特許 5979637 アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5979637

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月24日

(54)【発明の名称】アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 16/00 20060101AFI20160817BHJP

   H02K 33/00 20060101ALI20160817BHJP

   H02K 33/16 20060101ALI20160817BHJP

【ＦＩ】

   H02K16/00

   H02K33/00 B

   H02K33/16 B

【請求項の数】5

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2012-243409(P2012-243409)

(22)【出願日】2012年11月5日

(65)【公開番号】特開2014-93876(P2014-93876A)

(43)【公開日】2014年5月19日

【審査請求日】2015年10月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000002059

【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130498

【弁理士】

【氏名又は名称】佐野 禎哉

(72)【発明者】

【氏名】平田 勝弘

(72)【発明者】

【氏名】堺谷 洋

(72)【発明者】

【氏名】前田 修平

(72)【発明者】

【氏名】小▲崎▼ 守

【審査官】 宮地 将斗

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−２２１５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２４９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１６２７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７３１８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １６／００−１６／０４

Ｈ０２Ｋ ３３／００−３３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の空間において相互に直交するようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を設定し、
前記３軸の原点を円中心として前記Ｘ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第１固定磁極、及び前記原点を円中心として前記Ｙ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第２固定磁極を有する固定子と、
前記第１固定磁極と所定のギャップを隔てて対面し且つ前記原点を円中心とする円弧状の第１可動ヨークを有する第１可動子と、
前記第２固定磁極と所定のギャップを隔てて対面し且つ前記原点を円中心とする円弧状の第２可動ヨークを有する第２可動子と、
これら各可動子又は固定子の一方に設けられ交流電流を流すコイルと、
前記第１可動子を前記Ｘ軸周りに回転可能に支持し、且つ前記第２可動子を前記Ｙ軸周りに回転可能に支持するガイド支持機構と、
前記第１可動子に設けた出力部とを備え、
前記出力部を、前記第１可動子及び前記第２可動子の動作に伴って前記原点を中心とする所定の球面内を自在に動作させるアクチュエータであり、
前記固定子は、
前記第１固定磁極に磁気的に連続する第１固定ヨーク、及び当該第１固定ヨークを保持する第１保持部を有する第１固定子と、
前記第２固定磁極に磁気的に連続する第２固定ヨーク、及び前記第２固定ヨークを保持する第２保持部を有する第２固定子とを備え、前記第１保持部及び前記第２保持部を所定位置に固定配置された支柱に支持させているものであり、
前記第１可動子は、
前記原点を挟む位置に対向配置した一対の前記第１可動ヨークと、
前記各第１可動ヨークの内周面に前記Ｘ軸周りに複数設定した第１可動磁極と、
前記一対の第１可動ヨーク同士を連結してこれら第１可動ヨークと一体に前記Ｘ軸周りに回転可能且つこれら第１可動ヨークから独立して前記Ｘ軸と直交する方向に回転可能な第１フレームとを備えたものであり、
前記第２可動子は、
前記原点を挟む位置に対向配置した一対の前記第２可動ヨークと、
前記各第２可動ヨークの内周面に前記Ｙ軸周りに複数設定した第２可動磁極と、
前記一対の第２可動ヨーク同士を連結し且つ前記第１フレームとは非接触の状態で、当該第１フレームに設けた前記出力部が案内され且つ当該出力部を前記Ｙ軸を含む平面内にのみ移動可能に規制する移動規制部を有する第２フレームとを備えたものであり、
前記ガイド支持機構は、
前記第１可動ヨークに設けられ且つ前記第１可動ヨークの前記Ｘ軸周りの回転に伴ってＸ軸周りに移動する第１可動ガイド部と、前記第２可動ヨークに設けられ且つ前記第２可動ヨークの前記Ｙ軸周りの回転に伴ってＹ軸周りに移動する第２可動ガイド部と、前記Ｚ軸周りに隣り合う前記第１固定子と前記第２固定子の間に形成されるスペースに固定配置され且つ前記第１可動ガイド部の移動を支持する第１固定ガイド部と、前記スペースに配置され且つ前記第２可動ガイド部の移動を支持する第２固定ガイド部とを備えたものであることを特徴とするアクチュエータ。

【請求項2】

前記第１可動ガイド部は、前記第１可動ヨークから前記Ｘ軸に向かって突出する非磁性体の第１軸受保持部の先端部又は当該先端部近傍に、前記Ｘ軸と平行な軸周りに回転可能な第１軸受を保持させたものであり、
前記第１固定ガイド部は、前記スペースのうち前記第１軸受保持部と前記Ｘ軸方向に対面する位置に配置した第１支持部に、前記第１可動ヨークの回転時における前記第１軸受の移動軌跡に沿って延伸し且つ前記第１軸受を収容可能な第１ガイド凹部を形成したものであり、
前記第２可動ガイド部は、前記第２可動ヨークから前記Ｙ軸に向かって突出する非磁性体の第２軸受保持部の先端部又は当該先端部近傍に、前記Ｙ軸と平行な軸周りに回転可能な第２軸受を保持させたものであり、
前記第２固定ガイド部は、前記スペースのうち前記第２軸受保持部と前記Ｙ軸方向に対面する位置に配置した第２支持部に、前記第２可動ヨークの回転時における前記第２軸受の移動軌跡に沿って延伸し且つ前記第２軸受を収容可能な第２ガイド凹部を形成したものである請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記各第１可動ヨークを前記Ｙ軸方向に挟む位置に前記第１可動ガイド部を対向配置し、これら一対の第１可動ガイド部に応じて前記第１固定ガイド部を、前記スペースにおいて前記第１固定子を前記Ｙ軸方向に挟む位置に固定配置し、
前記各第２可動ヨークを前記Ｘ軸方向に挟む位置に前記第２可動ガイド部を対向配置し、これら一対の第２可動ガイド部に応じて前記第２固定ガイド部を、前記スペースにおいて前記第２固定子を前記Ｘ軸方向に挟む位置に固定配置している請求項１又は２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記Ｚ軸方向から見て前記第１可動子及び第２可動子のうち前記原点から最も離れた点から前記原点までの距離を半径とする円内に、前記ガイド支持機構の全部または略全部を配置している請求項１乃至３の何れかに記載のアクチュエータ。

【請求項5】

前記複数の第１固定磁極が配列される前記円弧と、前記複数の第２固定磁極が配列される前記円弧とを略同一径に設定するとともに、前記原点から前記第１可動磁極及び前記第２可動磁極までの距離を略同一に設定している請求項１乃至４の何れかに記載のアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多自由度の駆動が可能なアクチュエータに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、電気機器や産業用機械装置の発展に伴う高機能化が進み、多自由度の駆動を可能とするアクチュエータが求められ、研究開発が行われている。特に、１つのアクチュエータで所定の球面内における駆動を可能にするいわゆる球面アクチュエータは、監視カメラ、ロボット関節部や眼球の駆動装置として研究が行われている

【0003】

ロボットアームや撮像部等の可動対象部を相互に直交する２軸周りに回転可能に支持する機構として、可動対象部を第１軸によって回転自在に保持する第１ジンバルと、第１ジンバルを第１軸と直交する一対の第２軸により回転自在に保持する第２ジンバルとを備えたジンバル機構が知られている。

【0004】

このようなジンバル機構は、第１ジンバルに設けたモータによって第１軸を回転させたり、第２ジンバルに設けたモータによって第２ジンバルを回転させることによって、可動対象部を回動させることが可能である（例えば特許文献１、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−２１３４３８号公報

【特許文献2】特開２００２−２７７２４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、ジンバル機構は、第１ジンバルを可動対象部の回動範囲から外れた位置、つまり可動対象部の外側に配置し、第２ジンバルを第１ジンバルのさらに外側に配置しなければならないため、このようなジンバル機構によって可動対象部を多自由度駆動可能に構成したアクチュエータ全体の大型化を招来するという問題がある。

【0007】

本発明は、このような課題を解決すべく、多自由度の駆動が可能でありながら装置全体の小型化を実現可能なアクチュエータを提供することを主たる目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち本発明は、所定の空間において相互に直交するようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を設定し、これら３軸の原点を円中心としてＸ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第１固定磁極、及び原点を円中心としてＹ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第２固定磁極を有する固定子と、第１固定磁極と所定のギャップを隔てて対面し且つ原点を円中心とする円弧状の第１可動ヨークを有する第１可動子と、第２固定磁極と所定のギャップを隔てて対面し且つ原点を円中心とする円弧状の第２可動ヨークを有する第２可動子と、これら各可動子又は固定子の一方に設けられ交流電流を流すコイルと、第１可動子をＸ軸周りに回転可能に支持し、且つ第２可動子をＹ軸周りに回転可能に支持するガイド支持機構と、第１可動子に設けた出力部とを備え、この出力部を、第１可動子及び第２可動子の動作に伴って原点を中心とする所定の球面内を自在に動作させるアクチュエータであり、特に、固定子、各可動子（第１可動子、第２可動子）及びガイド支持機構として、以下の要件を満たすものを適用している点に特徴を有するものである。

【0009】

本発明のアクチュエータに用いる固定子は、第１固定磁極に磁気的に連続する第１固定ヨーク、及び第１固定ヨークを保持する第１保持部を有する第１固定子と、第２固定磁極に磁気的に連続する第２固定ヨーク、及び第２固定ヨークを保持する第２保持部を有する第２固定子とを備えたものであり、第１保持部及び第２保持部を所定位置に固定配置された支柱に支持させているものである。

【0010】

また、本発明のアクチュエータに用いる第１可動子は、原点を挟む位置に対向配置した一対の第１可動ヨークと、各第１可動ヨークの内周面にＸ軸周りに複数設定した第１可動磁極と、一対の第１可動ヨーク同士を連結してこれら第１可動ヨークと一体にＸ軸周りに回転可能且つこれら第１可動ヨークから独立してＸ軸と直交する方向に回転可能な第１フレームとを備えたものである。

【0011】

また、本発明のアクチュエータに用いる第２可動子は、原点を挟む位置に対向配置した一対の第２可動ヨークと、各第２可動ヨークの内周面にＹ軸周りに複数設定した第２可動磁極と、一対の第２可動ヨーク同士を連結し且つ第１フレームとは非接触の状態で、この第１フレームに設けた出力部が案内され且つこの出力部をＹ軸を含む平面内にのみ移動可能に規制する移動規制部を有する第２フレームとを備えたものである。

