特許 5997454 振動アクチュエータ

(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】5997454

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月28日

(54)【発明の名称】振動アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 33/16 20060101AFI20160915BHJP

   H02P 25/06 20160101ALI20160915BHJP

【ＦＩ】

   H02K33/16 A

   H02P25/06

【請求項の数】9

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-30652(P2012-30652)

(22)【出願日】2012年2月15日

(65)【公開番号】特開2013-169065(P2013-169065A)

(43)【公開日】2013年8月29日

【審査請求日】2015年1月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】390029805

【氏名又は名称】ＴＨＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112140

【弁理士】

【氏名又は名称】塩島 利之

(72)【発明者】

【氏名】岩城 純一郎

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０７−００９０８１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０７−２７６９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６８６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２４３６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３８９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００５９３２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２０７６２８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３３／１６

Ｈ０２Ｐ ２５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁石を有する軸部材と、
複数のコイルを有する電機子部と、を備え、
前記軸部材が前記電機子部に対して前記軸部材の中心線方向に相対的に振動する振動アクチュエータにおいて、
前記複数のコイルは、直流が供給され、前記軸部材の共振帯を調整するための直流コイルと、交流が供給され、前記軸部材を振動させるための交流コイルと、を含み、
前記直流コイルに発生する磁束と前記軸部材の磁石の磁束との相互作用によって、前記軸部材の共振帯が調整可能である振動アクチュエータ。

【請求項2】

前記直流コイルの中心線方向の両端部には、
前記軸部材の前記磁石との間に反発力及び／又は吸引力を働かせて、前記軸部材又は前記電機子部を復元させる保持磁石が設けられることを特徴とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。

【請求項3】

前記保持磁石の、前記直流コイルに対向する側の磁極は、互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の振動アクチュエータ。

【請求項4】

前記複数のコイルは、中心線方向に配列される三つのコイルを備え、
中心線方向の中央に前記直流コイルが配置され、前記直流コイルの中心線方向の両側に前記交流コイルが配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の振動アクチュエータ。

【請求項5】

前記直流コイルに直流を供給すると、前記軸部材がストロークの中心に復帰することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の振動アクチュエータ。

【請求項6】

前記軸部材の前記磁石は、前記直流コイル内に配置される直流コイル用磁石と、前記交流コイル内に配置される交流コイル用磁石と、を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の振動アクチュエータ。

【請求項7】

前記振動アクチュエータはさらに、前記直流コイルに直流を供給すると共に、前記交流コイルに交流を供給するドライバを備え、
前記ドライバは、前記軸部材が前記電機子部に対して相対的に振動することによって前記直流コイルに発生する交流成分を取り出すことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の振動アクチュエータ。

【請求項8】

前記ドライバは、前記直流コイルから取り出した前記交流成分に基づいて、前記直流コイルに供給する直流を制御することを特徴とする請求項７に記載の振動アクチュエータ。

【請求項9】

磁石を有する軸部材と、
一つのコイルを有する電機子部と、を備え、
前記軸部材が前記電機子部に対して前記軸部材の中心線方向に相対的に振動する振動アクチュエータにおいて、
前記一つのコイルには、前記軸部材の共振帯を調整するための直流が供給されると共に、前記軸部材を振動させるための交流が供給され、
前記直流が供給される前記一つのコイルに発生する磁束と前記軸部材の磁石の磁束との相互作用によって、前記軸部材の共振帯が調整可能である振動アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁石を有する軸部材がコイルを有する電機子部に対して相対的に振動する振動アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から振動アクチュエータの一種として、磁石を有する軸部材が、コイルを有する電機子部に対して相対的に振動する振動アクチュエータが知られている（特許文献１参照）。この振動アクチュエータにおいて、軸部材は、筒状の電機子部に囲まれていて、筒状の電機子部に対して軸部材の中心線方向に振動する。電機子部には、軸部材を復元させるためのばねが設けられる。電機子部には、軸部材を囲むコイルが設けられる。コイルに交流電圧を印加すると、コイルに発生する交番磁束と軸部材の磁石に発生する磁束との相互作用により、軸部材が振動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−３４３９３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の振動アクチュエータにおいて、高効率の振動出力を得たいときには、コイルに供給する交流の周波数をばねの共振帯に近づけ、軸部材が共振するようにしていた。しかし、振動アクチュエータの用途によっては、広い周波数の帯域で軸部材を共振させることが要請されることがある。従来の振動アクチュエータにおいては、軸部材の共振帯及び軸部材の振動周波数が一つに定まっているので、広い周波数の帯域で軸部材を共振させることができないという課題がある。

