面的に配置してなる固定コイル体と、
各ループ状コイルにそれぞれ近接対向する永久磁石をベース板に固着した可動磁石体とを備え、
前記永久磁石は近接対向するループ状コイルと鎖交する磁束を発生するものであり、前記コイル体と前記磁石体とが平行状態を維持して相対移動自在であり、前記複数のループ状コイルの通電時に発生する推力は前記磁石体の移動平面内で少なくとも２方向の推力成分を有することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明に係る第２の面移動アクチュエータは、２個のループ状コイルを有していて内周側のループ状コイルの外側に外周側のループ状コイルを非磁性ホルダ内に同心的かつ平面的に配置してなる固定コイル体と、
各ループ状コイルにそれぞれ近接対向する永久磁石をベース板に固着した可動磁石体とを備え、
前記永久磁石は近接対向するループ状コイルと鎖交する磁束を発生するものであり、前記ホルダによって前記磁石体が各ループ状コイルの配置平面に対して平行に相対移動自在に支持されるとともに、各ループ状コイルの通電時に発生する推力は前記磁石体の移動平面内でＸ方向と該Ｘ方向に直交するＹ方向の推力成分を有することを特徴としている。
【０００８】
前記第１又は第２の面移動アクチュエータにおいて、前記ループ状コイルの前記磁石体に対向する側の反対側に磁性体を固定配置し、前記磁石体との間で吸引力を発生させる構成としてもよい。
【０００９】
また、前記磁石体を弾性部材で少なくとも２箇所で支持するか、あるいは少なくとも２方向より引っ張り又は押圧して各ループ状コイルの非通電時における前記磁石体を所定の相対位置に復帰させる構成としてもよい。
【００１０】
さらに、前記磁石体の相対運動を検出する検出コイルを前記ループ状コイルに近接させて固定配置してもよい。
【００１１】
前記磁石体の相対位置検出用に磁気式又は光学式センサを設ける構成としてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る面移動アクチュエータの実施の形態を図面に従って説明する。
【００１３】
図１乃至図４で本発明に係る面移動アクチュエータの第１の実施の形態を説明する。この第１の実施の形態はコイル側を固定とし、永久磁石側をコイル側に対して平行状態を維持して面移動自在とした磁石可動型面移動アクチュエータを構成した例である。ここで、図１は第１の実施の形態の全体構成を示す平面図、図２は側断面図、図３は固定コイル体の平面図、図４は可動磁石体の平面図である。これらの図において、１は固定コイル体であり、図３のように樹脂等の非磁性材からなるホルダ２の内側平坦面（内側底面）に内周側のループ状コイル３及びその外側を周回する外周側のループ状コイル４を同心的かつ平面的に配置、固定したものである。なお、この例では内周側及び外周側のループ状コイル３，４は略方形ループをなす形状となっており、例えば自己融着性導線（いわゆるセメントワイヤー）を巻回したボビンレスコイルである。
【００１４】
一方、１０は可動磁石体であり、内周側のループ状コイル３に近接対向する第１群の永久磁石１１，１２及び外周側のループ状コイル４に近接対向する第２群の永久磁石１３，１４を図４のようにベース板１５のコイル３，４への対向面に接着剤等で固着したものである。そして、可動磁石体１０のベース板１５はホルダ２の内側底面から突出した環状凸部２ａの先端面である摺動部２ｂにて摺動自在に支持されている。この摺動部２ｂには低摩擦材のコーティングを設けるようにしてもよい。また、ホルダ２の側面部２ｃ上端面に固定されたカバー部材５でベース板１５は外れないように上から抑えられている（但し、摺動動作は妨げられない。）。これにより、可動磁石体１０は各ループ状コイル３，４の配置平面（ホルダの内側底面）に対して平行な移動平面内で摺動自在で、かつ図２のようにループ状コイル３，４と永久磁石１１，１２，１３，１４間に一定間隙が保たれるように支持される。なお、ベース板１５は鉄板等の磁性体板でもよいし、樹脂板等の非磁性板でもよいが、磁性体板の方が永久磁石１１，１２，１３，１４との間で吸着力が働き、永久磁石の脱落の危険が無い点で好都合である。
【００１５】
ここで、第１群の２個の永久磁石１１，１２は、これらによる磁束が内周側のループ状コイル３と鎖交するもので、図１の如く内周側のループ状コイル３のＸ軸方向に沿った２箇所の直線状部分にそれぞれ近接対向する長方形板形状であり、その長手方向がＸ軸方向を向き、それぞれ厚み方向に磁化されている（片面単極着磁）。
【００１６】
また、第２群の２個の永久磁石１３，１４は、これらによる磁束が外周側のループ状コイル４と鎖交するもので、外周側のループ状コイル４のＹ軸方向に沿った２箇所の直線状部分にそれぞれ近接対向する長方形板形状であり、その長手方向がＹ軸方向を向き、それぞれ厚み方向に磁化されている（片面単極着磁）。
【００１７】
なお、第１群の２個の永久磁石１１，１２の磁極の極性は相互に反対であり、一方の永久磁石１１のＮ極がループ状コイル３に対面している場合、他方の永久磁石１２のＳ極がループ状コイル３に対面する。同様に、第２群の２個の永久磁石１３，１４の磁極の極性も相互に反対であり、一方の永久磁石１３のＮ極がループ状コイル４に対面している場合、他方の永久磁石１４のＳ極がループ状コイル４に対面する。これは、ループ状コイル３，４の上下、左右では各コイルを周回している電流の向きが可動磁石体１０側から見て反対向きとなるためである。このような磁極配置とすることで、第１群の永久磁石１１，１２による推力（後述するようにフレミングの左手の法則に基づくものでＹ軸方向成分となる）は互いに強め合う向きに発生し、同様に第２群の永久磁石１３，１４による推力（後述するようにＸ軸方向成分となる）も互いに強め合う向きに発生する。
【００１８】
なお、可動磁石体１０のベース板１５には小型、軽量の被駆動体２０が固定されている。この被駆動体２０は例えば、光学レンズ、プリズム等であり、光線を通過させる必要がある場合には、ホルダ２の底面部に透孔２ｄを、ベース板１５の被駆動体２０の位置する中央部分に透孔１５ａをそれぞれ形成しておく。
【００１９】
前記ホルダ２の側面部２ｃの外側には、端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを有する端子台２１が取り付けられており、例えばループ状コイル３の引出線が端子２２ａ，２２ｂに、ループ状コイル４の引出線が端子２２ｃ，２２ｄにそれぞれ接続されている。
【００２０】
この第１の実施の形態において、外周側のループ状コイル４に矢印Ｐ方向の電流を流すことにより、第２群の永久磁石１３，１４の磁束との間でフレミングの左手の法則に基づくＸ軸方向の推力が発生し、可動磁石体１０を図１のＸ＋方向に動かすことができる。電流の向きを反転して矢印Ｑ方向とすれば可動磁石体１０をＸ−方向に動かすことができる。
【００２１】
また、内周側のループ状コイル３に矢印Ｒ方向の電流を流すことにより、第１群の永久磁石１１，１２の磁束との間でフレミングの左手の法則に基づくＹ軸方向の推力が発生し、可動磁石体１０を図１のＹ＋方向に動かすことができる。電流の向きを反転して矢印Ｓ方向とすれば可動磁石体１０をＹ−方向に動かすことができる。
【００２２】
さらに、外周側のループ状コイル４に矢印Ｐ方向、かつ内周側のループ状コイル３に矢印Ｒ方向の電流をそれぞれ流せば、Ｘ軸のＸ＋方向への推力成分とＹ軸のＹ＋方向への推力成分との合成力によりＡ方向（４５度方向）へ可動磁石体１０を移動させることができる。従って、ループ状コイル３，４に通電する電流値及び電流の向きを制御することで、推力のＸ軸方向成分及びＹ軸方向成分を任意に設定して可動磁石体１０の移動平面（コイル３，４の配置平面に対して平行）となるＸ−Ｙ平面上の任意の方向、任意の位置に可動磁石体１０を自由に移動させることが可能である。
【００２３】
この第１の実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００２４】
(1) 内周側のループ状コイル３の外側に外周側のループ状コイル４をホルダ２内に平面的に配置してなる固定コイル体１と、各ループ状コイル３，４と鎖交する磁束を発生する第１群及び第２群の永久磁石１１，１２，１３，１４をベース板１５に固着した可動磁石体１０とを備え、各ループ状コイル３，４に電流を流すことで、フレミングの左手の法則に基づく推力で可動磁石体１０をＸ軸及びＹ軸方向に駆動する構造である。このため、各ループ状コイル３，４と各永久磁石１１，１２，１３，１４とが面対向する構造で、Ｘ軸方向の推力を発生する外周側のループ状コイル４及び第２群の永久磁石１３，１４からなるＸ軸方向のアクチュエータ部分と、Ｙ軸方向の推力を発生する内周側のループ状コイル３及び第１群の永久磁石１１，１２からなるＹ軸方向のアクチュエータ部分とが同一平面上に構成されることになり、小型に構成することができ、また簡素な構造とすることが可能で、軽量化を図ることができる。
【００２５】
(2) 各永久磁石１１，１２，１３，１４を小型で高性能の希土類磁石で構成することで、可動磁石体１０を軽量化し、かつ大きな推力を発生可能であり、Ｘ−Ｙ平面を高速動作させることができる。