【0012】

そして、本発明のアクチュエータに用いるガイド支持機構は、第１可動ヨークに設けられ且つ第１可動ヨークのＸ軸周りの回転に伴ってＸ軸周りに移動する第１可動ガイド部と、第２可動ヨークに設けられ且つ第２可動ヨークのＹ軸周りの回転に伴ってＹ軸周りに移動する第２可動ガイド部と、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子の間に形成されるスペースに固定配置され且つ第１可動ガイド部の移動を支持する第１固定ガイド部と、前記スペースに配置され且つ第２可動ガイド部の移動を支持する第２固定ガイド部とを備えた構成である。

【0013】

このような本発明のアクチュエータでは、所定の空間において相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の交点である原点を中心とするＸ軸周りの所定の円弧上に第１固定磁極を複数配置するとともに、原点を中心とするＹ軸周りの所定の円弧上に第２固定磁極を複数配置しているため、複数の第１固定磁極が並ぶ円弧と複数の第２固定磁極が並ぶ円弧はＺ軸方向から見て相互に直交する関係になる。そして、本発明のアクチュエータは、このような関係に配置した各第１固定磁極及び各第２固定磁極のうち、各第１固定磁極に所定のギャップを介して対面し得る位置に配置した第１可動ヨークを、第１固定磁極が並ぶ方向、すなわちＸ軸周りに回転可能に構成するとともに、各第２固定磁極に所定のギャップを介して対面し得る位置に配置した第２可動ヨークを、第２固定磁極が並ぶ方向、すなわちＹ軸周りに回転可能に構成している。

【0014】

本発明のアクチュエータでは、一対の第１可動ヨークを原点を挟んで対向位置し、各第１可動ヨークに設けた第１可動ガイド部を第１固定ガイド部によってＸ軸周りに案内させることで、各第１可動ヨークをそれぞれＸ軸周りにスムーズ且つ適切に回転させることができるとともに、一対の第２可動ヨークを原点を挟んで対向位置し、各第２可動ヨークに設けた第２可動ガイド部を第２固定ガイド部によってＹ軸周りに案内させることで、各第２可動ヨークをそれぞれＹ軸周りにスムーズ且つ適切に回転させることができる。

【0015】

ここで、本発明のアクチュエータでは、第１可動子又は第１固定子の何れか一方に設けたコイルに電流を励磁をすることにより、第１可動子の第１可動磁極及び第１固定子の第１固定磁極を通じて回転磁界を発生させることで一対の第１可動ヨークがＸ軸周りに回転する回転トルク（駆動力）を得ることができる。同様に、第２可動子又は第２固定子の何れか一方に設けたコイルに電流を励磁をすることにより、第２可動子の第２可動磁極及び第２固定子の第２固定磁極を通じて回転磁界を発生させることで一対の第２可動ヨークがＹ軸周りに回転させる回転トルク（駆動力）を得ることができる。

【0016】

また、本発明のアクチュエータは、第１フレームによって一対の第１可動ヨークを連結し、この第１フレームに出力部を設けているため、各第１可動ヨークがＸ軸周りに回転すれば、その回転角度に応じて出力部もＸ軸周りに移動する。そして、本発明のアクチュエータでは、第１フレームを第１可動ヨークに対して単独でＸ軸と直交する方向に回転可能に構成するととともに、出力部の移動方向を、一対の第２可動ヨーク同士を連結する第２フレームの移動規制部によってＹ軸を含む平面内にのみ規制している。その結果、第１可動子をＹ軸と直交するＸ軸周りに回転させる際には、第２可動子を動かすことなく、第１可動子だけをＸ軸周りに回転させることができる。

【0017】

一方、本発明のアクチュエータでは、一対の第２可動ヨークをＹ軸周りに回転させた場合、第２可動ヨーク同士を連結する第２フレームの移動規制部に出力部が案内されているため、出力部を設けている第１フレームにもＹ軸周りへ回転する力が作用する。ここで、第１フレームは、各第１可動ヨークから独立してＹ軸周りに回転可能に構成されている。したがって、第２可動子をＹ軸周りに回転させる際には、各第１可動ヨークを動かすことなく、一対の第２可動ヨーク及び第２フレームと共に第１フレームをＹ軸周りに回転させることができる。なお、敢えて付言するならば、第１可動ヨークが動かないということは、第１可動ヨークのうち第１固定磁極に対面し得る面（内周面）に複数設定した第１可動磁極も動かないことを意味する。

【0018】

このように、本発明のアクチュエータは、Ｘ軸周りに回転する第１可動子の動きと、Ｙ軸周りに回転する第２可動子の動きをそれぞれ独立して制御することができ、これら第１可動子及び第２可動子の回転に応じて、出力部を所定の球面内で駆動させることができる。

【0019】

そして、上述したように、本発明のアクチュエータは、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子の間に形成されるスペースに、第１可動ヨークに設けた第１可動ガイド部のＸ軸周りの移動を支持する第１可動ガイド部と、第２可動ヨークに設けた第２可動ガイド部のＹ軸周りの移動を支持する第２可動ガイド部とを固定配置しているため、Ｚ軸方向から見て第１可動子及び第２可動子の外側のうち原点から最も離れた位置よりもさらに原点から離れた位置に、これら各固定ガイド部（第１固定ガイド部，第２固定ガイド部）を配置するスペースを確保する必要がなく、各固定ガイド部の固定位置に応じて各可動ヨーク（第１可動ヨーク，第２可動ヨーク）に対する配置箇所が制約される各可動ガイド部もまた、Ｚ軸方向から見て第１可動子及び第２可動子のうち原点から最も離れた位置よりもさらに原点から離れた位置に配置しなくてもよい構成になる。したがって、本発明のアクチュエータであれば、従来技術として説明したジンバル機構によって可動対象部を所定の球面内で移動可能に支持する構成と比較して、第１可動子及び第２可動子よりも原点から離れた位置、換言すればＺ軸方向から第１可動子及び第２可動子の外側にガイド支持機構を配置する専用のスペースを確保する必要がなく、アクチュエータ全体の小型化を実現することができる。

【0020】

さらに、本発明のアクチュエータであれば、第１可動ガイド部のＸ軸周りの回転を支持する第１固定ガイド部と、第２可動ガイド部のＹ軸周りの回転を支持する第２固定ガイド部を固定配置しているため、各可動子（第１可動子，第２可動子）が各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りに回転する場合に、他方の可動子の回転軸（Ｙ軸又はＸ軸）が動いてしまう（連れ回る）ことがないため、例えばジンバル機構であれば生じ得るいわゆるジンバルロック現象が起こり得ず、安定した多自由度の駆動を確保することができる。

【0021】

また、本発明のアクチュエータは、第１可動子及び第２可動子を第１固定子及び第２固定子よりも原点から見て外側に配置したアウターロータ型である。したがって、本発明のアクチュエータであれば、原点から見て第１可動子及び第２可動子の外側に配置した第１固定子や第２固定子の存在によって、第１可動子に設けた出力部の可動範囲が制約され、可動角度が狭くなる事態を回避することができ、広角駆動を実現することができる。

【0022】

特に、本発明において、アクチュエータ全体の小型化を実現するために好適なガイド支持機構の一例としては、第１可動ヨークからＸ軸に向かって突出する非磁性体の第１軸受保持部の先端部又は先端部近傍に、Ｘ軸と平行な軸周りに回転可能な第１軸受を保持させた第１可動ガイド部と、Ｚ軸回りに隣り合う第１固定子と第２固定子との間に形成されるスペースのうち第１軸受保持部とＸ軸方向に対面する位置に配置した第１支持部に、第１可動ヨークの回転時における第１軸受の移動軌跡に沿って延伸し且つ第１軸受を収容可能な第１ガイド凹部を形成した第１固定ガイド部と、第２可動ヨークからＹ軸に向かって突出する非磁性体の第２軸受保持部の先端部又は先端部近傍に、Ｙ軸と平行な軸周りに回転可能な第２軸受を保持させた第２可動ガイド部と、前記スペースのうち第２軸受保持部とＹ軸方向に対面する位置に配置した第２支持部に、第２可動ヨークの回転時における第２軸受の移動軌跡に沿って延伸し且つ第２軸受を収容可能な第２ガイド凹部を形成した第２固定ガイド部とを備えたガイド支持機構を挙げることができる。

【0023】

このようなガイド支持機構であれば、第１ガイド凹部に第１軸受を収容した状態で第１可動ヨークがＸ軸周りに回転する際に、第１軸受が第１ガイド凹部の延伸方向に沿って移動することになり、第１可動ヨークの安定した回転動作を確保することができるとともに、第１可動ヨークからＸ軸に向かって突出する非磁性体の第１軸受保持部の先端部又は先端部近傍に第１軸受を保持しているため、第１軸受が第１ガイド凹部に沿って移動する領域を第１可動ヨークよりも原点に近い位置に設定することができ、アクチュエータ全体の小型化に大きく貢献する。同様に、第２ガイド凹部に第２軸受を収容した状態で第２可動ヨークがＹ軸周りに回転する際に、第２軸受が第２ガイド凹部の延伸方向に沿って移動することになり、第２可動ヨークの安定した回転動作を確保することができるとともに、第２可動ヨークからＹ軸に向かって突出する非磁性体の第２軸受保持部の先端部又は先端部近傍に第１軸受を保持しているため、第２軸受が第２ガイド凹部に沿って移動する領域を第２可動ヨークよりも原点に近い位置に設定することができ、アクチュエータ全体の小型化に大きく貢献する。さらに、第１ガイド凹部内に第１軸受を収容した状態では、相互に向かい合う第１固定子と第１可動子の間に生じる吸引力が与圧として第１軸受に作用し、第１軸受を第１ガイド凹部に接触させながらＸ軸と平行な軸周りに適切に回転させることができ、良好なガイド支持状態を得ることができる。同様に、第２ガイド凹部内に第２軸受を収容した状態では、相互に向かい合う第２固定子と第２可動子の間に生じる吸引力が与圧として第２軸受に作用し、第２軸受を第２ガイド凹部に接触させながらＹ軸と平行な軸周りに適切に回転させることができ、良好なガイド支持状態を得ることができる。

【0024】

さらに、本発明のアクチュエータにおいて、Ｘ軸周りに回転する第１可動子の荷重をバランス良く分散して受けながら第１可動子のスムーズな回転を確保するには、各第１可動ヨークをＹ軸方向に挟む位置に第１可動ガイド部を対向配置し、これら一対の第１可動ガイド部に応じて第１固定ガイド部を、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子との間のスペースにおいて第１固定子をＹ軸方向に挟む位置に固定配置することが好ましい。同様に、各第２可動ヨークをＸ軸方向に挟む位置に第２可動ガイド部を対向配置し、これら一対の第２可動ガイド部に応じて第２固定ガイド部を、前記スペースにおいて第２固定子をＸ軸方向に挟む位置に固定配置すれば、Ｙ軸周りに回転する第２可動子の荷重をバランス良く分散して受けながら第１可動子のスムーズな回転を確保することが可能である。