【0005】

そこで、本発明は、軸部材の共振帯（軸部材が共振する振動周波数の帯域）を調整することができ、もって高効率の振動出力を行うことができる振動アクチュエータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下、本発明について説明する。本発明の第一の態様は、磁石を有する軸部材と、複数のコイルを有する電機子部と、を備え、前記軸部材が前記電機子部に対して前記軸部材の中心線方向に相対的に振動する振動アクチュエータにおいて、前記複数のコイルは、直流が供給され、前記軸部材の共振帯を調整するための直流コイルと、交流が供給され、前記軸部材を振動させるための交流コイルと、を含み、前記直流コイルに発生する磁束と前記軸部材の磁石の磁束との相互作用によって、前記軸部材の共振帯が調整可能である振動アクチュエータである。
本発明の第二の態様は、磁石を有する軸部材と、一つのコイルを有する電機子部と、を備え、前記軸部材が前記電機子部に対して前記軸部材の中心線方向に相対的に振動する振動アクチュエータにおいて、前記一つのコイルには、前記軸部材の共振帯を調整するための直流が供給されると共に、前記軸部材を振動させるための交流が供給され、前記直流が供給される前記一つのコイルに発生する磁束と前記軸部材の磁石の磁束との相互作用によって、前記軸部材の共振帯が調整可能である振動アクチュエータである。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、直流コイルに供給する直流を調整すれば、軸部材の共振帯を調整することができる。よって、高効率で振動出力を行うことができる振動アクチュエータが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第一の実施形態の振動アクチュエータの軸部材の中心線に沿った断面図

【図2】本発明の第一の実施形態の振動アクチュエータの等価モデル

【図3】本発明の第一の実施形態の振動アクチュエータの周波数特性を示すグラフ

【図4】本発明の第一の実施形態の振動アクチュエータのドライバに直流制御部としてのレゾルバを設けた例を示す断面図

【図5】本発明の第一の実施形態の振動アクチュエータの軸部材にさらに中間磁石を設けた例を示す断面図

【図6】本発明の第二の実施形態の振動アクチュエータの軸部材の中心線に沿った断面図

【図7】本発明の第三の実施形態の振動アクチュエータの軸部材の中心線に沿った断面図

【図8】本発明の第四の実施形態の振動アクチュエータの軸部材の中心線に沿った断面図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態における振動アクチュエータを詳細に説明する。図１は本実施形態の振動アクチュエータの軸部材の中心線に沿った断面図を示す。本実施形態の振動アクチュエータは、円柱形状の軸部材１と、軸部材１を囲む筒状の電機子部２と、を備える。軸部材１には、中心線方向に複数の磁石４ａ，４ｂが配列される。電機子部２には、軸部材１を囲む複数のコイル５ａ，５ｂが中心線方向に配列される。また、電機子部２には、軸部材１の磁石に反発する保持磁石６ａ，６ｂが設けられる。軸部材１は電機子部２を貫通しており、電機子部２の中心線方向の両端部に設けられる直動軸受７に往復運動可能に支持される。

【0010】

軸部材１は、軸部材１の磁石４ａ，４ｂと電機子部２の保持磁石６ａ，６ｂとの反発力によって原点に復元するようになっている。磁石４ａ，４ｂと保持磁石６ａ，６ｂとの反発力は軸部材１がストロークの端に移動したときに最大になり、軸部材がストロークの中心の原点に移動したときに最小になる。磁石４ａ，４ｂと保持磁石６ａ，６ｂとの反発力がばねの復元力の替わりになっている。

【0011】

電機子部２のコイルは、軸部材１の復元力を調整するための直流コイル５ａと、軸部材１を振動させるための駆動力を発生させる交流コイル５ｂと、を備える。電機子部２の中央のコイルは、直流が供給される直流コイル５ａであり、直流コイル５ａの中心線方向の両側に交流が供給される交流コイル５ｂが設けられる。保持磁石６ａ，６ｂは直流コイル５ａと交流コイル５ｂの間に設けられている。