【００２６】
(3) 通電する必要の無い可動磁石体１０が動く構造であり、コイル可動型のように可動部分に通電する必要がなく、取り扱いが簡単であり、構造の簡素化ができる。
【００２７】
図５及び図６で本発明の第２の実施の形態を説明する。ここで、図５は第２の実施の形態の底面図、図６は側断面図である。この場合、固定コイル体１が有するループ状コイル３，４の可動磁石体１０に対向する側の反対側に環状磁性体３０を固定配置している。すなわち、固定コイル体１のホルダ２の外側底面に、環状磁性体３０が固着されている。この環状磁性体３０は例えば鉄板等であり、前記可動磁石体１０側の各永久磁石１１，１２，１３，１４との間に吸引力（図６の矢印Ｂ方向の力）を発生させ、可動磁石体１０の位置を安定させるものである（とくに可動磁石体１０の上下方向のがたつき防止に有効である。）。
【００２８】
なお、その他の構成及び作用効果は前述の第１の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
図７及び図８で本発明の第３の実施の形態を説明する。ここで、図７は第３の実施の形態の平面図、図８は側断面図である。この場合、固定コイル体３１のホルダ３２は内側底面から突出した環状凸部３２ａの先端面である摺動部３２ｂで可動磁石体１０を摺動自在に支持することは第１の実施の形態と同様であるが、ホルダ３２の側面部３２ｃと環状凸部３２ａとの間隔がやや広く形成されていて、この間隔を利用して可動磁石体１０の４角を側面部３２ｃ側に引っ張る（吊る）弾性部材（引っ張りばね又はゴム等）３５が配設されている。すなわち、図７では側面部３２ｃの内側の４個の角部と可動磁石体１０のベース板１５の４角とをそれぞれ接続する弾性部材３５が合計４箇所設けられている。
【００３０】
なお引っ張りばね又はゴム等の弾性部材３５の代わりに、圧縮ばね又はゴム等の弾性部材３６を用いることができ、この場合、図７の仮想線のように、ホルダ３２の側面部３２ｃの内壁面と、可動磁石体１０のベース板１５の側端面との間に弾性部材３６を合計４箇所配設して、可動磁石体１０を中央に向けて押圧するようにしてもよい。
【００３１】
なお、ホルダ３２は可動磁石体１０に固定された被駆動体２０が光学レンズ、プリズム等であり、光線を通過させる必要がある場合には、ホルダ３２の底面部に透孔３２ｄを形成しておく。その他の構成は前述の第２の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
この第３の実施の形態によれば、弾性部材３５又は弾性部材３６を設けたことで、可動磁石体１０の位置の安定化を図って、振動、衝撃に対する動作の安定性を確保でき、また各ループ状コイル３，４の非通電時に可動磁石体１０をホルダ中央の原点位置に自動復帰させることができる。なお、その他の作用効果は前述した第２の実施の形態と同様である。
【００３３】
図９は本発明の第４の実施の形態を示す。この場合、可動磁石体１０の運動を検出するループ状検出コイル３３，３４を固定コイル体１のループ状コイル３，４に近接させて固定配置している。具体的には、ループ状検出コイル３３は内周側のループ状コイル３の下層に、ループ状検出コイル３４は外周側のループ状コイル４の下層にそれぞれ配置され、ホルダ２の内側底面にコイル３，４とともに固着されている。その他の構成は前述の第１の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
この第４の実施の形態によれば、可動磁石体１０側の各永久磁石の移動速度、位置等を検出コイル３３，３４の誘起電圧を用いて検出することができる。その他の作用効果は前述した第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
図１０乃至図１２で本発明の第５の実施の形態を説明する。ここで、図１０は第５の実施の形態の平面図、図１１は要部拡大平面図、図１２は要部断面図である。この場合、可動磁石体１０のベース板１５のコイル３，４への対向側に位置検出用の磁気式リニアスケール磁石４０を固着するとともに、図１２のように位置検出用磁気式リニアスケール磁石４０に近接対向することが可能な位置のホルダ３２内側底面上にＭＲセンサ（磁気抵抗効果素子内蔵）４１が固定配置されている。ここで、位置Ｕに配置された磁気式リニアスケール磁石４０とＭＲセンサ４１の組がＸ軸方向の位置検出用の磁気センサを構成し、磁気式リニアスケール磁石４０とＭＲセンサ４１が近接対向したときの可動磁石体１０のＸ軸方向位置をＭＲセンサ４１の内部抵抗変化で検出できる。同様に、位置Ｖに配置された磁気式リニアスケール磁石４０とＭＲセンサ４１の組がＹ軸方向の位置検出用の磁気センサを構成し、磁気式リニアスケール磁石４０とＭＲセンサ４１が近接対向したときの可動磁石体１０のＹ軸方向位置をＭＲセンサ４１の内部抵抗変化で検出できる。
【００３６】
なお、可動磁石体１０の動作位置を磁気式リニアスケール磁石４０とＭＲセンサ４１の組で測定し、そのデータを用いてフィードバック制御（ループ状コイル３，４に流す電流値、電流方向の制御）を実行することで、Ｘ−Ｙ平面上の任意位置へ可動磁石体１０を移動させることが可能である。
【００３７】
なお、その他の構成及び作用効果は前述の第３の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図１３は上記第５の実施の形態で用いた検出用永久磁石４０とＭＲセンサ４１の組の代わりに使用可能な可動磁石体１０の光学式位置検出センサを示す。この場合、光学式センサを構成する発光素子４２と受光素子４３との間を可動磁石体１０のベース板１５に形成されたスリット（又は穴）４４が位置することができるようになっている。受光素子４３は発光素子４２からの光線がベース板１５で遮られるかスリット４４を通過して当該受光素子４３で受光されたかによって（更に受光量の多少によって）ベース板１５の位置、すなわち可動磁石体１０の位置を検出可能である。
【００３９】
図１４及び図１５で本発明の第６の実施の形態を説明する。ここで、図１４は第６の実施の形態の平面図、図１５は第６の実施の形態で用いる永久磁石を示す平面図である。この場合、第１の実施の形態で用いたような片面単極着磁の永久磁石を複数個ベース板に固着して可動磁石体を構成する代わりに、図１５のような片面２極着磁の１個の方形枠状永久磁石５０を用いている。ここで、永久磁石５０は２つの長辺部５１，５２が内周側のループ状コイル３に近接対向（第１の実施の形態における第１群の２個の永久磁石１１，１２に相当）し、２つの短辺部５３，５４が外周側のループ状コイル４に近接対向（第１の実施の形態における第２群の２個の永久磁石１３，１４に相当）する配置となり、一方の長辺部５１と短辺部５３のコイル対向面が例えばＮ極であれば他方の長辺部５２と短辺部５４のコイル対向面が例えばＳ極となる。つまり、２つの長辺部５１，５２の磁極の極性は相互に反対であり、同様に２つの短辺部５３，５４の磁極の極性も相互に反対となる。これは、ループ状コイル３，４の上下、左右では各コイルを周回している電流の向きが可動磁石体１０側から見て反対向きとなるためである。このような磁極配置とすることで、２つの長辺部５１，５２の磁極による推力（Ｙ軸方向）は互いに強め合う向きに発生し、同様に２つの短辺部５３，５４の磁極による推力（Ｘ軸方向）も互いに強め合う向きに発生する。
【００４０】
なお、その他の構成は前述の第１の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
この第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用効果に加えて、１個の方形枠状永久磁石５０をベース板１５に固着することで可動磁石体１０を構成でき、いっそうの構造の簡素化を図ることができ、また永久磁石５０とベース板１５との固着強度を高めることができる。このような片面２極着磁の方形枠状永久磁石５０は燒結磁石で作製可能であるが樹脂磁石等の複合磁石として容易に作製することができる。
【００４２】
図１６及び図１７で本発明の第７の実施の形態を説明する。ここで、図１６は第７の実施の形態の平面図、図１７は側断面図である。この場合、内周側及び外周側のループ状コイルが円形であり、これに合わせて内周側及び外周側のループ状コイルに近接対向する各永久磁石も円弧状となっている。これらの図において、６１は固定コイル体であり、図１７のように樹脂等の非磁性材からなる偏平円筒状外形を持つホルダ６２の内側平坦面（内側底面）に内周側の円形ループ状コイル６３及びその外側を周回する外周側の円形ループ状コイル６４を同心的かつ平面的に配置、固定したものである。
【００４３】