【0025】

また、本発明に係るアクチュエータは、Ｚ軸方向から見て第１可動子及び第２可動子のうち、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の交点である原点から最も離れた点から原点までの距離を半径とする円内に、ガイド支持機構の全部または略全部を配置する構成を採用することで、装置全体の小型化を図ることができる。

【0026】

加えて、本発明に係るアクチュエータにおいて、複数の第１固定磁極が配列される円弧と、複数の第２固定磁極が配列される円弧とを略同一径に設定するとともに、原点から第１可動磁極までの距離と原点から第２可動磁極までの距離とを略同一に設定すれば、部品の共通化、及びコイルに通電する電流制御系の共通化を図ることができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、所定の空間において相互に直交するようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を設定し、これら３軸の交点を中心とする所定の球面内で、第１可動子及び第２可動子をそれぞれ独立してＸ軸周り又はＹ軸周りに回転させる２軸独立制御が可能であり、第２可動子の第２フレームに、第１可動子に設けた出力部をＹ軸を含む平面内にのみ移動可能に規制する移動規制部を形成していることによって、Ｘ軸周りの回転出力とＹ軸周りの回転出力の合成を出力部の位置に反映させて取り出せる多自由度駆動が可能なアクチュエータを提供することができ、しかも、第１可動子のＸ軸周りの回転及び第２可動子のＹ軸周りの回転を案内しながら支持するガイド支持機構を、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子との間のスペースに配置した第１固定ガイド部及び第２固定ガイド部と、第１可動ヨークに設けられ且つ第１固定ガイド部に支持された状態で第１可動ヨークと一体にＸ軸周りに回転可能な第１可動ガイド部と、第２可動ヨークに設けられ且つ第２固定ガイド部に支持された状態で第２可動ヨークと一体にＹ軸周りに回転可能な第２可動ガイド部とを用いて構成することによって、装置全体の小型化を実現可能なアクチュエータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の一実施形態に係るアクチュエータの全体図。

【図2】同実施形態に係るアクチュエータをＸ軸方向から見た図。

【図3】同実施形態に係るアクチュエータをＹ軸方向から見た図。

【図4】同実施形態に係るアクチュエータをＺ軸方向から見た図（平面図に相当）。

【図5】図４のａ−ａ線断面図。

【図6】図４のｂ−ｂ線断面図。

【図7】図２のｃ−ｃ線断面図。

【図8】図１に示すアクチュエータのうち可動子を省略した図。

【図9】図８のａ方向矢視図。

【図10】図８に示すアクチュエータの平面図。

【図11】図１０のｂ−ｂ線断面図。

【図12】図１０のｃ−ｃ線断面。

【図13】同実施形態における第１可動子の全体図。

【図14】図１３のａ方向矢視図。

【図15】図１４のｂ方向矢視図。

【図16】図１４のｃ方向矢視図。

【図17】同実施形態における第２可動子の全体図。

【図18】図１７のａ方向矢視図。

【図19】図１８のｂ方向矢視図。

【図20】図１８のｃ方向矢視図。

【図21】同実施形態における第１可動子のＸ軸周りの回転動作原理図（無通電時）。

【図22】同実施形態における第１可動子のＸ軸周りの回転動作原理図（通電時）。

【図23】同実施形態における通電時の電流パターンを示す図。

【図24】同実施形態において第１可動子が標準姿勢に対してＸ軸周りに所定角度回転したアクチュエータを図２に対応して示す図。

【図25】図２４に示すアクチュエータを一部省略して示す図。

【図26】同実施形態において第１可動子が標準姿勢に対して図２４で示す方向とは異なる方向に所定角度回転したアクチュエータを図２５に対応して示す図。

【図27】同実施形態において第２可動子が標準姿勢に対してＹ軸周りに所定角度回転したアクチュエータを図３に対応して示す図。

【図28】図２７に示すアクチュエータを一部省略して示す図。

【図29】同実施形態において第２可動子が標準姿勢に対して図２７で示す方向とは異なる方向に所定角度回転したアクチュエータを図２７に対応して示す図。

【図30】同実施形態において第１可動子及び第２可動子がそれぞれ標準姿勢に対してＸ軸周り、Ｙ軸周りに所定角度回転したアクチュエータを一部省略して示す図。

【図31】同実施形態に係るアクチュエータの一変形例を図６に対応して示す図。

【図32】同実施形態に係るアクチュエータのさらに異なる一変形例を図１に対応して示す図。

【図33】同変形例に係るアクチュエータを図６に対応して示す図。

【図34】同変形例における第１可動子のＸ軸周りの回転動作原理図（無通電時）。

【図35】同実施形態における第１可動子のＸ軸周りの回転動作原理図（通電時）。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

【0030】

本実施形態に係るアクチュエータＡは、図１に示すように、所定の空間において相互に直交するようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を設定し、Ｘ軸周りに回転可能な第１可動子１及びＹ軸周りに回転可能な第２可動子２を有する可動子Ｒと、可動子Ｒの内側に配置される固定子Ｓと、第１可動子１をＸ軸周りに回転可能に支持するとともに、第２可動子２をＹ軸周りに回転可能に支持するガイド支持機構Ｇとを備え、固定子Ｓに設けたコイルＣに交流電流を流すことによって、第１可動子１及び第２可動子２の何れか一方または両方を固定子Ｓに対してそれぞれ相対回転させ、これら第１可動子１及び第２可動子２の回転動作に伴って第１可動子１に設けた出力部１５を所定の球面内で自在に動作させるものである。

【0031】

本実施形態のアクチュエータＡは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の交点である原点（以下では、単に「原点」と称す）を中心とする所定の球面内において出力部１５を移動自在に動作させるものであり、例えば図示しないロボットの目や関節、或いは監視カメラの目、ステージの駆動部などに適用可能なものである。ここで、図１に示すアクチュエータＡをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向から見た状態をそれぞれ図２、図３、図４に示す。また、図５には、図４のａ−ａ線断面を示し、図６、図７には、それぞれ図４のｂ−ｂ線断面、図２のｃ−ｃ線断面を示している。

【0032】

固定子Ｓは、図１乃至図１２（図８は図１に示すアクチュエータＡのうち可動子Ｒを省略した図であり、図９は図８のａ方向（Ｙ軸と同じ方向）矢視図であり、図１０は図８に示すアクチュエータＡの平面図であり、図１１は図１０のｂ−ｂ線断面図であり、図１２は図１０のｃ−ｃ線断面である）に示すように、原点を円中心としてＸ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第１固定磁極３１を有する第１固定子３と、原点を円中心としてＹ軸周りに設定される所定の円弧上に複数配置した第２固定磁極４１を有する第２固定子４とを備えている。

【0033】

第１固定子３は、第１固定磁極３１と、第１固定磁極３１に磁気的に連続する第１固定ヨーク３２と、第１固定ヨーク３２を保持する第１保持部３３とを有する。

【0034】

本実施形態では、図１０等に示すように、第１固定ヨーク３２及び第１保持部３３を一体の磁性体によって構成している。一体成形したこの磁性体のうち、原点に近い領域が第１保持部３３として機能し、相対的に原点から遠い領域が第１固定ヨーク３２として機能する。

【0035】

第１固定磁極３１は、原点を円中心とするＸ軸周りの所定の円弧上に複数配置されるものである。各第１固定磁極３１は、第１固定ヨーク３２のうち原点から遠い面（外向き面）からＸ軸周りに等ピッチで放射状に突出する円柱状の磁性体（突極）であり、突出端を他の部分よりも直径を大きく設定したものである。そして、各第１固定磁極３１の突出端が、原点を円中心とするＸ軸周りの所定の円弧上に複数並ぶように配置される。本実施形態では、図１１に示すように、第１固定ヨーク３２及び第１保持部３３として機能する磁性体を、後述するＺ軸方向に延伸する支柱Ｐを境に２分割し、各磁性体のうち相対的に原点から離れた部分（第１固定ヨーク３２として機能する部分）に、Ｘ軸周りに一定の角度ピッチで複数の第１固定磁極３１を一体的に組み付けている。

【0036】

具体的に、本実施形態のアクチュエータＡは、各第１固定ヨーク３２に、Ｚ軸方向に直交する第１固定磁極３１を含めて合計５本の第１固定磁極３１をＸ軸周りに３０度間隔で配置している。したがって、一対の第１固定ヨーク３２を備えた第１固定子３全体では、合計１０本の第１固定磁極３１を有している。

【0037】

各第１固定磁極３１には、それぞれコイルＣを巻回している（図１参照）。本実施形態では、各第１固定磁極３１に円錐型のコイルＣが巻かれている。ここで、第１固定磁極３１の本数は、第１固定子３が備えるスロット数と同じである。

【0038】

第２固定子４は、第１固定子３と比較して、構成する部品をＸ軸周りに配置するかＹ軸周りに配置するかという点でのみ異なっているが、その他の基本的な構成は同じである。すなわち、第２固定子４は、第２固定磁極４１と、第２固定磁極４１に磁気的に連続する第２固定ヨーク４２と、第２固定ヨーク４２を保持する第２保持部４３とを有する。

【0039】

本実施形態では、図１１等に示すように、第２固定ヨーク４２及び第２保持部４３を一体の磁性体によって形成している。一体成形したこの磁性体のうち、相対的に原点に近い領域が第２保持部４３として機能し、相対的に原点から遠い領域が第２固定ヨーク４２として機能する。

【0040】

第２固定磁極４１は、原点を円中心とするＹ軸周りの所定の円弧上に複数配置されるものである。各第２固定磁極４１は、第２固定ヨーク４２のうち原点から遠い面（外向き面）からＹ軸周りに等ピッチで放射状に突出する円柱状の磁性体（突極）であり、突出端を他の部分よりも直径を大きく設定したものである。そして、各第２固定磁極４１の突出端が、原点を円中心とするＹ軸周りの所定の円弧上に複数並ぶように配置される。本実施形態では、複数の第２固定磁極４１が並ぶ円弧の半径と、複数の第１固定磁極３１が並ぶ円弧の半径を同じ値に設定している。また、本実施形態では、図１２に示すように、第２固定ヨーク４２及び第２保持部４３として機能する磁性体を、後述するＺ軸方向に延伸する支柱Ｐを境に２分割し、各磁性体のうち相対的に原点から離れた部分（第２固定ヨーク４２として機能する部分）に、Ｙ軸周りに一定の角度ピッチで複数の第２固定磁極４１を一体的に組み付けている。

