JP3755071B2

JP3755071B2 - 面移動アクチュエータ

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

Claims

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する面移動アクチュエータ。
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する面移動アクチュエータ。
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た請求項１又は２記載の面移動アクチュエータ。
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請求項１，２又は３記載の面移動アクチュエータ。
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た請求項１，２，３又は４記載の面移動アクチュエータ。
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た請求項１，２，３，４又は５記載の面移動アクチュエータ。