一方、７０は可動磁石体であり、内周側の円形ループ状コイル６３に近接対向する第１群の円弧状永久磁石７１，７２及び外周側の円形ループ状コイル６４に近接対向する第２群の円弧状永久磁石７３，７４を円形ベース板７５のコイル６３，６４への対向面に接着剤等で固着したものである。そして、可動磁石体７０のベース板７５はホルダ６２の内側底面から突出した円環状凸部６２ａの先端面である摺動部６２ｂにて摺動自在に支持されている。また、ホルダ６２の側面部６２ｃ上端面に固定されたカバー部材６５でベース板７５は外れないように上から抑えられている（但し、摺動動作は妨げられない。）。これにより、可動磁石体７０は各円形ループ状コイル６３，６４の配置平面（ホルダの内側底面）に対して平行な移動平面内で摺動自在で、かつ図１７のように円形ループ状コイル６３，６４と永久磁石７１，７２，７３，７４間に一定間隙が保たれるように支持される。なお、ベース板７５は鉄板等の磁性体板でもよいし、樹脂板等の非磁性板でもよい。
【００４４】
ここで、第１群の２個の円弧状永久磁石７１，７２は、これらによる磁束が内周側の円形ループ状コイル６３と鎖交するもので、図１６の如く内周側の円形ループ状コイル３のＸ軸方向に沿った２箇所の円弧状部分にそれぞれ近接対向する円弧板形状であり、その長手方向がＸ軸方向を向き、それぞれ厚み方向に磁化されている。
【００４５】
また、第２群の２個の永久磁石７３，７４は、これらによる磁束が外周側の円形ループ状コイル６４と鎖交するもので、外周側の円形ループ状コイル６４のＹ軸方向に沿った２箇所の円弧状部分にそれぞれ近接対向する円弧板形状であり、その長手方向がＹ軸方向を向き、それぞれ厚み方向に磁化されている。
【００４６】
なお、第１群の２個の永久磁石７１，７２の磁極の極性は相互に反対であり、一方の永久磁石７１のＮ極が円形ループ状コイル６３に対面している場合、他方の永久磁石７２のＳ極が円形ループ状コイル６３に対面する。同様に、第２群の２個の永久磁石７３，７４の磁極の極性も相互に反対であり、一方の永久磁石７３のＮ極が円形ループ状コイル６４に対面している場合、他方の永久磁石７４のＳ極が円形ループ状コイル６４に対面する。これは、円形ループ状コイル６３，６４の上下、左右では各コイルを周回している電流の向きが可動磁石体７０側から見て反対向きとなるためである。このような磁極配置とすることで、第１群の永久磁石７１，７２による推力（Ｙ軸方向成分となる）は互いに強め合う向きに発生し、同様に第２群の永久磁石７３，７４による推力（Ｘ軸方向成分となる）も互いに強め合う向きに発生する。
【００４７】
なお、可動磁石体７０のベース板７５に固定された被駆動体２０が、光学レンズ、プリズム等の光線を通過させる必要があるものの場合には、ホルダ６２の底面部に透孔６２ｄを、ベース板７５の被駆動体２０の位置する中央部分に透孔７５ａをそれぞれ形成しておく。
【００４８】
この第７の実施の形態の動作原理は第１の実施の形態と実質的に同じであり、全体形状を円盤形状とする場合に好都合な構造である。
【００４９】
図１８及び図１９は本発明の第８の実施の形態を示す。ここで、図１８は第８の実施の形態において一部の部材を省略して示す平面図、図１９は正断面図である。この場合、内周側及び外周側のループ状コイルは円形であるが、これに対応する永久磁石として片面２極着磁の１個の円形枠状永久磁石を用いている。これらの図において、固定コイル体８１は樹脂等の非磁性材からなる偏平円筒状外形を持つホルダ８２と２個の円形ループ状コイル６３，６４を有するが、ホルダ８２は図１９のようにホルダ本体部８３とホルダ蓋体部８４とを接着剤等で固着一体化したものであり、ホルダ蓋体部８４の内側平坦面（内側天井面）に内周側の円形ループ状コイル６３及びその外側を周回する外周側の円形ループ状コイル６４が同心的かつ平面的に配置、固定されている。
【００５０】
一方、可動磁石体９０は磁性又は非磁性の円形ベース板９５に１個の片面２極着磁の円形枠状永久磁石１００をベース板９５のコイル６３，６４への対向面上に接着剤等で固着したものである。そして、可動磁石体９０のベース板９５はホルダ本体部８３の内側底面から突出した円環状凸部８３ａの先端面である摺動部８３ｂにて摺動自在に支持されている。これにより、可動磁石体９０は各円形ループ状コイル６３，６４の配置平面（ホルダ蓋体部８４の内側天井面）に対して平行な移動平面内で摺動自在で、かつ図１９のように円形ループ状コイル６３，６４と円形枠状永久磁石１００間に一定間隙が保たれるように支持される。
【００５１】
前記円形枠状永久磁石１００は、図１８に示すように２つの小径部１０１，１０２が内周側の円形ループ状コイル６３に近接対向（第１の実施の形態における第１群の２個の永久磁石１１，１２に相当）し、２つの大径部１０３，１０４が外周側の円形ループ状コイル６４に近接対向（第１の実施の形態における第２群の２個の永久磁石１３，１４に相当）する配置となり、一方の小径部１０１と大径部１０３のコイル対向面が例えばＮ極であれば他方の小径部１０２と大径部１０４のコイル対向面が例えばＳ極となる。つまり、２つの小径部１０１，１０２の磁極の極性は相互に反対であり、同様に２つの大径部１０３，１０４の磁極の極性も相互に反対となる。これは、円形ループ状コイル６３，６４の上下、左右では各コイルを周回している電流の向きが可動磁石体９０側から見て反対向きとなるためである。このような磁極配置とすることで、２つの小径部１０１，１０２の磁極による推力（Ｙ軸方向）は互いに強め合う向きに発生し、同様に２つの大径部１０３，１０４の磁極による推力（Ｘ軸方向）も互いに強め合う向きに発生する。
【００５２】
なお、可動磁石体９０のベース板９５に固定された被駆動体２０が、光学レンズ、プリズム等の光線を通過させる必要があるものの場合には、ホルダ８２を構成するホルダ本体部８３及びホルダ蓋体部８４にそれぞれ透孔８５を、ベース板９５の被駆動体２０の位置する中央部分に透孔９５ａをそれぞれ形成しておく。また、ホルダ本体部８３の外側底面に円環状磁性体３０を固着し、永久磁石１００との間で吸引力を発生して可動磁石体９０の位置を安定化するようにしている。
【００５３】
この第８の実施の形態の作用効果は、前述した第６の実施の形態と同様であるが、さらに全体形状を円盤形状とする場合に好都合な構造となっている。
【００５４】
図２０及び図２１は本発明の第９の実施の形態を示す。これらの図において、１１１は固定コイル体であり、その非磁性ホルダ１１２は図２１に示すように内周側及び外周側のループ状コイル３，４を平面的に配置、固定した台座部１１２ａと該台座部１１２ａより一段低くなった外縁脚部１１２ｂとからなっている。そして、可動磁石体１０のベース板１５の四隅と前記外縁脚部１１２ｂの四隅とがベリリウム銅、燐青銅等の弾性材質の金属線からなる弾性部材１１５で連結されている。すなわち、可動磁石体１０のベース板１５は、四箇所においてホルダ１１２に対して弾性部材１１５で弾性的に支持されている（吊られている）。その他の構成は前述した第１の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
この第９の実施の形態において、固定コイル体１１１側のループ状コイル３，４に通電することで、弾性部材１１５の弾性力に抗して第１群の永久磁石１１，１２及び第２群の永久磁石１３，１４を持つ可動磁石体１０を、固定コイル体１１１のコイル配置平面となる台座部１１２ａに対し平行状態を維持してＸ−Ｙ方向に移動させることができる。また、コイル３，４への通電をオフとすれば、可動磁石体１０は弾性部材１１５により原点位置に復帰する。
【００５６】
なお、第６乃至第７の実施の形態の場合においても、可動磁石体の位置安定化のための磁性体を第２の実施の形態と同様に配置する構成とすることができる。
【００５７】
また、第６乃至第８の実施の形態の場合においても、可動磁石体の位置安定化及びループ状コイルの非通電時での可動磁石体の原点位置復帰のための弾性部材を第３又は第９の実施の形態と同様に設ける構成とすることが可能である。第３及び第９の実施の形態では、弾性部材は４箇所に設けたが、最低２箇所以上に設ければ足りる。
【００５８】
さらに、第６乃至第９の実施の形態の場合においても、可動磁石体の移動速度、位置等を検出用に検出コイルを第４の実施の形態と同様に設ける構成とすることができる。
【００５９】
また、第６乃至第９の実施の形態の場合においても、可動磁石体の位置検出のために第５の実施の形態の如き磁気的又は光学的な位置検出手段を設ける構成とすることが可能である。
【００６０】
本発明の各実施の形態では、複数のループ状コイルを有するコイル体側を固定、永久磁石を有する磁石体側を可動として説明したが、用途に応じて磁石体側を固定、コイル体側を可動とし、コイル体側に被駆動体を設けた構造とすることもできる。
【００６１】
また、本発明の各実施の形態では、磁石体が水平面を移動する如き説明を行ったが、コイル体を垂直面、傾斜面に配置することで磁石体は垂直面、傾斜面内でコイル体に対し平行状態で相対移動することが可能である。
【００６２】
本発明に係る各実施の形態では、内周側及び外周側のループ状コイルを独立した別個のコイルとしたが、内周側及び外周側のループ状コイルを、中間にタップ（引出線部分）を引き出して連続的に１個のコイルとして巻線し、巻線後にタップを切断して内周側及び外周側の２個のコイルに電気的に分離する構造とすることもできる。