【0041】

具体的に、本実施形態のアクチュエータＡは、各第２固定ヨーク４２に、Ｚ軸方向に直交する第２固定磁極４１を含めて合計５本の第２固定磁極４１をＹ軸周りに３０度間隔で配置している。したがって、一対の第２固定ヨーク４２を備えた第２固定子４全体では、合計１０本の第２固定磁極４１を有している。

【0042】

各第２固定磁極４１には、それぞれコイルＣを巻回している。本実施形態では、各第２固定磁極４１に円錐型のコイルＣが巻かれている（図１参照）。ここで、第２固定磁極４１の本数は、第２固定子４が備えるスロット数と同じである。

【0043】

なお、複数の第１固定磁極３１が配置されるＸ軸周りの円弧と、複数の第２固定磁極４１が配置されるＹ軸周りの円弧は、原点（Ｘ軸とＹ軸の交点）を中心とする略同一径の円弧となるように設定している。

【0044】

第１固定子３の第１保持部３３及び第２固定子４の第２保持部４３は、図１１及び図１２に示すように、所定位置に固定配置された支柱Ｐに支持されるものである。本実施形態では、支柱ＰをＺ軸に沿って起立姿勢で配置している。また、本実施形態のアクチュエータＡでは、支柱Ｐの基端部をベースＢに固定し、支柱Ｐの先端側領域に第１固定子３の第１保持部３３及び第２固定子４の第２保持部４３を適宜の手段で組み付けた状態で支持している。

【0045】

第１可動子１は、図１乃至図７、図１３乃至図１６（図１３は第１可動子１の全体図であり、図１４は図１３のａ方向（Ｘ軸と同じ方向）矢視図であり、図１５は図１４のｂ方向（Ｙ軸と同じ方向）矢視図であり、図１６は図１４のｃ方向（Ｚ軸と同じ方向）矢視図である）に示すように、第１固定子３の第１固定磁極３１と所定のギャップを隔てて対面する円弧状の第１可動ヨーク１１と、第１可動ヨーク１１の内周面に複数設定した第１可動磁極１２とを備えたものである。本実施形態のアクチュエータＡは、第１固定磁極３１を等ピッチで配置した円弧の円中心、つまり原点を円中心とし且つ第１固定磁極３１が並ぶ円弧よりも大きい径に設定した部分円弧状をなす一対の第１可動ヨーク１１を、原点を挟む位置に対向するように配置している。そして、各第１可動ヨーク１１の内周面に第１可動磁極１２として機能する永久磁石Ｍ１を複数整列させて配置している。具体的には、第１可動磁極１２として部分円弧状の永久磁石Ｍ１（例えば厚さ１ｍｍのセグメント型磁石）を適用し、この永久磁石Ｍ１を第１可動ヨーク１１の内周面にＸ軸周りに並べて固定配置している。各永久磁石Ｍ１は、Ｓ極またはＮ極が第１可動ヨーク１１の径方向を向く姿勢でＸ軸周りに所定ピッチで複数配置され、Ｘ軸周り（第１可動ヨーク１１の周方向）に隣り合う永久磁石Ｍ１は磁化の方向が互いに逆向きとなっている。

【0046】

本実施形態では、各第１可動ヨーク１１の内周面に、４枚の永久磁石Ｍ１をＸ軸周りに整列配置している。ここで、円中心（原点）を挟んで向かい合う第１可動磁極１２のギャップに面する極が相互に異なるように、永久磁石Ｍ１の配列を設定している。本実施形態のアクチュエータＡでは、図５に示すように、各第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの寸法（円弧の長さ）を、Ｘ軸周りに複数配置した第１固定磁極３１のうち３本以上の第１固定磁極３１（図示例では３本の第１固定磁極３１）と対面可能な長さに設定している。

【0047】

また、本実施形態の第１可動子１は、一対の第１可動ヨーク１１同士を連結する第１フレーム１３を備えている。この第１フレーム１３は、第１可動ヨーク１１が第１固定子３１に対してＸ軸周りに回転した場合に、第１可動ヨーク１１と一体にＸ軸周りに回転可能に構成されたものである。また、第１フレーム１３は、一対の第１可動ヨーク１１と同様に原点を円中心とし且つ第１可動ヨーク１１よりも大きい径に設定した部分円弧状をなし、一端部を対をなす第１可動ヨーク１１のうち一方の第１可動ヨーク１１に軸受１４を介して取り付けるとともに、他端部を対をなす第１可動ヨーク１１のうち他方の第１可動ヨーク１１に軸受１４（図示例では転がり軸受）を介して取り付けている。各軸受１４は、各第１可動ヨーク１１のうち原点を通ってＸ軸と直交する方向に対向する所定の位置に設けられ、第１フレーム１３をＸ軸と直交する方向に回転可能な状態で支持している。本実施形態では、各軸受１４をそれぞれ第１可動ヨーク１１のＸ軸周り中央部に設けている。

【0048】

ここで、図５等に示す第１可動子１の姿勢、つまり、原点を経由して相互に対向する第１可動ヨーク１１のＸ軸周り中央部（軸受１４の取付箇所）同士を結ぶ仮想直線がＹ軸に一致している第１可動子１の姿勢を標準姿勢（Ｓｔ）とすると、この標準姿勢（Ｓｔ）において、第１フレーム１３はＹ軸周りに回転可能な状態で第１可動ヨーク１１に取り付けられているといえる。

【0049】

また、部分円弧状をなす第１フレーム１３の周方向中央部に、標準姿勢（Ｓｔ）において突出方向がＺ軸方向に一致する出力部１５を設けている。本実施形態では、軸状の出力部１５（出力軸）を採用している。本実施形態の第１可動子１では、第１フレーム１３をＸ軸周りに二等分する一対の第１フレーム要素の一端同士を接触させた状態で連結ベース１６を介して連結することによって第１フレーム１３を構成し、この連結ベース１６上に出力部１５を設けている。第１フレーム１３に対する出力部１５の相対位置は固定されている。そして、第１固定子３に対する第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転に伴ってＸ軸周りに回転する第１フレーム１３の動きや、軸受１４によって第１可動ヨーク１１から独立してＸ軸と直交する方向に単独で回転する第１フレーム１３の動きに応じて出力部１５の位置も変化する。

【0050】

第２可動子２は、図１乃至図７、図１７乃至図２０（図１７は第２可動子２の全体図であり、図１８は図１７のａ方向（Ｙ軸と同じ方向）矢視図であり、図１９は図１８のｂ方向（Ｘ軸と同じ方向）矢視図であり、図２０は図１８のｃ方向（Ｚ軸と同じ方向）矢視図である）に示すように、第２固定子４の第２固定磁極４１と所定のギャップを隔てて対面する円弧状の第２可動ヨーク２１と、第２可動ヨーク２１の内周面に複数配置した第２可動磁極２２とを備えたものである。本実施形態のアクチュエータＡは、第２固定磁極４１を等ピッチで配置した円弧の円中心、つまり原点を円中心とし且つ第２固定磁極４１が並ぶ円弧よりも大きい径に設定した部分円弧状をなす一対の第２可動ヨーク２１を、円中心を挟む位置に対向するように配置している。本実施形態では、第２可動ヨーク２１の半径を第１可動ヨーク１１の半径と同じ値に設定している。そして、各第２可動ヨーク２１の内周面に複数の第２可動磁極２２を設定している。具体的には、第２可動磁極２２として部分円弧状の永久磁石Ｍ２（例えば厚さ１ｍｍのセグメント型磁石）を適用し、この永久磁石Ｍ２を第２可動ヨーク２１の内周面にＹ軸周りに並べて固定配置している。各永久磁石Ｍ２は、Ｓ極またはＮ極が第２可動ヨーク２１の径方向を向く姿勢でＹ軸周りに所定ピッチで複数配置され、Ｙ軸周り（第２可動ヨーク２１の周方向）に隣り合う永久磁石Ｍ２は磁化の方向が互いに逆向きとなっている。ここで、原点から第２可動磁極２２までの距離は、原点から第１可動磁極１２までの距離と略同一になる。

【0051】

本実施形態では、各第２可動ヨーク２１の内周面に、４枚の永久磁石Ｍ２をＹ軸周りに整列配置している。ここで、円中心（原点）を挟んで向かい合う第２可動磁極２２のギャップに面する極が相互に異なるように、永久磁石Ｍ２の配列を設定している。本実施形態のアクチュエータＡでは、図６に示すように、各第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの寸法（円弧の長さ）を、Ｙ軸周りに複数配置した第２固定磁極４１のうち３本以上の第２固定磁極４１（図示例では３本の第２固定磁極４１）と対面可能な長さに設定している。

【0052】

ここで、図６等に示す第２可動子２の姿勢、つまり、原点を経由して相互に対向する第２可動ヨーク２１のＹ軸周り中央部同士を結ぶ仮想直線がＸ軸に一致している第２可動子２の姿勢を標準姿勢（Ｓｔ）とする。

【0053】

このように、本実施形態に係るアクチュエータＡでは、第２可動子２のうち、第２可動ヨーク２１及び第２可動磁極２２の具体的な形状や構成が、第１可動子１の第１可動ヨーク１１及び第１可動磁極１２と同じであり、上述の第１固定子３及び第２固定子４と同様に、部品の共通化とコイルＣに通電する電流制御系の共通化を図ることができる。そして、第１可動子１と第２可動子２とでは、一対の可動ヨーク同士を連結するフレームの形状及び構成が異なる。

【0054】

本実施形態の第２可動子２において、一対の第２可動ヨーク２１同士を連結してこれら第２可動ヨーク２１と一体にＹ軸周りに回転可能な第２フレーム２３は、第１可動子１の第１フレーム１３とは非接触の状態で、第１フレーム１３に設けた出力部１５が貫通し且つこの出力部１５をＹ軸を含む平面内にのみ移動可能に規制する移動規制部２４を有するものである。

【0055】

本実施形態において第２フレーム２３は、第１可動子１の第１フレーム１３を跨ぐ姿勢で配置され、一端部を対をなす第２可動ヨーク２１のうち一方の第２可動ヨーク２１に固定するとともに、他端部を対をなす第２可動ヨーク２１のうち他方の第２可動ヨーク２１に固定した第２フレーム本体２５と、第２可動子２の標準姿勢（Ｓｔ）においてＸ軸周りに延伸して、原点を円中心とし且つ第１フレーム１３よりも大きい径に設定した部分円弧状の移動規制フレーム２６とを備えたものである。移動規制フレーム２６の延伸方向中心部分を第２フレーム本体２５に固定している。