【0012】

直流コイル５ａは軸部材１の復元力を調整するために設けられる。直流コイル５ａに発生する磁束と軸部材１の磁石４ａ，４ｂの磁束との相互作用によって、軸部材１の共振帯が調整される。具体的には、直流コイル５ａに直流電圧を印加して直流を供給すれば、保持磁石６ａ，６ｂの磁束と同方向の磁束又は逆方向の磁束が形成される。保持磁石６ａ，６ｂと同方向の磁束が形成されれば、保持磁石６ａ，６ｂの磁束が強められるので、軸部材１の復元力が大きくなる。一方、保持磁石６ａ，６ｂの磁束と逆方向の磁束が形成されれば、保持磁石６ａ，６ｂの磁束が弱められるので、軸部材１の反発力が弱められる。これにより、軸部材１の復元力を変化させることができる。後述するように、軸部材１の復元力の変化は、軸部材１の共振帯の変化につながる。軸部材１の復元力を調整することで、軸部材１の共振帯を調整することができる。

【0013】

交流コイル５ｂは軸部材１を振動させるために設けられる。交流コイル５ｂに交流電圧を印加して交流を供給すれば、交流コイル５ｂに交番磁束が発生する。コイルに発生する交番磁束と軸部材１の磁石に発生する磁束との相互作用によって、軸部材１が振動する。軸部材１は、交流コイル５ｂに供給する交流の周波数と同一の周波数で振動する。交流コイル５ｂの交流の周波数を軸部材１の共振帯に近づければ、高効率の振動出力を得ることができる。

【0014】

本実施形態の振動アクチュエータの各部の構造は以下のとおりである。軸部材１は、複数の磁石が設けられる磁石配列部１−１と、磁石配列部１−１の中心線方向の両端部に連結される一対の連結軸１−２と、を備える。磁石配列部１−１には、奇数個の磁石、この実施形態では三つの磁石４ａ，４ｂが中心線方向に配列される。各磁石４ａ，４ｂは中心線方向に着磁されており、各磁石４ａ，４ｂの中心線方向の一方の端部がＮ極に着磁され、他方の端部がＳ極に着磁されている。三つの磁石４ａ，４ｂは、隣接する磁石４ａ，４ｂの対向する磁極が異極になるように配置される。この実施形態では、図１において左から順番にＮ−Ｓ、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓの磁極が形成される。ここで、Ｎ−Ｓは各磁石４ａ，４ｂの両端部に発生する磁極を表す。隣接する磁石４ａ，４ｂ間には、非磁性材料からなるスペーサが介在する。

【0015】

三つの磁石４ａ，４ｂのうち、中央の磁石４ａは直流コイル５ａ内に配置される直流コイル用磁石４ａである。直流コイル用磁石４ａの中心線方向の長さＬ１は直流コイル５ａの中心線方向の長さＬ２よりも短く、直流コイル用磁石４ａの両端部の磁極は、保持磁石６ａ，６ｂの同極の磁極に反発するようになっている。

【0016】

両側の磁石４ｂは、交流コイル５ｂ内に配置される交流コイル用磁石４ｂである。一対の交流コイル用磁石４ｂの内法（一対の交流コイル用磁石４ｂの内側の距離）Ｌ４は、一対の保持磁石６ａ，６ｂの外法（一対の保持磁石６ａ，６ｂの外側の距離）Ｌ３よりも大きい。そして、交流コイル用磁石４ｂの内側の磁極が保持磁石６ａ，６ｂの外側の磁極と反発する。直流コイル５ａ及び交流コイル５ｂが無励磁のとき、軸部材１の磁石４ａ，４ｂと保持磁石６ａ，６ｂの反発力によって、軸部材１が電機子部２に保持される。また、軸部材１が原点に復元する。