【００６３】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る面移動アクチュエータは、複数のループ状コイルを有していて内周側のループ状コイルの外側に外周側のループ状コイルを平面的に配置してなるコイル体と、各ループ状コイルと鎖交する磁束を発生する永久磁石をベース板に固着した磁石体とを備え、前記コイル体と前記磁石体とが平行状態を維持して相対移動自在であり、前記複数のループ状コイルの通電時に発生する推力は前記コイル体又は磁石体の移動平面内で少なくとも２方向の推力成分を有する構成であり、前記磁石体又はコイル体を前記移動平面内の任意の位置に駆動することが可能である（前記コイル体と磁石体の相対位置関係を特定の移動平面内で任意に設定できる）。
【００６５】
また、各ループ状コイルと各永久磁石とが面対向する構造であり、２方向の推力成分を発生する機構が同一平面上に構成されることになり、小型に構成することができ、また簡素な構造とすることが可能で、軽量化を図ることができる。
【００６６】
さらに、磁石体に小型軽量で高性能の永久磁石を設けることで、可動磁石体を軽量化し、かつ大きな推力を発生可能として、移動平面を高速動作させることができる。
【００６７】
また、通電する必要の無い磁石体が動く構造を採用した場合には、コイル可動型のように可動部分に通電する必要がなく、取り扱いが簡単となり、構造の簡素化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面移動アクチュエータの第１の実施の形態の全体構成を示す平面図である。
【図２】同側断面図である。
【図３】第１の実施の形態における固定コイル体の平面図である。
【図４】第１の実施の形態における可動磁石体の平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す底面図である。
【図６】同側断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示す平面図である。
【図８】同側断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態を示す要部拡大断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態を示す平面図である。
【図１１】第５の実施の形態の要部拡大平面図である。
【図１２】第５の実施の形態の要部断面図である。
【図１３】第５の実施の形態で使用可能な光学式位置検出センサを示す側断面図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態を示す平面図である。
【図１５】第６の実施の形態で用いる永久磁石を示す平面図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態を示す平面図である。
【図１７】同側断面図である。
【図１８】本発明の第８の実施の形態において一部の部材を省略して示す平面図である。
【図１９】第８の実施の形態を示す側断面図である
【図２０】本発明の第９の実施の形態を示す平面図である。
【図２１】第９の実施の形態を示す側断面図である
【符号の説明】
１，３１，６１，８１，１１１固定コイル体
２，３２，６２，８２，１１２ホルダ
３，４，６３，６４ループ状コイル
５，６５カバー部材
１０，７０，９０可動磁石体
１１，１２，１３，１４，５０，７１，７２，７３，７４，１００永久磁石
１５ベース板
２０被駆動体
２１端子台
３０環状磁性体
３３，３４検出コイル
３５，３６，１１５弾性部材
４０磁気式リニアスケール磁石
４１ＭＲセンサ
４２発光素子
４３受光素子
４４スリット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an actuator capable of moving various driven bodies to arbitrary positions within a predetermined plane by energizing a coil, and in particular, a coil side and a permanent magnet side are maintained in a parallel state with each other. The present invention relates to a surface moving actuator that can move freely.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an XY stage disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-46818 is known as an apparatus for moving a driven body in the XY directions. In this XY stage, a moving table supported movably within a predetermined plane is driven by three voice coil motors in the X direction, the Y direction perpendicular thereto, and the rotational direction.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in an application in which a lightly driven component is moved at high speed regardless of posture (not only in a horizontal plane but in a vertical plane or an inclined plane), it is necessary to make the movable part as small and light as possible. There is a limit to reducing the size and weight of moving parts. In the case of a moving coil type voice coil motor, an electric wire for supplying power to the coil is required, and the structure becomes complicated.
[0004]
In view of the above-described points, the present invention provides a surface moving actuator capable of driving a lightly driven body at high speed in a predetermined plane and reducing the outer shape, simplifying the structure, and reducing the weight. With the goal.
[0005]
Other objects and novel features of the present invention will be clarified in embodiments described later.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first surface movement actuator according to the present invention has a plurality of loop-shaped coils, and an outer peripheral loop-shaped coil is provided outside an inner peripheral loop-shaped coil. Concentric and It is arranged in a plane Fixed A coil body;
Each loop coil Close to each other Permanent magnet fixed to base plate Movable A magnet body,
The permanent magnet generates a magnetic flux interlinking with a loop-shaped coil that is closely opposed to each other, The coil body and the magnet body are relatively movable while maintaining a parallel state, and the thrust generated when the plurality of loop coils are energized is Of the magnet body It has a thrust component in at least two directions in the moving plane.