【0056】

第２フレーム本体２５は、第２可動ヨーク２１のうち対応する何れかの第２可動ヨーク２１に固定し且つ標準姿勢（Ｓｔ）においてＺ軸方向と平行な方向に延伸する基端側領域と、基端側領域の延伸端から標準姿勢（Ｓｔ）においてＸ軸と平行な方向に延伸する先端側領域とを一体に備えた略Ｌ字形状をなす一対の第２フレーム本体要素２５１を用いて構成したものである。移動規制フレーム２６に固定される各第２フレーム本体要素２５１の先端部同士の間には、出力部１５が挿通可能であり且つ後述する出力部ガイド孔２７に通じる空間を確保している。

【0057】

移動規制フレーム２６は、第２可動子２の標準姿勢（Ｓｔ）においてＸ軸周りに延伸し且つ第１フレーム１３に設けた出力部１５が挿通可能な出力部ガイド孔２７を形成している。出力部ガイド孔２７は、第２可動子２の標準姿勢（Ｓｔ）においてＸ軸周りに延伸する長孔である。この出力部ガイド孔２７に挿通した出力部１５は、出力部ガイド孔２７内で移動可能になる。つまり、この出力部ガイド孔２７は、出力部１５の移動方向及び移動範囲を規制する移動規制部２４として機能する。そして、第２フレーム本体２５のうち、出力部ガイド孔２７に重なり得る領域を、出力ガイド孔２７に連通する空間（本実施形態では、各第２フレーム本体要素２５１の先端部同士の間に確保した空間）に設定しているため、第２フレーム本体２５及び移動規制フレーム２６よりも原点に近い位置に配置される第１フレーム１３に設けた出力部１５を、この出力部ガイド孔２７、第２フレーム本体２５に形成した空間の順に原点側から挿し通せば、出力部１５の突出端側領域を第２フレーム２３よりも原点から遠い位置に露出させることができるとともに、出力部ガイド孔２７内における出力部１５の移動を第２フレーム本体が妨げる事態を防止することができる。

【0058】

本実施形態のアクチュエータＡでは、第１可動子１が標準姿勢（Ｓｔ）にあり、且つ第２可動子２が標準姿勢（Ｓｔ）にある初期姿勢（Ｉ）において、出力部１５の突出方向がＺ軸と一致している（図１参照）。

【0059】

このような初期姿勢（Ｉ）をとるアクチュエータＡにおいて、第１可動子１及び第２可動子２はガイド支持機構ＧによってＸ軸周り、Ｙ軸周りにそれぞれ単独又は同時に回転可能に支持されている。

【0060】

ガイド支持機構Ｇは、図１及び図４等に示すように、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４の間に形成されるスペースにおいて、第１可動子１のＸ軸周りの回転を所定範囲で案内する第１固定ガイド部５と、第２可動子２のＹ軸周りの回転を所定範囲で案内する第２固定ガイド部６とを固定配置し、第１可動ヨーク１１に設けられ且つ第１固定ガイド部５に案内される第１可動ガイド部７と、第２可動ヨーク２１に設けられ且つ第２固定ガイド部６に案内される第２可動ガイド部８とを備えた構成である。

【0061】

第１可動ガイド部７は、図１３等に示すように、第１可動ヨーク１１からＸ軸に向かって突出する非磁性体の第１軸受保持部７１と、第１軸受保持部７１に保持された第１軸受７２とを備えたものである。この第１可動ガイド部７は、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転に伴ってＸ軸周りに移動するものである。

【0062】

第１可動ヨーク１１のうちＸ軸周り中央部分には、第１軸受保持部７１を固定するための第１フランジ部１１ｆを設け、この第１フランジ部１１ｆに第１軸受保持部７１の基端部を固定している。第１軸受保持部７１は、Ｙ軸と平行な方向に延伸する板状のものであり、先端部又は先端部近傍に第１軸受７２をＸ軸と平行な軸周りに回転可能に保持している。本実施形態では、原点を円中心とし且つ第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転軌跡の円弧よりも小さい円弧上に複数（図示例では２つ）の第１軸受７２を配置している。

【0063】

また、本実施形態のアクチュエータＡでは、各第１可動ヨーク１１をＹ軸方向に挟む位置に第１可動ガイド部７を対向配置している。具体的には、各第１可動ヨーク１１のうち、第１フレーム１３を連結している軸受１４の取付箇所を挟んで対向する位置に一対の第１軸受保持部７１を設け、これら各第１軸受け保持部７１にそれぞれ第１軸受７２を回転可能に保持させている。本実施形態では、第１軸受７２として転がり軸受（以下、「第１ベアリング７２」と称す）を適用している。

【0064】

第１固定ガイド部５は、第１可動ガイド部７のＸ軸周りの移動を支持するものである。この第１固定ガイド部５は、図４等に示すように、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４の間に形成されるスペースのうち第１軸受保持部７１とＸ軸方向に対面する位置に配置した第１支持部５１に、第１可動ヨーク１１の回転時における第１ベアリング７２の移動軌跡に沿って延伸し且つ第１ベアリング７２を収容可能な第１ガイド凹部５２を形成したものである。本実施形態のアクチュエータＡでは、各第１可動ヨーク１１をＹ軸方向に挟む位置に第１可動ガイド部７を対向配置し、これら一対の第１可動ガイド部７に応じて第１固定ガイド部５を、ベースＢ上の前記スペースにおいて第１固定子３をＹ軸方向に挟む位置に固定配置している。

【0065】

本実施形態では、板状をなす第１支持部５１のうち相対的に第１ベアリング７２に近い面に形成した第１ガイド溝５３と、第１支持部５１のうち相対的に第１ベアリング７２から遠い面に形成され且つ第１ガイド溝５３に連通する第１ガイド孔５４とで構成した第１ガイド凹部５２を適用している。

【0066】

第１ガイド溝５３は、第１ベアリング７２の外周面の少なくとも一部が常に接触し、転動しながらＸ軸周りに移動する第１ベアリング７２の移動方向及び移動範囲を規制するものである。第１ガイド溝５３は、図８等に示すように、第１ベアリング７２の移動方向両端部をそれぞれ閉じた半円弧状に設定して第１ベアリング７２の移動範囲を規制するとともに、第１ベアリング７２の移動方向中央部分を円中心から離間する方向へ開放した形状に設定し、この開放した領域を利用して、アクチュエータＡの組立時または第１ベアリング７２の交換時や分解時等に第１ベアリング７２を第１ガイド凹部５２内に収容したり、第１ベアリング７２を第１ガイド凹部５２内から抜き出す作業をスムーズに行えるように構成している。

【0067】

第１ガイド孔５４は、第１ベアリング７２の外径よりも小さい開口幅を有する部分円弧状の長孔であり、第１ガイド溝５３に沿って転動する第１ベアリング７２と第１支持部５１との接触面積を減らすことで摩擦抵抗を低減する機能を発揮するとともに、転動する第１ベアリング７２が第１ガイド溝５３を超えて第１支持部５１の厚み方向に抜け外れることを防止するストッパとして機能する。

【0068】

このような第１ガイド凹部５２内に第１ベアリング７２を収容した状態では、アクチュエータＡの径方向に向き合う第１固定子３と第１可動子１の間に生じる吸引力が与圧として第１ベアリング７２に作用し、第１ベアリング７２の外周面を第１ガイド凹部５２（具体的には第１ガイド溝５３）に接触させながら第１ベアリング７２の適切な転がり動作を得ることができる。そして、第１ベアリング７２が第１ガイド凹部５２内において転動しながら移動することによって、第１ベアリング７２を取り付けている各第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転を支えることができる。

【0069】

また、第１支持部５１は、上述の支柱Ｐと共に共通のベースＢ上に基端部を固定し、先端部側領域の形状を、第１可動ヨーク１１の回転軌跡の円弧と同心円であって（つまり原点を円中心とし）且つ第１可動ヨーク１１よりも小さい径の部分円弧状に設定している。

【0070】

第２可動ガイド部８は、図１７等に示すように、第２可動ヨーク２１からＹ軸に向かって突出する非磁性体の第２軸受保持部８１と、第２軸受保持部８１に保持された第２軸受８２とを備えたものである。この第２可動ガイド部８は、第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの回転に伴ってＹ軸周りに移動するものである。

【0071】

第２可動ヨーク２１のうちＹ軸周り中央部分には、図１７乃至図１９に示すように、第２軸受保持部８１を固定するための第２フランジ部２１ｆを設け、この第２フランジ部２１ｆに第２軸受保持部８１の基端部を固定している。第２軸受保持部８１は、Ｙ軸と平行な方向に延伸する板状のものであり、先端部又は先端部近傍に第２軸受８２をＹ軸と平行な軸周りに回転可能に保持している。本実施形態では、原点を円中心とし且つ第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの回転軌跡の円弧よりも小さい円弧上に複数（図示例では２つ）の第２軸受８２を配置している。

【0072】

また、本実施形態のアクチュエータＡでは、各第２可動ヨーク２１をＸ軸方向に挟む位置に第２可動ガイド部８を対向配置している。具体的には、各第２可動ヨーク２１のＹ軸周り中央部分をＸ軸方向に挟む位置に一対の第２軸受保持部８１を設け、これら各第２軸受け保持部８１にそれぞれ第２軸受７２を回転可能に保持させている。本実施形態では、第２軸受８２として転がり軸受（以下、「第２ベアリング８２」と称す）を適用している。

【0073】

第２固定ガイド部６は、第２可動ガイド部８のＹ軸周りの移動を支持するものである。この第２固定ガイド部６は、図４等に示すように、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４の間に形成されるスペースのうち第２軸受保持部８１とＹ軸方向に対面する位置に配置した第２支持部６１に、第２可動ヨーク２１の回転時における第２ベアリング８２の移動軌跡に沿って延伸し且つ第２ベアリング８２を収容可能な第２ガイド凹部６２を形成したものである。本実施形態のアクチュエータＡでは、各第２可動ヨーク２１をＸ軸方向に挟む位置に第２可動ガイド部８を対向配置し、これら一対の第２可動ガイド部８に応じて第２固定ガイド部６を、ベースＢ上の前記スペースにおいて第２固定子４をＸ軸方向に挟む位置に固定配置している。

【0074】

本実施形態では、板状をなす第２支持部６１のうち相対的に第２ベアリング８２に近い面に形成した第２ガイド溝６３と、第２支持部６１のうち相対的に第２ベアリング８２から遠い面に形成され且つ第２ガイド溝６３に連通する第２ガイド孔６４とで構成した第２ガイド凹部６２を適用している。