【0017】

交流コイル用磁石４ｂは、軸部材１を振動させる駆動力を発生する役割も持つ。一対の交流コイル用磁石４ｂのＮ−Ｎ間の磁極ピッチＬ５は、一対の交流コイル５ｂの中心間ピッチＬ６と異なっている。交流コイル用磁石４ｂ磁極ピッチＬ５と交流コイル５ｂの中心間ピッチＬ６との差は、交流コイル５ｂの中心線方向の長さＬ７の１／８〜３／８倍に設定される。一対の交流コイル５ｂから一対の交流コイル用磁石４ｂに作用する推力の位相を、約９０度ずらすためである。

【0018】

電機子部２は、中心線を一致させた直流コイル５ａ及び交流コイル５ｂを備える。直流コイル５ａ及び交流コイル５ｂは、ボビン９，１０に巻かれている。中央の直流コイル５ａと両側の交流コイル５ｂとの間には、リング状の保持磁石６ａ，６ｂが設けられる。保持磁石６ａ，６ｂは軸線方向に着磁されている。保持磁石６ａ，６ｂは対向する磁極が異極になるように、図１において左から順番にＳ−Ｎ、Ｓ−Ｎになるように配置される。直流コイル５ａ、交流コイル５ｂコイル及び保持磁石６ａ，６ｂは、電機子部２のケーシングに収納されている。ケーシングには、軸部材１の連結軸１−２が往復運動するのを案内する直動軸受７が設けられている。

【0019】

直流コイル５ａ及び交流コイル５ｂには、ドライバから電力が供給される。ドライバは、直流コイル５ａに直流電圧を印加する直流電源回路８ａと、交流コイル５ｂに交流電圧を印加する交流電源回路８ｂと、を備える。

【0020】

ドライバの直流電源回路８ａが直流コイル５ａに直流電圧を印加すると、直流コイル５ａが電磁石のように機能し、直流コイル５ａの両端部にＮ極及びＳ極が形成される。上述のように、直流コイル５ａの両端部の磁束は、保持磁石６ａ，６ｂの磁束を強めたり、弱めたりするので、保持磁石６ａ，６ｂの磁束の強さが調整される。一対の保持磁石６ａ，６ｂは、直流コイル５ａに対向する側の磁極が異極になるようになっている。

【0021】

また、直流電源回路８ａが直流コイル５ａに直流電圧を印加すると、軸部材１はストロークの中心である原点に復帰する。本実施形態では、軸部材１の磁石と電機子部２の保持磁石６ａ，６ｂの反発力によって、軸部材１は原点に復帰するようになっている。ドライバが直流コイル５ａに直流を供給することによっても、軸部材１が原点に復帰する。

【0022】

ドライバの交流電源回路８ｂは、交流コイル５ｂに位相を一致させた交流電圧を印加する。交流電圧は正弦波でも、矩形波でも三角波でもよい。交流電源回路８ｂが交流コイル５ｂに交流を供給すると、交流コイル５ｂに交番磁束が形成される。交流コイル５ｂの交番磁束と軸部材１の交流コイル用磁石４ｂの磁束との相互作用により、軸部材１に周期的に変動する推力が作用する。この軸部材１に作用する推力によって軸部材１が振動する。一対の交流コイル５ｂから交流コイル用磁石４ｂに作用する推力の位相は約９０度ずれており、一方の交流コイル５ｂから一方の交流コイル用磁石４ｂに正弦波状の推力が作用し、他方の交流コイル５ｂから他方の交流コイル用磁石４ｂに余弦波状の推力が作用するようになっている。これにより、ストロークの端部付近に移動し減速域に入った軸部材１に早めにブレーキをかけることができ、軸部材１の振動を安定させることができる。

【0023】

図２は、本実施形態の振動アクチュエータの等価モデルを示す。図２に示すように、本実施形態の振動アクチュエータはばね−質量系の等価モデルに置き換えることができる。この等価モデルにおいて、質点ＭがばねＫに繋がれている。質点Ｍが軸部材１を表し、ばねＫの復元力が磁力による反発力を表す。振動周波数ｆの外力が交流コイル５ｂから軸部材１に作用する推力を表す。なお、ばねＫの復元力は線形であるのに対し、磁力による反発力は非線形であるが、ここでは磁力による反発力も線形であると仮定して図２の等価モデルを使用する。