[0007]
Further, the second surface movement actuator according to the present invention has two loop coils, and the outer loop coil is arranged outside the inner loop coil. Non-magnetic In the holder Concentric and It is arranged in a plane Fixed A coil body;
Each loop coil Close to each other Permanent magnet fixed to base plate Movable A magnet body,
The permanent magnet generates a magnetic flux interlinking with a loop-shaped coil that is closely opposed to each other, The magnet body is supported by the holder so as to be relatively movable in parallel with the arrangement plane of each loop-shaped coil, and the thrust generated when energizing each loop-shaped coil is Magnet body It has a thrust component in the X direction and the Y direction orthogonal to the X direction in the moving plane.
[0008]
In the first or second surface moving actuator, a magnetic body may be fixedly disposed on the opposite side of the loop coil facing the magnet body, and an attractive force may be generated between the magnet body and the magnet body. Good.
[0009]
Further, the magnet body may be supported by at least two places with an elastic member, or may be pulled or pressed in at least two directions to return the magnet body to a predetermined relative position when each loop coil is not energized. Good.
[0010]
Furthermore, a detection coil for detecting the relative motion of the magnet body may be fixedly disposed close to the loop coil.
[0011]
A magnetic or optical sensor may be provided for detecting the relative position of the magnet body.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a surface movement actuator according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0013]
A first embodiment of a surface movement actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. This first embodiment is an example in which a magnet movable type surface moving actuator is configured in which the coil side is fixed and the permanent magnet side is parallel to the coil side and the surface can be moved freely. Here, FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of the first embodiment, FIG. 2 is a side sectional view, FIG. 3 is a plan view of a fixed coil body, and FIG. 4 is a plan view of a movable magnet body. In these drawings, reference numeral 1 denotes a fixed coil body, which loops around the inner loop side coil-like coil 3 and the outside thereof on the inner flat surface (inner bottom surface) of the holder 2 made of a non-magnetic material such as resin as shown in FIG. The outer peripheral loop-shaped coil 4 is concentrically and planarly arranged and fixed. In this example, the inner and outer loop coils 3 and 4 have a substantially rectangular loop shape, for example, a bobbinless coil wound with a self-bonding conductive wire (so-called cement wire). .
[0014]
On the other hand, 10 is a movable magnet body, and a first group of permanent magnets 11 and 12 that are in close proximity to the inner circumferential loop coil 3 and a second group of permanent magnets 13 that are in close proximity to the outer loop coil 4. , 14 are fixed to the surface of the base plate 15 facing the coils 3, 4 with an adhesive or the like as shown in FIG. The base plate 15 of the movable magnet body 10 is slidably supported by a sliding portion 2b which is a tip surface of the annular convex portion 2a protruding from the inner bottom surface of the holder 2. This sliding portion 2b may be provided with a coating of a low friction material. Further, the base plate 15 is suppressed from above so as not to be removed by the cover member 5 fixed to the upper end surface of the side surface portion 2c of the holder 2 (however, the sliding operation is not hindered). Thereby, the movable magnet body 10 is slidable in a moving plane parallel to the arrangement plane (inner bottom surface of the holder) of the loop coils 3 and 4, and the loop coils 3 and 4 as shown in FIG. And the permanent magnets 11, 12, 13, 14 are supported so as to maintain a constant gap. The base plate 15 may be a magnetic plate such as an iron plate or a non-magnetic plate such as a resin plate. However, the magnetic plate is more attractive to the permanent magnets 11, 12, 13, and 14. This is advantageous in that there is no risk of the permanent magnet falling off.
[0015]
Here, the two permanent magnets 11 and 12 of the first group are those in which the magnetic flux due to them interlinks with the loop coil 3 on the inner peripheral side, and the X of the loop coil 3 on the inner peripheral side as shown in FIG. It has a rectangular plate shape that is close to and faces two linear portions along the axial direction, and its longitudinal direction faces the X-axis direction and is magnetized in the thickness direction (single-sided monopolar magnetization).
[0016]
In addition, the two permanent magnets 13 and 14 of the second group are ones in which the magnetic flux generated by them is linked to the loop coil 4 on the outer peripheral side, and two locations along the Y-axis direction of the loop coil 4 on the outer peripheral side. Each of the linear portions is in the shape of a rectangular plate that is close to and opposed to each other, and its longitudinal direction is in the Y-axis direction and is magnetized in the thickness direction (single-sided monopolar magnetization).
[0017]
The polarities of the magnetic poles of the two permanent magnets 11 and 12 in the first group are opposite to each other, and when the N pole of one permanent magnet 11 faces the loop coil 3, the other permanent magnet 12. The S pole faces the loop coil 3. Similarly, the polarities of the magnetic poles of the two permanent magnets 13 and 14 in the second group are also opposite to each other, and when the N pole of one permanent magnet 13 faces the loop coil 4, the other permanent magnet The 14 S poles face the loop coil 4. This is because the direction of the current that circulates each coil in the upper, lower, left, and right sides of the loop coils 3 and 4 is opposite when viewed from the movable magnet body 10 side. By adopting such a magnetic pole arrangement, the thrust force by the first group of permanent magnets 11 and 12 (based on Fleming's left-hand rule as described later and becomes the Y-axis direction component) is generated in a mutually reinforcing direction. Similarly, thrust by the second group of permanent magnets 13 and 14 (which becomes an X-axis direction component as will be described later) is also generated in a mutually reinforcing direction.
[0018]
A small and lightweight driven body 20 is fixed to the base plate 15 of the movable magnet body 10. The driven body 20 is, for example, an optical lens, a prism, or the like. When it is necessary to pass a light beam, the through hole 2d is formed on the bottom surface of the holder 2 and the center of the base plate 15 where the driven body 20 is located. A through hole 15a is formed in each part.
[0019]
A terminal block 21 having terminals 22a, 22b, 22c, and 22d is attached to the outside of the side surface portion 2c of the holder 2. For example, the lead wire of the loop coil 3 is connected to the terminals 22a and 22b and the loop coil 4 is connected. Are respectively connected to the terminals 22c and 22d.
[0020]
In the first embodiment, by passing a current in the direction of arrow P through the loop-shaped coil 4 on the outer peripheral side, X based on Fleming's left-hand rule with the magnetic flux of the second group of permanent magnets 13 and 14. An axial thrust is generated, and the movable magnet body 10 can be moved in the X + direction of FIG. If the direction of the current is reversed to the arrow Q direction, the movable magnet body 10 can be moved in the X-direction.
[0021]
Further, by passing a current in the direction of arrow R through the loop coil 3 on the inner peripheral side, thrust in the Y-axis direction based on Fleming's left-hand rule is generated between the first group of permanent magnets 11 and 12. Then, the movable magnet body 10 can be moved in the Y + direction of FIG. If the direction of the current is reversed to the arrow S direction, the movable magnet body 10 can be moved in the Y-direction.
[0022]
Furthermore, if a current in the direction of arrow P is passed through the outer loop-shaped coil 4 and a current in the direction of arrow R is fed through the inner loop-shaped coil 3, the thrust component in the X-axis X + direction and the Y-axis Y + direction are applied. The movable magnet body 10 can be moved in the A direction (45-degree direction) by the combined force with the thrust component. Therefore, by controlling the current value and the direction of the current applied to the loop coils 3 and 4, the X-axis direction component and the Y-axis direction component of the thrust are arbitrarily set, and the moving plane (coil 3) of the movable magnet body 10 is set. , 4 can be moved freely in any direction and any position on the XY plane.
[0023]
According to the first embodiment, the following effects can be obtained.