【0075】

第２ガイド溝６３は、第２ベアリング８２の外周面の少なくとも一部が常に接触し、転動しながらＹ軸周りに移動する第２ベアリング８２の移動方向及び移動範囲を規制するものである。第２ガイド溝６３は、第２ベアリング８２の移動方向両端部をそれぞれ閉じた半円弧状に設定して第２ベアリング８２の移動範囲を規制するとともに、第２ベアリング８２の移動方向中央部分を円中心から離間する方向へ開放した形状に設定し、この開放した領域を利用して、アクチュエータＡの組立時または第２ベアリング８２の交換時や分解時等に第２ベアリング８２を第２ガイド凹部６２内に収容したり、第２ベアリング８２を第２ガイド凹部６２内から抜き出す作業をスムーズに行えるように構成している。

【0076】

第２ガイド孔６４は、第２ベアリング８２の外径よりも小さい開口幅を有する部分円弧状の長孔であり、第２ガイド溝６３に沿って転動する第２ベアリング８２と第２支持部６１との接触面積を減らすことで摩擦抵抗を低減する機能を発揮するとともに、転動する第２ベアリング８２が第２ガイド溝６３を超えて第２支持部６１の厚み方向に抜け外れることを防止するストッパとして機能する。

【0077】

このような第２ガイド凹部６２内に第２ベアリング８２を収容した状態では、アクチュエータＡの径方向に向き合う第２固定子４と第２可動子２の間に生じる吸引力が与圧として第２ベアリング８２に作用し、第２ベアリング８２の外周面を第２ガイド凹部６２（具体的には第２ガイド溝６３）にさせながら第１ベアリング７２の適切な転がり動作を得ることができる。そして、第２ベアリング８２が第２ガイド凹部６２内において転動しながら移動することによって、第２ベアリング８２を取り付けている各第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの回転を支えることができる。

【0078】

また、第２支持部６１は、上述の支柱Ｐ及び第１支持部５１と共に共通のベースＢ上に基端部を固定し、先端部側領域の形状を、第２可動ヨーク２１の回転軌跡の円弧と同心円であって（つまり原点を円中心とし）且つ第２可動ヨーク２１よりも小さい径の部分円弧状に設定している。より具体的に、これら第１支持部５１及び第２支持部６１は、Ｚ軸方向から見て相互に直交する角度となるように、原点に近い内向き側の部分同士を接触させた状態で共通のベースＢ上に固定されている。

【0079】

このように、ガイド支持機構Ｇのうち、第１可動子１をＸ軸周りに回転可能に支持する第１固定ガイド部５及び第１可動ガイド部７と、第２可動子２をＹ軸周りに回転可能に支持する第２固定ガイド部６及び第２可動ガイド部８の組み合わせや具体的な構成は同じであり、部品の共通化を図ることができる。

【0080】

そして、本実施形態に係るアクチュエータＡは、ガイド支持機構Ｇを構成する各ガイド部５，６及び各被ガイド部７，８の全部または略全部を、Ｚ軸方向から見て第１可動子１及び第２可動子２のうち原点から最も離れた点から原点までの距離を半径とする円内に配置している。

【0081】

次に、このような構成を有する本実施形態のアクチュエータＡの作動及び作用について説明する。

【0082】

本実施形態に係るアクチュエータＡにおいて、第１固定子３に対して第１可動子１がＸ軸周りに回転する動作原理と、第２固定子４に対して第２可動子がＹ軸回りに回転する動作原理は同じである。ここで、図２１及び図２２に、第１固定子３に対して第１可動子１がＸ軸周りに回転する動作原理を示す。なお、図２１及び図２２では、説明の便宜上、第１可動子１の一部を省略するとともに、断面の切り口を示す平行斜線（ハッチング）を省略している。

【0083】

本実施計形態のアクチュエータＡは、上述したように、Ｘ軸周りに複数配置した第１固定磁極３１のうち３以上（図示例では３本）の第１固定磁極３１が、第１可動ヨーク１１の内周面にＸ軸回りに並べて固定した４以上（図示例では４個）の第１可動磁極１２（永久磁石）と対面するように設定するとともに、Ｙ軸周りに複数配置した第２固定磁極４１のうち３以上（図示例では３本）の第２固定磁極４１が、第２可動ヨーク２１の内周面にＹ軸回りに並べて固定した４以上（図示例では４個）の第２可動磁極２２（永久磁石）と対面するように設定している。そして、第１固定子３の各第１固定磁極３１及び第２固定子の各第２固定磁極に巻回した各コイルＣを、それぞれの軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りにＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けて、これら各コイルＣに適宜の電流を励磁することで第１可動子１及び第２可動子２を各軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りに回転させることができる。

【0084】

図２１を参照して具体的に説明すると、各第１固定磁極３１に巻回したコイルＣに電流を励磁していない無通電時には、ギャップを介してアクチュエータＡの径方向に対面する第１固定子３の第１固定磁極３１と第１可動子１の第１可動磁極１２の間に磁束が流れるものの、第１可動子１をＸ軸周りに回転させる回転磁界は発生せず、回転トルクは発生しない。同様に、第２固定子４の各第２固定磁極４１に巻回した各コイルＣに電流を励磁していない無通電時では、第２固定磁極４１と第２可動磁極２２の間にも磁束が流れるものの、第２可動子２をＹ軸周りに回転させるトルクは発生しない（図示省略）。

【0085】

一方、本実施形態に係るアクチュエータＡにおいて、第１固定磁極３１に設けたコイルＣをＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けて、図２３に示すような電流パターン、すなわち、コイルＣに１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（通電）ことによって、図２２に示すように、第１可動子１をＸ軸周りに回転させる回転磁界が発生し、回転トルクＴを得ることができる。その結果、第１可動子１がＸ軸周りに回転する。この際、第１可動ガイド部７の第１ベアリング７２が第１固定ガイド部５の第１ガイド凹部５２に案内されながら第１ガイド凹部５２内を移動し、第１可動子１の第１フレーム１３に設けた出力部１５が、第２可動子２に設けた第２フレーム２３の移動規制部２４（出力部ガイド孔２７）に沿って滑りながら移動規制部２４内で動くことにより、第２可動子２を動かすことなく、第１可動子１のみをＸ軸周りに回転させることができる。つまり、本実施形態に係るアクチュエータＡは、出力部１５の移動方向を、移動規制部２４（出力部ガイド孔２７）によってＹ軸を含む平面内にのみ規制している。より具体的には、移動規制部２４（出力部ガイド孔２７）が、出力部１５の移動方向を、Ｙ軸を含む平面内であって且つ原点を中心とするＸ軸周りの円弧の弧の方向（出力部ガイド孔２７の延伸方向）にのみ規制している。

【0086】

そして、本実施形態に係るアクチュエータＡは、各コイルＣに流す電流の向きや大きさを適宜調整することにより、図２に示す標準姿勢（Ｓｔ）の第１可動子１を、Ｘ軸周りにプラス方向、マイナス方向へそれぞれ所定角度の範囲内で回転させることが可能である。本実施形態では、第１可動子１を、標準姿勢（Ｓｔ）に対してＸ軸周りに例えば３５度回転させた角度姿勢（Ｘ＋）（図２４及び図２５参照）と、標準姿勢（Ｓｔ）に対してＸ軸周りに例えばマイナス３５度回転させた角度姿勢（Ｘ−）（図２６参照）との間で回転させることができる。なお、図２５及び図２６では、第１可動子１の動きを容易に理解できるようにガイド機構Ｇ及びベースＢを省略している。

【0087】

同様に、本実施形態に係るアクチュエータＡでは、Ｙ軸周りに複数配置した第２固定磁極４１にそれぞれ設けたコイルＣをＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けて、これらのコイルＣに１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（通電）ことによって、第２可動子２をＹ軸周りに回転させる回転磁界が発生し、回転トルクを得ることができる（図示省略）。その結果、第２可動子２がＹ軸周りに回転する。この際、第２可動ガイド部８の第２ベアリング８２が第２固定ガイド部６の第２ガイド凹部６２に案内されながら第２ガイド凹部６２内を移動する。そして、第２可動子２の第２フレーム２３も第２可動ヨーク２１と一体にＹ軸周りに回転する。ここで、第２フレーム２３のうち移動規制フレーム２６に形成した出力部ガイド孔２７には出力部１５が挿通しており、この出力部ガイド孔２７が第２可動子２の標準姿勢（Ｓｔ）においてＸ軸周りに延伸するものであることから、第２フレーム２３がＹ軸周りに回転すると、出力部１５にもＹ軸周りに回転する力が作用する。本実施形態のアクチュエータＡでは、出力部１５を固定支持している第１フレーム１３と第１可動ヨーク１１の連結箇所に軸受１４を設け、軸受１４によって第１フレーム１３をＸ軸と直交する方向に回転可能に支持しているため、第１可動磁極１２を内周面に整列配置した第１可動子１の第１可動ヨーク１１を動かすことなく、第１フレーム１３を軸受１４を中心にＹ軸周りに回転させることができ、第１フレーム１３のＹ軸周りの回転に伴って出力部１５もＹ軸周りに移動する。

【0088】

そして、本実施形態に係るアクチュエータＡは、各コイルＣに流す電流の向きや大きさを適宜調整することにより、図に示す標準姿勢（Ｓｔ）の第２可動子２を、Ｙ軸周りにプラス方向、マイナス方向へそれぞれ所定角度の範囲内で回転させることが可能である。本実施形態では、第２可動子２を、標準姿勢（Ｓｔ）に対してＹ軸周りに例えば３５度回転させた角度姿勢（Ｙ＋）（図２７及び図２８参照）と、標準姿勢（Ｓｔ）に対してＹ軸周りに例えばマイナス３５度回転させた角度姿勢（Ｙ−）（図２９参照）との間で回転させることができる。なお、図２８及び図２９では、第２可動子２の動きを容易に理解できるようにガイド機構Ｇ及びベースＢを省略している。

【0089】

そして、本実施形態に係るアクチュエータＡは、第１可動子１の第１フレーム１３に設けた出力部１５を、第２可動子２に設けた第２フレーム２３の移動規制部２４（出力部ガイド孔２７）内で移動規制部２４の延伸方向（長手方向）に移動可能であるため、第１可動子１及び第２可動子２を同時または時間差でそれぞれ回転させた場合に、第１可動子１の回転によるＸ軸周りの回転出力と、第２可動子２の回転によりＹ軸周りの回転出力の合成を、第１可動子１に設けた出力部１５の位置として取り出すことができる。図３０には、一例として、第１可動子１が標準姿勢（Ｓｔ）に対してＸ軸周りに例えばマイナス３５度回転した角度姿勢（Ｘ−）にあり、第２可動子２が標準姿勢（Ｓｔ）に対してＹ軸周りに例えば３５度回転した角度姿勢（Ｙ＋）にあるアクチュエータＡを示している。図３０でもガイド機構Ｇ及びベースＢを省略している。なお、各可動子（第１可動子１、第２可動子２）を目標角度まで回転させる制御は、オープンループ制御またはフィードバック制御の何れであってもよい。