【0024】

図２の等価モデルにおいて、ばねＫの固有振動数（共振周波数）は１／２π×√（ｋ／ｍ）Ｈｚで表される。ここで、ｋはばねのばね定数であり、ｍは質点Ｍの質量である。質点Ｍを振動させる外力の振動周波数ｆがばねＫの固有振動数に近ければ、質点Ｍが共振し、質点Ｍを高効率で振動させることができる。そこで、本実施形態においては、直流コイル５ａに供給する直流を変化させて、軸部材１が共振する振動数の帯域を調整し、軸部材が共振するようにしている。これを詳述するに、直流コイル５ａに流す電流を変化させると、軸部材１の磁石４ａ，４ｂと電機子部２の保持磁石６ａ，６ｂとの反発力が変化するので、図２の等価モデルにおいてばねＫのばね定数が変化する。ばねＫのばね定数が変化すると、ばねＫの固有振動数が変化する。軸部材１の共振帯を振動周波数ｆに近づければ、軸部材１を高効率で振動させることができる。

【0025】

図３は、軸部材１の磁石４ａ，４ｂの中心線方向の長さ、及びピッチを変化させたときの軸部材１の周波数特性（周波数と振幅との関係）を示す。横軸の周波数は交流コイル５ｂに供給される交流の周波数（図２の等価モデルの外力の周波数ｆ）である。縦軸の振幅は、軸部材１の振幅（μｍ）である。

【0026】

振動アクチュエータの仕様として、振動周波数が予め例えば５０Ｈｚ等に決定されている。振動アクチェータを設計する際には、軸部材１の共振帯が仕様の振動周波数５０Ｈｚに近づくようにする必要がある。図３の周波数特性(1)は、軸部材１の共振帯が５０Ｈｚになるように作り込まれた振動アクチュエータを示す。図３の周波数特性(2)は、軸部材１の磁石４ａ，４ｂの中心線方向の長さ、及びピッチを変化させた振動アクチュエータを示す。この周波数特性(2)を持つ振動アクチュエータにおいては、軸部材１の共振帯が５０Ｈｚから４０Ｈｚに変化してしまっている。周波数特性(2)の振動アクチュエータを５０Ｈｚで振動させようとしても、軸部材１の振幅は共振振幅５０００μｍの約１／１０の５００μｍとなる。振幅を大きくするために、交流コイル５ｂに供給する電力を大きくすることも考えられるが、交流コイル５ｂの温度が上昇してしまうという新たな問題を招く。

【0027】

しかし、本実施形態の振動アクチュエータによれば、直流コイル５ａに流す直流の大きさを変化させることで、軸部材１の共振帯を広く変化させることができる。そして、軸部材１の共振帯が仕様の振動周波数５０Ｈｚに近づくように制御すれば、高効率の振動出力を得ることができる。実際に実験したところ、直流コイル５ａに供給する直流の大きさを制御することで、共振帯が見事に変化し、図３の周波数特性(2)を持つ振動アクチュエータの共振帯が５０Ｈｚに変化した。

【0028】

本実施形態の振動アクチュエータによれば、さらに以下の効果を奏する。直流コイル５ａの中心線方向の両端部に保持磁石６ａ，６ｂを設けることで、交流コイル５ｂに直流を供給していないときでも、電機子部２が軸部材１を保持できるようになる。

【0029】

保持磁石６ａ，６ｂの、直流コイル５ａに対向する側の磁極を互いに異ならせることで、直流コイル５ａの両端部に配置される保持磁石６ａ，６ｂの磁束を均等に調整することができる。

【0030】

電機子部２の三つのコイル５ａ，５ｂの中央に直流コイル５ａを配置し、両側に交流コイル５ｂを配置することで、コイル５ａ，５ｂの配置が左右対称になり、軸部材１の振動が安定化する。

【0031】

ドライバが直流コイル５ａに直流を供給すると、軸部材１が原点に復帰するようにしているので、ユーザが原点合わせをする必要がなくなる。軸部材１の原点復帰後、交流コイル５ｂに交流を供給することで、軸部材１を振動させることができる。

【0032】

軸部材１の磁石４ａ，４ｂが、直流コイル５ａ内に配置される直流コイル用磁石４ａと、交流コイル５ｂ内に配置される交流コイル用磁石４ｂと、を備えるので、軸部材１の共振帯の調整と軸部材１の振動との両立を図ることができる。