[0024]
(1) A stationary coil body 1 in which a loop-shaped coil 4 on the outer peripheral side is arranged in a plane in the holder 2 outside the loop-shaped coil 3 on the inner peripheral side, and the loop-shaped coils 3 and 4 are linked. A movable magnet body 10 in which the first group and second group permanent magnets 11, 12, 13, and 14 that generate magnetic flux are fixed to the base plate 15, and by passing a current through each of the loop coils 3 and 4, In this structure, the movable magnet body 10 is driven in the X-axis and Y-axis directions by thrust based on Fleming's left-hand rule. Therefore, the loop coils 3 and 4 and the permanent magnets 11, 12, 13 and 14 face each other, and the outer loop coil 4 and the second group of permanent magnets generate thrust in the X-axis direction. An X-axis actuator portion composed of the magnets 13 and 14 and an Y-axis actuator portion composed of the inner loop coil 3 and the first group of permanent magnets 11 and 12 generating thrust in the Y-axis direction. It will be comprised on the same plane, can be comprised small, can be made into a simple structure, and can achieve weight reduction.
[0025]
(2) The permanent magnets 11, 12, 13, and 14 are made of small, high-performance rare earth magnets, so that the movable magnet body 10 can be reduced in weight and large thrust can be generated. It can be operated.
[0026]
(3) The movable magnet body 10 that does not need to be energized moves, and it is not necessary to energize the movable part as in the coil movable type, so that it can be handled easily and the structure can be simplified.
[0027]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 5 is a bottom view of the second embodiment, and FIG. 6 is a side sectional view. In this case, the annular magnetic body 30 is fixedly arranged on the opposite side of the looped coils 3 and 4 of the fixed coil body 1 from the side facing the movable magnet body 10. That is, the annular magnetic body 30 is fixed to the outer bottom surface of the holder 2 of the fixed coil body 1. The annular magnetic body 30 is, for example, an iron plate or the like, and generates an attractive force (force in the direction of arrow B in FIG. 6) between each of the permanent magnets 11, 12, 13, and 14 on the movable magnet body 10 side. This stabilizes the position of the magnet body 10 (particularly effective for preventing the movable magnet body 10 from rattling in the vertical direction).
[0028]
Other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment described above, and the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0029]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 7 is a plan view of the third embodiment, and FIG. 8 is a side sectional view. In this case, the holder 32 of the fixed coil body 31 slidably supports the movable magnet body 10 by the sliding portion 32b which is the tip surface of the annular convex portion 32a protruding from the inner bottom surface as in the first embodiment. Although it is the same, the space | interval of the side part 32c of the holder 32 and the cyclic | annular convex part 32a is formed a little wide, and the four corners of the movable magnet body 10 are pulled (suspended) to the side part 32c side using this space | interval. An elastic member (such as a tension spring or rubber) 35 is provided. In other words, in FIG. 7, a total of four elastic members 35 that connect the four corners inside the side surface portion 32 c and the four corners of the base plate 15 of the movable magnet body 10 are provided.
[0030]
In place of the elastic member 35 such as a tension spring or rubber, an elastic member 36 such as a compression spring or rubber can be used. In this case, as shown by an imaginary line in FIG. In addition, a total of four elastic members 36 may be disposed between the movable magnet body 10 and the side end face of the base plate 15 so as to press the movable magnet body 10 toward the center.
[0031]
The holder 32 is an optical lens, prism, or the like, and the driven body 20 fixed to the movable magnet body 10 has a through-hole 32d formed on the bottom surface of the holder 32 when it is necessary to allow light to pass through. deep. Other configurations are the same as those of the second embodiment described above, and the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0032]
According to the third embodiment, by providing the elastic member 35 or the elastic member 36, the position of the movable magnet body 10 can be stabilized, and the stability of the operation against vibration and impact can be secured. The movable magnet body 10 can be automatically returned to the origin position at the center of the holder when the loop coils 3 and 4 are not energized. Other functions and effects are the same as those of the second embodiment described above.
[0033]
FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention. In this case, the loop detection coils 33 and 34 for detecting the motion of the movable magnet body 10 are fixedly disposed close to the loop coils 3 and 4 of the fixed coil body 1. Specifically, the loop detection coil 33 is disposed in the lower layer of the inner peripheral loop coil 3, and the loop detection coil 34 is disposed in the lower layer of the outer loop loop coil 4. It is fixed together with 3 and 4. Other configurations are the same as those of the first embodiment described above, and the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0034]
According to the fourth embodiment, the moving speed, position, and the like of each permanent magnet on the movable magnet body 10 side can be detected using the induced voltages of the detection coils 33 and 34. Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.
[0035]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 10 is a plan view of the fifth embodiment, FIG. 11 is an enlarged plan view of a main part, and FIG. 12 is a cross-sectional view of the main part. In this case, a magnetic linear scale magnet 40 for position detection is fixed to the side of the base plate 15 of the movable magnet body 10 facing the coils 3 and 4, and the magnetic linear scale magnet 40 for position detection as shown in FIG. An MR sensor (built-in magnetoresistive effect element) 41 is fixedly disposed on the bottom surface inside the holder 32 at a position where it can be closely opposed to each other. Here, the set of the magnetic linear scale magnet 40 and the MR sensor 41 arranged at the position U constitutes a magnetic sensor for detecting the position in the X-axis direction, and the magnetic linear scale magnet 40 and the MR sensor 41 are close to each other. The position of the movable magnet body 10 in the X-axis direction can be detected by the internal resistance change of the MR sensor 41. Similarly, the set of the magnetic linear scale magnet 40 and the MR sensor 41 arranged at the position V constitutes a magnetic sensor for detecting the position in the Y-axis direction, and the magnetic linear scale magnet 40 and the MR sensor 41 are close to each other. The position of the movable magnet body 10 in the Y-axis direction can be detected by the change in the internal resistance of the MR sensor 41.
[0036]
The operating position of the movable magnet body 10 is measured by a set of the magnetic linear scale magnet 40 and the MR sensor 41, and feedback control is performed using the data (control of the current value flowing in the loop coils 3 and 4 and the current direction). By executing the above, it is possible to move the movable magnet body 10 to an arbitrary position on the XY plane.
[0037]
Other configurations and operational effects are the same as those of the third embodiment described above, and the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0038]
FIG. 13 shows an optical position detection sensor of the movable magnet body 10 that can be used in place of the combination of the detection permanent magnet 40 and the MR sensor 41 used in the fifth embodiment. In this case, a slit (or hole) 44 formed in the base plate 15 of the movable magnet body 10 can be positioned between the light emitting element 42 and the light receiving element 43 constituting the optical sensor. The light receiving element 43 depends on whether the light beam from the light emitting element 42 is blocked by the base plate 15 or is received by the light receiving element 43 after passing through the slit 44 (and depending on the amount of light received), that is, the movable magnet. The position of the body 10 can be detected.
[0039]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 14 is a plan view of the sixth embodiment, and FIG. 15 is a plan view showing a permanent magnet used in the sixth embodiment. In this case, instead of constituting a movable magnet body by fixing a plurality of single-sided single-pole magnetized permanent magnets as used in the first embodiment to the base plate, a single-sided, double-pole magnetized as shown in FIG. The one square frame-shaped permanent magnet 50 is used. Here, the permanent magnet 50 has two long side portions 51 and 52 in close proximity to the loop coil 3 on the inner peripheral side (corresponding to the first group of two permanent magnets 11 and 12 in the first embodiment). Then, the two short sides 53 and 54 are disposed so as to be close to and opposed to the outer peripheral loop coil 4 (corresponding to the two permanent magnets 13 and 14 of the second group in the first embodiment). If the coil facing surfaces of the long side portion 51 and the short side portion 53 are, for example, N poles, the coil facing surfaces of the other long side portion 52 and the short side portion 54 are, for example, S poles. That is, the polarities of the magnetic poles of the two long sides 51 and 52 are opposite to each other, and the polarities of the magnetic poles of the two short sides 53 and 54 are also opposite to each other. This is because the direction of the current that circulates each coil in the upper, lower, left, and right sides of the loop-shaped coils 3 and 4 is opposite when viewed from the movable magnet body 10 side. With such a magnetic pole arrangement, the thrust (Y-axis direction) generated by the magnetic poles of the two long side portions 51 and 52 is generated in a mutually reinforcing direction, and similarly the thrust generated by the magnetic poles of the two short side portions 53 and 54 (X-axis direction) is also generated in a mutually reinforcing direction.