【0090】

このように、本実施形態に係るアクチュエータＡは、相互に直交するＸ軸及びＹ軸の各軸周りに第１可動子１、第２可動子２をそれぞれ個々に独立して回転させることができ、これら第１可動ヨーク１１及び第２可動ヨーク２１の各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りの回転を案内しながら支持するガイド支持機構Ｇを、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４のスペースを利用して配置することによって、Ｚ軸方向から見て第１可動ヨーク１１や第２可動ヨーク２１の外側にガイド支持機構Ｇを配置するための専用スペースを確保する必要がなく、アクチュエータＡ全体の小型化を図ることができる。このようなメリットは、可動対象部の回転を支持するジンバル枠を可動対象部の外側に配置せざるを得ないジンバル機構と比較した場合に顕著に現れる。

【0091】

さらに、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転を所定範囲で案内する第１固定ガイド部５と、第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの回転を所定範囲で案内する第２固定ガイド部６を相互に直交する位置に個別に設け、これら第１固定ガイド部５と第２固定ガイド部６の相対位置を固定しているため、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの回転に伴って第２可動ヨーク２１の回転軸であるＹ軸が移動する（連れ回る）事態や、第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの回転に伴って第１可動ヨーク１１の回転軸であるＸ軸が移動する（連れ回る）事態を防止することができ、第１可動子１や第２可動子２の回転動作中に、Ｘ軸とＹ軸が同一平面上において一致して回転の自由度が減ってしまうジンバルロック現象またはジンバルロックに近い現象が起こり得ず、動作の安定性及び実用性の向上を実現することができる。

【0092】

特に、本実施形態に係るアクチュエータＡでは、ガイド支持機構Ｇとして、第１可動ヨーク１１の所定箇所にＸ軸に平行な軸周りに回転可能な第１ベアリング７２を設けた第１可動ガイド部７と、第１可動ヨーク１１の回転時における第１ベアリング７２の移動軌跡に沿って延伸し且つ第１ベアリング７２を収容可能な第１ガイド凹部５２を形成した第１固定ガイド部５とを備えたものを適用しているため、第１ガイド凹部５２に第１ベアリング７２を収容した状態で、相互に向かい合う第１固定子３と第１可動子１の間に生じる吸引力が与圧として第１ベアリング７２に作用し、第１ベアリング７２を第１ガイド凹部５２に接触させながらＸ軸と平行な軸周りに適切に回転させることができ、良好なガイド支持状態を得ることができるともに、第１可動ヨーク１１がＸ軸周りに回転する際に、第１ベアリング７２が第１ガイド凹部５２の延伸方向に沿って移動することになり、第１可動ヨーク１１の安定した回転動作を確保することができる。

【0093】

また、本実施形態のガイド支持機構Ｇは、第１可動ヨーク１１からＸ軸に向かって突出する非磁性体の第１軸受保持部７１の先端部又は先端部近傍に第１ベアリング７２を回転可能に保持させた構成を採用しているため、第１ベアリグ７２が第１ガイド凹部５２に沿って移動する領域を原点に対して第１可動ヨーク１１よりも近い位置に設定することができ、アクチュエータＡ全体の小型化を有効に図ることができる。

【0094】

さらに、本実施形態のアクチュエータＡでは、第１ガイド凹部５２を形成した第１支持部５１をベースＢにおいて第１軸受保持部７１とＸ軸方向に対面する位置に固定配置しているため、回転移動する第１可動子１を安定した支持状態を維持することができるとともに、第１軸受保持部７１に複数の第１ベアリング７２を設けているため、第１可動子１の回転時及び静止時の何れにおいても第１固定ガイド部５に作用する荷重を好適に分散することができる。

【0095】

さらに、本実施形態のアクチュエータＡでは、各第１可動ヨーク１１をＹ軸方向に挟む位置に第１可動ガイド部７を対向配置し、これら一対の第１可動ガイド部７に応じて第１固定ガイド部５を、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４との間のスペースにおいて第１固定子３をＹ軸方向に挟む位置に固定配置しているため、Ｘ軸周りに回転する第１可動子の荷重をバランス良く分散して受けながら第１可動子のスムーズな回転を確保することができる。

【0096】

これら第１固定ガイド部５及び第１可動ガイド部７の各形状や構成、相互関係によって得られる作用効果は、第１固定ガイド部５及び第１可動ガイド部７と同じ形状や構成、相互関係を有する第２固定ガイド部６及び第２可動ガイド部８によっても得ることができる。

【0097】

また、本実施形態に係るアクチュエータＡでは、本実施形態のアクチュエータＡにおいて、ガイド支持機構Ｇのうち、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子３と第２固定子４の間に形成されるスペースに固定配置される第１支持部５１や第２支持部６１に、各可動ヨーク（第１可動ヨーク１１，第２可動ヨーク２１）の各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りの位置を検出する位置検出部（図示省略）を設けることが可能である。ジンバル機構であれば、相対的に内側に配置される軸の回転角度を検出するセンサをジンバル構造内に配置しなければならず、このセンサがジンバル（フレーム）の回転に伴って移動することを予め想定してセンサのケーブルがジンバルや可動対象部に干渉しないように引き回さなければならないが、本実施形態において、ベース上に固定配置される第１支持部５１や第２支持部６１に位置検出部を設けることで、位置検出部自体が各可動ヨークの回転動作に伴って移動する事態を回避することができ、センサのケーブルを引き回す処理及び構造が不要になり、堅牢なシステム構成が可能である。

【0098】

特に、本実施形態のアクチュエータＡでは、内周面に複数の第１可動磁極１２をＸ軸周りに設定した第１可動ヨーク１１が、Ｘ軸周りの所定円弧上に並ぶ第１固定磁極３１と常対面する相対位置関係、及び内周面に複数の第２可動磁極２２をＹ軸周りに設定した第２可動ヨーク２１が、Ｙ軸周りの所定円弧上に並ぶ第２固定磁極４１と対面する相対位置関係を常に維持しているため、第１可動ヨーク１１のＸ軸周りの位置検出や第２可動ヨーク２１のＹ軸周りの位置検出をリニアスケール（リニアエンコーダとも称される）などの汎用センサを用いて行うことが可能である。

【0099】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１可動ガイド部として、第１可動ヨークからＸ軸に向かって突出する非磁性の第１ガイド板の先端部又は当該先端部近傍に、第１可動ヨークの回転時の移動軌跡と同心円であって且つ半径を第１可動ヨークの半径よりも小さく設定した部分円弧状の第１ガイド凹部を形成したものを適用し、第１固定ガイド部として、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子との間のスペースのうち第１ガイド板とＸ軸方向に対面する位置に配置した第１軸受保持部に、第１ガイド凹部に収容または貫通可能であって且つＸ軸と平行な軸周りに回転可能な第１軸受を保持させたものを採用することもできる。つまり、上述の実施形態と比較して、第１ガイド凹部と第１軸受の配置関係を逆転させた構成であってもよい。

【0100】

同様に、第２可動ガイド部として、第２可動ヨークからＹ軸に向かって突出する非磁性の第２ガイド板の先端部又は当該先端部近傍に、第２可動ヨークの回転時の移動軌跡と同心円であって且つ半径を第２可動ヨークの半径よりも小さく設定した部分円弧状の第２ガイド凹部を形成したものを適用し、第２固定ガイド部として、Ｚ軸周りに隣り合う第１固定子と第２固定子との間のスペースのうち第２ガイド板とＹ軸方向に対面する位置に配置した第２軸受保持部に、第２ガイド凹部に収容または貫通可能であって且つＹ軸と平行な軸周りに回転可能な第１軸受を保持させたものを採用することもできる。

【0101】

また、上述の実施形態では、ガイド支持機構を構成する軸受としてベアリング（転がり軸受）を例示したが、ベアリングに代えて、ローラやカムフォロア、或いはすべり軸受を適用してもよい。また、軸受保持体またはガイド板に保持させる軸受の数は、適宜増減すればよく、１つ或いは３つ以上に設定することもできる。

【0102】

また、第１ガイド凹部及び第２ガイド凹部として、溝または孔の何れか一方のみから形成したものを適用してもよい。

【0103】

また、本発明のアクチュエータでは、第１可動ガイド部又は第１固定ガイド部の一方を、スライダを備えたものとし、他方を各可動ヨークの回転時にスライダを支持するレールを備えたものにし、レールとスライダとの関係においてスライダが相対的にレール内を往復移動可能に構成した円弧状リニアガイド機構をガイド支持機構として採用することも可能である。

【0104】

上述した実施形態では、一対の第１可動ガイド部及び一対の第１固定ガイド部によって各第１可動ヨークのＸ軸周りの回転移動を案内するとともに、一対の第２可動ガイド部及び一対の第２固定ガイド部によって各第２可動ヨークのＹ軸周りの回転移動を案内するガイド支持機構を例示したが、１つの第１可動ガイド部及び１つの第１固定ガイド部によって各第１可動ヨークのＸ軸周りの回転移動を案内するとともに、１つの第２可動ガイド部及び１つの第２固定ガイド部によって各第２可動ヨークのＹ軸周りの回転移動を案内するように構成したガイド支持機構であっても構わない。

【0105】

また、第１可動子に設けた第１フレームと、第２可動子に設けた第２フレームは、相互に干渉しないように原点からの距離を相互に異ならせる必要がある。上述の実施形態では、第１フレームを第２フレームよりも相対的に原点に近い位置に配置する構成を示したが、第１フレームを第２フレームよりも相対的に原点から遠い位置に配置する構成にしてもよい。この場合、第１フレームに設けた出力部は、第１フレームよりも原点に近い第２フレームに形成した移動規制部に貫通した状態で、この移動規制部によってＹ軸を含む平面内にのみ移動可能に規制される必要があるため、出力部（出力軸）の突出方向を第１フレームから原点に向かう方向にも設定することになる。

【0106】

第１フレームに設ける出力部は、本発明に係るアクチュエータの用途等に応じて適宜変更することができ、軸に限定されることは構わない。そして、第２フレームの移動規制部は、出力部の形状や構成に応じて適宜適当な形状や構成に設定すればよい。出力部は、第２フレームの移動規制部に案内されるものであればよく、先端側領域が移動規制部を貫通して完全に移動規制部から飛び出した（露出した）状態で案内される構成、または先端側領域が移動規制部内にとどまり、移動規制部から飛び出していない（露出していない）状態で案内される構成でも構わない。