【0033】

図４は、本実施形態の振動アクチュエータのドライバに直流制御部としてのレゾルバを組み込んだ例を示す。振動アクチュエータの軸部材１及び電機子部２の構成は図１に示す振動アクチュエータと同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。この実施形態のドライバは、軸部材１の振幅を検出する機能を持ち、軸部材１の振幅が最大になるように直流コイル５ａに供給する直流を制御することを特徴とする。

【0034】

軸部材１が電機子部２に対して相対的に振動すると、直流コイル５ａには逆起電圧が発生する。この逆起電圧によって、直流コイル５ａには交流成分が発生する。直流コイル５ａに発生する交流成分を取り出すことで、軸部材１の振幅を計測することができる。直流コイル５ａには、ドライバから直流が供給されているので、この交流成分はドライバから供給される直流に重畳される。

【0035】

直流コイル５ａに発生する交流成分は、軸部材１の振動に起因するものと、交流コイル５ｂの相互インダクタンスに起因するものとに分けることができる。相互インダクタンスに起因する交流成分は、ドライバ側で知ることができるので、全体の交流成分から相互インダクタンスに起因する交流成分を減算することで（外部ノイズを打ち消す）ことで、軸部材１の振幅を知ることができる。

【0036】

図４に示すように、ドライバは、直流コイル５ａに直流電圧を印加する直流電源回路８ａと、交流コイル５ｂに交流を供給する交流電源回路８ｂと、を備える。軸部材１が振動することによって、直流電源回路８ａにはＤＣ成分をアベレージにした交流成分が発生する。この交流成分をコンデンサ１１ａで絶縁すれば、ゼロをアベレージにした交流成分を取り出すことができる。オペアンプ１２には、直流コイル５ａの交流成分のピークピーク値（Peak-to-peak value）が入力される。また、オペアンプ１２には、コンデンサ１１ｂを介して交流電源回路８ｂの指令電流のピークピーク値（Peak-to-peak value）が入力される。オペアンプ１２は、直流コイル５ａの交流成分のピークピーク値（検出される速度情報）と交流電源回路８ｂの指令電流のピークピーク値とを比較する。そして、前者のピークピーク値から後者のピークピーク値を減算し、軸部材１の振幅を算出する。ドライバは、直流コイル５ａの交流成分のピークピーク値（検出される速度情報）又は算出された軸部材１の振幅が最大になるように、直流コイル５ａに供給する直流を制御（例えばＰＩＤ制御）する。ドライバは、軸部材１の振動周波数を１〜１００Ｈｚまで変化させ、軸部材１の振幅を計測し、軸部材１の共振帯を検出する。ドライバは検出した軸部材１の共振帯が指令周波数に追従するように直流コイル５ａに供給する直流を制御する。

【0037】

本実施形態の振動アクチュエータによれば、直流コイル５ａに発生する交流成分を取り出すことで、高価なエンコーダを用いなくても軸部材１の振幅を計測することが可能になる。また、直流コイル５ａに発生する交流成分に基づいて、直流コイル５ａに供給する直流を制御するので、軸部材１の振幅を最大にすることができる。

【0038】

図５は、本実施形態の振動アクチュエータの軸部材１の磁石の個数を五個にした例を示す。磁石の個数以外の構成は図１に示す第一の実施形態の振動アクチュエータと同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。図１に示す振動アクチュエータの軸部材１の場合、隣接する直流コイル用磁石４ａと交流コイル用磁石４ｂの対向する磁極が異極になっている。このため、直流コイル用磁石４ａの磁束の一部が交流コイル用磁石４ｂに向かう。その分、磁石の磁束を有効に利用できていないことになる。この例では、軸部材１の直流コイル用磁石４ａと交流コイル用磁石４ｂとの間に、これらの磁石４ａ，４ｂの磁束を半径方向の外側（図中黒の矢印）に向ける中間磁石４ｃが設けられている。中間磁石４ｃは軸線方向に着磁されており、直流コイル用磁石４ａ及び交流コイル用磁石４ｂに反発する。