[0040]
Other configurations are the same as those in the first embodiment described above, and the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0041]
According to the sixth embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the movable magnet body 10 can be configured by fixing one rectangular frame-shaped permanent magnet 50 to the base plate 15, Further simplification of the structure can be achieved, and the fixing strength between the permanent magnet 50 and the base plate 15 can be increased. Such a single-sided, two-pole magnetized rectangular frame-shaped permanent magnet 50 can be made of a sintered magnet, but can be easily made of a composite magnet such as a resin magnet.
[0042]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 16 is a plan view of the seventh embodiment, and FIG. 17 is a side sectional view. In this case, the loop coils on the inner peripheral side and the outer peripheral side are circular, and in accordance with this, the permanent magnets adjacent to and opposed to the loop coils on the inner peripheral side and the outer peripheral side are also arc-shaped. In these drawings, reference numeral 61 denotes a fixed coil body, and as shown in FIG. 17, a circular loop shape on the inner peripheral side is formed on the inner flat surface (inner bottom surface) of the holder 62 having a flat cylindrical outer shape made of a non-magnetic material such as resin. A coil 63 and a circular loop coil 64 on the outer peripheral side that circulates outside the coil 63 are concentrically and planarly arranged and fixed.
[0043]
On the other hand, reference numeral 70 denotes a movable magnet body, and a second group that faces and opposes the first group of arc-shaped permanent magnets 71 and 72 that are in close proximity to the inner circumferential side circular loop coil 63 and the outer side circular loop coil 64. Arc-shaped permanent magnets 73 and 74 are fixed to the surface of the circular base plate 75 facing the coils 63 and 64 with an adhesive or the like. The base plate 75 of the movable magnet body 70 is slidably supported by a sliding portion 62 b which is a tip surface of an annular convex portion 62 a protruding from the inner bottom surface of the holder 62. Further, the base plate 75 is suppressed from above so as not to be removed by the cover member 65 fixed to the upper end surface of the side surface portion 62c of the holder 62 (however, the sliding operation is not hindered). Thereby, the movable magnet body 70 is slidable in a moving plane parallel to the arrangement plane (inner bottom surface of the holder) of the circular loop coils 63 and 64, and the circular loop coil 63 as shown in FIG. , 64 and the permanent magnets 71, 72, 73, 74 are supported so as to maintain a constant gap. The base plate 75 may be a magnetic plate such as an iron plate or a non-magnetic plate such as a resin plate.
[0044]
Here, the two arc-shaped permanent magnets 71 and 72 of the first group are those in which the magnetic flux due to them interlinks with the circular loop coil 63 on the inner peripheral side, and the circular loop shape on the inner peripheral side as shown in FIG. It has an arc plate shape that is close to and faces two arc-shaped portions along the X-axis direction of the coil 3, and its longitudinal direction faces the X-axis direction and is magnetized in the thickness direction.
[0045]
Further, the two permanent magnets 73 and 74 of the second group are those in which the magnetic flux due to them is linked to the circular loop coil 64 on the outer peripheral side, and along the Y-axis direction of the circular loop coil 64 on the outer peripheral side. Each of the two arc-shaped portions has a circular arc plate shape that is close to and opposed to each other, and the longitudinal direction thereof faces the Y-axis direction, and each is magnetized in the thickness direction.
[0046]
Note that the polarities of the magnetic poles of the two permanent magnets 71 and 72 in the first group are opposite to each other, and when the N pole of one permanent magnet 71 faces the circular loop coil 63, the other permanent magnet 72 S poles face the circular loop coil 63. Similarly, the polarities of the magnetic poles of the two permanent magnets 73 and 74 in the second group are also opposite to each other. When the N pole of one permanent magnet 73 faces the circular loop coil 64, the other permanent magnet 73 The south pole of the magnet 74 faces the circular loop coil 64. This is because the direction of the current that circulates in the upper and lower sides and the left and right sides of the circular loop coils 63 and 64 is opposite when viewed from the movable magnet body 70 side. By adopting such a magnetic pole arrangement, the thrust (which becomes the Y-axis direction component) generated by the first group of permanent magnets 71 and 72 is generated in a mutually reinforcing direction, and similarly by the second group of permanent magnets 73 and 74. Thrust force (which is a component in the X-axis direction) is also generated in a mutually reinforcing direction.
[0047]
In addition, when the driven body 20 fixed to the base plate 75 of the movable magnet body 70 needs to pass a light beam such as an optical lens or a prism, a through-hole 62d is formed on the bottom surface of the holder 62, A through hole 75a is formed in the central portion of the plate 75 where the driven body 20 is located.
[0048]
The operating principle of the seventh embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and is a convenient structure when the overall shape is a disk shape.
[0049]
18 and 19 show an eighth embodiment of the present invention. Here, FIG. 18 is a plan view showing some members omitted in the eighth embodiment, and FIG. 19 is a front sectional view. In this case, the inner and outer loop coils are circular, but a single-sided, two-pole magnetized permanent magnet is used as the permanent magnet corresponding thereto. In these drawings, the fixed coil body 81 has a holder 82 having a flat cylindrical outer shape made of a non-magnetic material such as a resin and two circular loop coils 63 and 64. The holder 82 is a holder as shown in FIG. The main body 83 and the holder lid 84 are fixed and integrated with an adhesive or the like. The circular loop coil 63 on the inner peripheral side and the outside thereof are formed on the inner flat surface (inner ceiling surface) of the holder lid 84. A circular loop coil 64 on the outer peripheral side that circulates around the coil is concentrically and planarly arranged and fixed.
[0050]
On the other hand, the movable magnet body 90 has a single-sided, two-pole magnetized circular frame-shaped permanent magnet 100 on a magnetic or nonmagnetic circular base plate 95, an adhesive or the like on the surface of the base plate 95 facing the coils 63 and 64. It is fixed with. The base plate 95 of the movable magnet body 90 is slidably supported by a sliding portion 83b which is a tip surface of an annular convex portion 83a protruding from the inner bottom surface of the holder main body 83. As a result, the movable magnet body 90 is slidable in a moving plane parallel to the plane of arrangement of the circular loop coils 63 and 64 (inner ceiling surface of the holder lid portion 84), and as shown in FIG. The circular loop coils 63 and 64 and the circular frame permanent magnet 100 are supported so as to maintain a constant gap.
[0051]
As shown in FIG. 18, the circular frame-shaped permanent magnet 100 has two small-diameter portions 101 and 102 that are in close proximity to the circular loop coil 63 on the inner peripheral side (the first group of two pieces in the first embodiment). The two large-diameter portions 103 and 104 are in close proximity to the circular loop coil 64 on the outer peripheral side (the second group of two permanent magnets 13 and 14 in the first embodiment). If the coil facing surfaces of one small diameter portion 101 and the large diameter portion 103 are, for example, N poles, the coil facing surfaces of the other small diameter portion 102 and the large diameter portion 104 are, for example, S poles. That is, the polarities of the magnetic poles of the two small diameter portions 101 and 102 are opposite to each other, and the polarities of the magnetic poles of the two large diameter portions 103 and 104 are also opposite to each other. This is because the direction of the current that circulates in the upper and lower sides and the left and right sides of the circular loop coils 63 and 64 is opposite when viewed from the movable magnet body 90 side. With such a magnetic pole arrangement, the thrust (Y-axis direction) generated by the magnetic poles of the two small diameter portions 101 and 102 is generated in a mutually reinforcing direction. Similarly, the thrust generated by the magnetic poles of the two large diameter portions 103 and 104 ( (X-axis direction) also occurs in a mutually reinforcing direction.
[0052]
In addition, when the driven body 20 fixed to the base plate 95 of the movable magnet body 90 needs to pass a light beam such as an optical lens or a prism, the holder main body 83 and the holder lid constituting the holder 82 are used. A through hole 85 is formed in the body portion 84 and a through hole 95a is formed in the central portion of the base plate 95 where the driven body 20 is located. In addition, the annular magnetic body 30 is fixed to the outer bottom surface of the holder main body 83, and an attractive force is generated between the permanent magnet 100 and the position of the movable magnet body 90 is stabilized.