【0107】

また、コイルを第１固定子や第２固定子ではなく、第１可動子や第２可動子に設けた構成であってもよい。

【0108】

また、図３１に示すように、各固定ヨーク（第１固定ヨーク３２，第２固定ヨーク４２）及び各保持部（第１保持部３３，第２保持部４３）をそれぞれ別体に形成したり、或いは、各固定ヨーク３２，３２及び各固定磁極（第１固定磁極３１，第２固定磁極３２）を一体に形成した構成を採用することもできる。相互に別体の固定ヨーク及び保持部を用いる場合、保持部は非磁性体であることが好ましいが、磁性体であってもよい。なお、図３１は、上記変形例を図６に対応して示す図である。

【0109】

第１可動子のＸ軸周りの可動角度範囲や、第２可動子のＹ軸周りの可動角度範囲は、アクチュエータの用途や仕様などに応じて適宜変更することができる。

【0110】

上述の実施形態では、永久磁石を可動ヨークの表面に配置したいわゆるＳＰＭ（surface permanent magnet）タイプのモータを用いたアクチュエータを例示したが、ＳＰＭタイプ以外のモータを用いたアクチュエータであってもよい。一例として、図３２及び図３３（図３２は一変形例に係るアクチュエータＡを図１に対応して示す図であり、図３３は、同変形例に係るアクチュエータＡを図６に対応して示す図である）に示すように、各可動ヨーク（第１可動ヨーク１１，第２可動ヨーク２１）のうちギャップを介して固定子Ｓの第１固定磁極３１，第２固定磁極４２に対面する面に一部を露出させた状態で複数の永久磁石Ｍ１，Ｍ２を各可動ヨーク１１，２１に埋め込んだ構成を採用することができる。ここで、各永久磁石Ｍ１、Ｍ２は、Ｓ極またはＮ極が各可動ヨーク１１、２１の周方向を向く姿勢で所定ピッチで配置した構成を採用している。なお、この変形例に示すアクチュエータＡは、第１可動子１、第２可動子２、第１固定子３、第２固定子４以外の構成は、上述した実施形態のアクチュエータＡと同様の構成であるため、説明は省略し、図３２以降の各図では、上述の実施形態におけるアクチュエータＡと対応する部分や部材には同じ符号を付している。

【0111】

この変形例に係るアクチュエータでは、各永久磁石Ｍ１，Ｍ２を、Ｓ極またはＮ極が各可動ヨーク１１，２１の周方向を向く姿勢で所定ピッチ（例えば、後述する各固定磁極３１，４１の突出端部に設けたティース３１１，４１１のピッチの半分に相当するピッチ）で複数配置している。各可動ヨーク１１，１２の周方向に隣り合う永久磁石Ｍ１同士，永久磁石Ｍ２同士は磁化の方向が互いに逆向きとなっている。したがって、各可動ヨーク１１，２１の周方向に隣り合う極同士が同極となる。また、各可動ヨーク１１，２１のうち隣り合う永久磁石Ｍ１同士、永久磁石Ｍ２同士に挟まれる部分が磁極（本発明の「第１可動磁極」に相当する）として機能する。これら各永久磁石Ｍ１，Ｍ２は、各可動ヨーク１１，２１のうちギャップを介して各固定子３，４に面する内向き面（内周面）に各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りに沿って一定間隔で形成した各溝に挿入された状態（埋め込まれた状態）で固定されている。なお、各永久磁石Ｍ１，Ｍ２のピッチは、ティース３１１，４１１のピッチの半分に限定されず、適宜のピッチに設定してもよい。

【0112】

各可動ヨーク１１，２１には、それぞれ数十枚（図示例では３３枚）の永久磁石Ｍ１，Ｍ２を固定配置している。図３２に示すアクチュエータＡでは、各可動ヨーク１１，２１の各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りの寸法（円弧の長さ）を、各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りにそれぞれ複数配置した各固定磁極３１，４１のうち３本以上（図示例では３本）の固定磁極３１，４１と対面可能な長さに設定している。

【0113】

この変形例に示すアクチュエータでは、各固定子３，４の固定ヨーク３２，４２と、それぞれの固定ヨーク３２，４２を保持する保持部３３，４３とを別体に形成する一方で、各固定ヨーク３２，４２及び各固定磁極３１，３２を一体に形成している。

【0114】

各固定磁極３１，４１のうちギャップを介して各可動子ヨーク１１，２１に対面する突出端部（先端部）には、各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りに沿って一定間隔でティース３１１，４１１を形成している。本実施形態では、各軸周りのティース３１１，４１１の間隔を、各可動ヨーク１１，２１に複数埋め込んだ永久磁石Ｍ１同士，永久磁石Ｍ２同士の間隔の約２倍に設定している。

【0115】

また、各固定磁極３１，４１にそれぞれコイルＣを巻回した各固定子３，４は、誘導子及び磁束発生部として機能を有する。

【0116】

次に、このような構成を有するアクチュエータＡの作動及び作用について説明する。

【0117】

図３２に示すアクチュエータＡにおいて、第１固定子３に対して第１可動子１がＸ軸周りに回転する動作原理と、第２固定子４に対して第２可動子がＹ軸回りに回転する動作原理は同じであり、図３４及び図３５に、第１固定子３に対して第１可動子１がＸ軸周りに回転する動作原理を示す。なお、図３４及び図３５では、説明の便宜上、第１可動子１及び第１固定子３の一部を省略するとともに、断面の切り口を示す平行斜線（ハッチング）を省略している。また、図３３及び図３４における２点鎖線は、原点を通る第１可動子１及び第１固定子３の中心線である。

【0118】

一変形例に係るアクチュエータＡは、何れのコイルＣに電流を励磁していない無通電時において、図３４に示すように、第１可動ヨーク１１に埋め込まれた永久磁石Ｍ１の磁束のほとんどは第１可動ヨーク１１内で短絡されることにより、アクチュエータＡの径方向に対面する第１固定磁極３１の各ティース３１１と第１可動ヨーク１１の内周面とのギャップに流れる磁束はそれぞれ僅かであり、第１可動子１をＸ軸周りに回転させるトルクは発生しない。同様に、無通電時では第２固定磁極４１と第２可動ヨーク２１の内周面とのギャップに僅かな磁束が流れるものの、第２可動子２をＹ軸周りに回転させるトルクは発生しない（図示省略）。

【0119】

一方、本変形例のアクチュエータＡは、第１固定磁極３１に巻回したコイルＣをＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けて、これらのコイルＣに１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（例えば図２３に示す電流パターンで通電する）ことによって、図３５に示すように、第１可動子１をＸ軸周りに回転させる回転磁界が発生して、回転トルクＴが生じ、第１可動子１がＸ軸周りに回転する。そして、各コイルＣに流す電流の向きや大きさを適宜調整することにより、図３２に示す標準姿勢（Ｓｔ）の第１可動子１をＸ軸周りにプラス方向、マイナス方向へそれぞれ所定角度の範囲内で回転させることが可能である。

【0120】

同様に、本変形例のアクチュエータＡは、第２固定磁極４１に巻回したコイルＣをＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けて、これらのコイルＣに１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（通電）ことによって、第２可動子２をＹ軸周りに回転させる回転磁界が発生し、第２可動子２をＹ軸周りにプラス方向、マイナス方向へそれぞれ所定角度の範囲内で回転させることができる。これら各可動子１１，２１の各軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りの回転に伴う出力部１５の移動は、図１に示すアクチュエータＡと同じである。

【0121】

本変形例のアクチュエータＡであれば、図１に示すアクチュエータＡと比較して、各可動ヨーク１１，２１を大型サイズに設計変更することなく、これら各可動ヨーク１１，２１にそれぞれ付帯させる永久磁石Ｍ１，Ｍ２の数を格段に増加させることができ、永久磁石Ｍ１，Ｍ２の増加に応じて、各ヨーク１１，２１の利用効率を飛躍的に高めた磁気回路を構成することができ、ギャップを通る磁束量の増大化に伴い、大きな回転トルクを得ることができる点で有利である。

【0122】

なお、本変形例に係るアクチュエータＡは、図１に示すアクチュエータＡと比較して、可動子Ｒ及び固定子Ｓの具体的な構造が異なるものの、その他の構造は同じであるため、第１実施形態に係るアクチュエータＡが奏する作用効果と同様の効果を得ることができる。なお、各可動ヨーク１１，２１に形成する永久磁石保持用の溝は各軸（Ｘ軸，Ｙ軸）周りに沿って一定間隔であればよく、固定磁極３１，４１の先端部に形成したティースと同一ピッチ、或いはその他の値のピッチ間隔であってもよい。

【0123】

また、本発明のアクチュエータを、上述した用途（ロボットの眼球や関節、監視カメラ、所定範囲で角度調整可能な角度ステージ）以外の種々の用途（例えば、ウェハ検査装置など）にも適用することができる。

【0124】

各固定磁極及び各可動磁極の数やピッチは適宜変更することができる。

【0125】

また、第１保持部及び第２保持部を支持する支柱は、第１可動子及び第２可動子の可動範囲から外れた位置に固定配置されたものであればよく、Ｚ軸と一致する方向に延伸するものに限られない。第１保持部及び第２保持部を複数本の支柱で支持する構成でも構わない。また、第１保持部及び第２保持部の何れか一方又は両方と支柱を一体に形成することもできる。

【0126】

第１可動子をＸ軸周りに回転させる際のコイルに通電する電流制御と、第２可動子をＹ軸周りに回転させる際のコイルに通電する電流制御とを共通化することは困難になるものの、複数の第１固定磁極が配列されるＸ軸周りの円弧と、複数の第２固定磁極が配列されるＹ軸周りの円弧との径を相互に異ならせたり、原点から第１可動磁極までの距離と原点から第２可動磁極までの距離を相互に異ならせても構わない。

【0127】

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【符号の説明】

【0128】

１…第１可動子
１１…第１可動ヨーク
１２…第１可動磁極
１３…第１フレーム
１５…出力部
２…第２可動子
２１…第２可動ヨーク
２２…第２可動磁極
２３…第２フレーム
２４…移動規制部
３…第１固定子
３１…第１固定磁極
３２…第１固定ヨーク
３３…第１保持部
４…第２固定子
４１…第２固定磁極
４２…第２固定ヨーク
４３…第２保持部
５…第１固定ガイド部
５１…第１支持部
５２…第１ガイド凹部
６…第２固定ガイド部
６１…第２支持部
６２…第２ガイド凹部
７…第１可動ガイド部
７１…第１軸受保持部
７２…第１軸受
８…第２可動ガイド部
８１…第２軸受保持部
８２…第２軸受
Ａ…アクチュエータ
Ｃ…コイル
Ｇ…ガイド支持機構
Ｐ…支柱
Ｓ…固定

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】