【0039】

図６は、本発明の第二の実施形態の振動アクチュエータを示す。この実施形態では、電機子部２２には一つのコイル２３が設けられる。コイル２３の軸線方向の両端部には、保持磁石２４が設けられる。保持磁石２４は、互いに対向する側の磁極が異極になるように配置される。軸部材２１には一つの磁石２５が設けられる。軸部材２１の磁石２５は軸線方向に着磁され、電機子部２２の保持磁石２４に反発する。ドライバの直流電源回路２６及び交流電源回路２７は、コイル２３に直流電圧及び交流電圧を同時に印加する。この実施形態の振動アクチュエータにおいても、コイル２３に供給する直流を調整すれば、軸部材２１の共振帯を調整することができる。そして、コイル２３に供給する交流の周波数を軸部材２１の共振帯に近づければ、高効率の振動出力を得ることができる。なお、コイル２３の両端部に保持磁石２４を設ける替わりに、磁性材料からなる鉄製ヨークを設けてもよい。

【0040】

図７は、本発明の第三の実施形態の振動アクチュエータを示す。この実施形態では、電機子部３２に直流コイル３３及び交流コイル３４が並べて設けられる。直流コイル３３と交流コイル３４との間には、保持磁石３５が設けられる。３１軸部材には一つの磁石３６が設けられ、保持磁石３と吸引している。ドライバの直流電源回路３７は直流コイル３３に直流電圧を印加し、交流電源回路３８は交流コイル３４に交流電圧を印加する。この実施形態の振動アクチュエータにおいても、直流コイル３３に供給する直流を調整すれば、軸部材３１の共振帯を調整することができる。そして、交流コイル３４に供給する交流の周波数を軸部材３１の共振帯に近づければ、高効率の振動出力を得ることができる。

【0041】

図８は、本発明の第四の実施形態の振動アクチュエータを示す。この実施形態の振動アクチュエータは、図１に示す第一の実施形態の振動アクチュエータの左側の交流コイル５ｂ及び左側の交流コイル用磁石４ｂを取り除いたものである。コイルを直流コイル５ａ及び右側の交流コイル５ｂの二つから構成している。他の構成は第一の実施形態の振動アクチュエータと同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。コイルを直流コイル５ａ及び交流コイル５ｂの二つから構成しても、軸部材１の共振帯を調整することができる。

【0042】

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に具現化することができる。

【0043】

例えば、電機子部のコイルの個数、電機子部の保持磁石の個数、及び軸部材の磁石の個数は上記実施形態に限れられることはなく、振動アクチュエータの仕様に応じて適宜変更可能である。

【0044】

本発明の振動アクチュエータは、直流コイルで軸部材の共振帯を調整し、交流コイルで軸部材を振動させるという特徴を持つ。上記実施形態では、軸部材の振動周波数を共振帯に近づけ、軸部材の振幅を最大にする場合について説明した。しかし、本発明によれば、軸部材の共振帯と軸部材の振動周波数を適宜設定することにより、軸部材の振幅を任意に調整することができる。よって、本発明は軸部材の軸部材の振幅を最大にする例だけでなく、軸部材の振幅を任意に調整する場合についても適用できる。

【0045】

上記第一の実施形態では、直流コイルに直流を供給したときの軸部材の原点と、軸部材の磁石と電機子部の保持磁石の反発力による軸部材の原点とを一致させているが、ずらしてもよい。例えば、振動アクチュエータを縦にして使用する場合、重力によって軸部材の原点がずれる。このような場合でも、直流コイルに直流を供給することで、軸部材を原点に戻すことが可能になる。

【符号の説明】

【0046】

１…軸部材，２…電機子部，４ａ…直流コイル用磁石（軸部材の磁石），４ｂ…交流コイル用磁石（軸部材の磁石），５ａ…直流コイル，５ｂ…交流コイル，６ａ，６ｂ…保持磁石，８ａ…直流電源回路（ドライバ），８ｂ…交流電源回路（ドライバ），２１…軸部材，２２…電機子部，２３…コイル，２４…保持磁石，２５…軸部材の磁石，２６…直流電源回路，２７…交流電源回路，３１…軸部材，３２…電機子部，３３…直流コイル，３４…交流コイル，３５…保持磁石，３６…軸部材の磁石，３７…直流電源回路，３８…交流電源回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】