[0053]
The operational effects of the eighth embodiment are the same as those of the sixth embodiment described above, but the structure is more convenient when the overall shape is a disk shape.
[0054]
20 and 21 show a ninth embodiment of the present invention. In these drawings, reference numeral 111 denotes a fixed coil body, and the nonmagnetic holder 112 includes a pedestal portion 112a in which loop coils 3 and 4 on the inner peripheral side and the outer peripheral side are arranged and fixed as shown in FIG. The outer leg portion 112b is one step lower than the pedestal portion 112a. The four corners of the base plate 15 of the movable magnet body 10 and the four corners of the outer edge leg portion 112b are connected by an elastic member 115 made of a metal wire made of an elastic material such as beryllium copper or phosphor bronze. That is, the base plate 15 of the movable magnet body 10 is elastically supported (suspended) by the elastic member 115 with respect to the holder 112 at four locations. Other configurations are the same as those of the first embodiment described above, and the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0055]
In the ninth embodiment, the first group of permanent magnets 11 and 12 and the second group are resisted against the elastic force of the elastic member 115 by energizing the loop coils 3 and 4 on the fixed coil body 111 side. The movable magnet body 10 having the permanent magnets 13 and 14 can be moved in the X-Y direction while maintaining a parallel state with respect to the pedestal portion 112a serving as a coil arrangement plane of the fixed coil body 111. Further, when energization of the coils 3 and 4 is turned off, the movable magnet body 10 is returned to the origin position by the elastic member 115.
[0056]
In the sixth to seventh embodiments, the magnetic body for stabilizing the position of the movable magnet body can be arranged in the same manner as in the second embodiment.
[0057]
Also in the case of the sixth to eighth embodiments, the third or third elastic member for stabilizing the position of the movable magnet body and returning the origin position of the movable magnet body when the loop coil is not energized is used. It is possible to provide a configuration similar to that of the ninth embodiment. In the third and ninth embodiments, the elastic members are provided in four places, but it is sufficient to provide them in at least two places.
[0058]
Further, in the case of the sixth to ninth embodiments as well, it is possible to adopt a configuration in which a detection coil is provided for detecting the moving speed, position, etc. of the movable magnet body as in the fourth embodiment.
[0059]
Also in the case of the sixth to ninth embodiments, it is possible to adopt a configuration in which a magnetic or optical position detecting means as in the fifth embodiment is provided for detecting the position of the movable magnet body. It is.
[0060]
In each of the embodiments of the present invention, the coil body side having a plurality of loop coils is fixed and the magnet body side having a permanent magnet is movable. However, the magnet body side is fixed and the coil body side is movable according to the application. A structure in which a driven body is provided on the body side can also be employed.
[0061]
Further, in each embodiment of the present invention, description has been made such that the magnet body moves on a horizontal plane, but the magnet body is arranged on the vertical surface and the inclined surface by arranging the coil body on the vertical surface and the inclined surface. It is possible to move relative to each other in a parallel state.
[0062]
In each of the embodiments according to the present invention, the loop coils on the inner peripheral side and the outer peripheral side are independent separate coils, but the loop coils on the inner peripheral side and the outer peripheral side are tapped in the middle (leader line portion). Can be continuously wound as a single coil, and the tap can be cut after winding to electrically separate the inner coil and the outer coil into two coils.
[0063]
Although the embodiments of the present invention have been described above, it will be obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, the surface moving actuator according to the present invention has a plurality of loop coils, and the outer loop loop coils are arranged in a plane on the outer side of the inner loop coils. Body, and a magnet body in which a permanent magnet that generates a magnetic flux interlinking with each loop coil is fixed to a base plate, the coil body and the magnet body are relatively movable while maintaining a parallel state, The thrust generated when the plurality of loop-shaped coils are energized is configured to have thrust components in at least two directions within the moving plane of the coil body or magnet body, and the magnet body or coil body can be arbitrarily connected within the moving plane. It is possible to drive to a position (the relative positional relationship between the coil body and the magnet body can be arbitrarily set within a specific movement plane).
[0065]
In addition, each loop coil and each permanent magnet face each other, and a mechanism for generating a thrust component in two directions is configured on the same plane, which can be configured in a small size and is simple. It is possible to achieve a lightweight structure.
[0066]
Furthermore, by providing a small, lightweight and high-performance permanent magnet in the magnet body, the movable magnet body can be reduced in weight and a large thrust can be generated, and the moving plane can be operated at high speed.
[0067]
In addition, when a structure in which the magnet body that does not need to be energized moves is used, it is not necessary to energize the movable part unlike the coil movable type, and handling becomes easy and the structure can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an overall configuration of a first embodiment of a surface movement actuator according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional side view of the same.
FIG. 3 is a plan view of the fixed coil body according to the first embodiment.
FIG. 4 is a plan view of the movable magnet body according to the first embodiment.
FIG. 5 is a bottom view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional side view of the same.
FIG. 7 is a plan view showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional side view of the same.
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an enlarged plan view of a main part of a fifth embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view of main parts of a fifth embodiment.
FIG. 13 is a side sectional view showing an optical position detection sensor that can be used in a fifth embodiment.
FIG. 14 is a plan view showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a plan view showing a permanent magnet used in a sixth embodiment.
FIG. 16 is a plan view showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional side view of the same.
FIG. 18 is a plan view showing a part of members omitted in an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a side sectional view showing an eighth embodiment.
FIG. 20 is a plan view showing a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a side sectional view showing a ninth embodiment.
[Explanation of symbols]
1,31,61,81,111 fixed coil body
2,32,62,82,112 holder
3, 4, 63, 64 Loop coil
5,65 Cover member
10, 70, 90 Movable magnet body
11, 12, 13, 14, 50, 71, 72, 73, 74, 100 Permanent magnet
15 Base plate
20 Driven object
21 Terminal block
30 Annular magnetic material
33, 34 detection coil
35, 36, 115 Elastic member
40 Magnetic Linear Scale Magnet
41 MR sensor
42 Light Emitting Element
43 Light receiving element
44 slits

Claims

A fixed coil body having a plurality of loop-shaped coils and concentrically and planarly arranged on the outer circumference of the inner-loop-side coil;
A movable magnet body fixed to a base plate with a permanent magnet that is closely opposed to each loop-shaped coil,
The permanent magnet generates a magnetic flux interlinking with adjacent loop coils, the coil body and the magnet body are relatively movable while maintaining a parallel state, and the plurality of loop coils The surface moving actuator characterized in that the thrust generated upon energization has thrust components in at least two directions within the moving plane of the magnet body .

Concentric with and planarly disposed to become stationary coil body inner peripheral side of the outer peripheral side loop coil on the outside of the loop coils in the non-magnetic holder have two loop coils,
A movable magnet body fixed to a base plate with a permanent magnet that is closely opposed to each loop-shaped coil,
The permanent magnet generates a magnetic flux interlinking with adjacent loop-shaped coils, and the magnet body is supported by the holder so as to be relatively movable in parallel to the plane of arrangement of the loop-shaped coils. The surface moving actuator characterized in that the thrust generated when each loop coil is energized has a thrust component in the X direction and the Y direction orthogonal to the X direction in the moving plane of the magnet body .

The surface movement actuator according to claim 1 or 2, wherein a magnetic body is fixedly disposed on the opposite side of the loop-shaped coil to the side facing the magnet body, and an attractive force is generated between the loop body and the magnet body.

The magnet body is supported at least in two places by an elastic member, or pulled or pressed in at least two directions to return the magnet body to a predetermined relative position when each loop coil is not energized. Or the surface movement actuator of 3 description.

The surface movement actuator according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein a detection coil for detecting a relative motion of the magnet body is fixedly disposed close to the loop coil.

6. A surface moving actuator according to claim 1, wherein a magnetic or optical sensor is provided for detecting the relative position of the magnet body.