特開2024-162832リニアアクチュエータ、レンズ鏡筒、撮像装置、駆動装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024162832
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】リニアアクチュエータ、レンズ鏡筒、撮像装置、駆動装置
(51)【国際特許分類】
H02K 33/18 20060101AFI20241114BHJP
G02B 7/04 20210101ALI20241114BHJP
G02B 7/02 20210101ALI20241114BHJP
【ＦＩ】
H02K33/18 B
G02B7/04 E
G02B7/02 Z
G02B7/04 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023078752
(22)【出願日】2023-05-11
(71)【出願人】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100125254
【弁理士】
【氏名又は名称】別役 重尚
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 恭輔
【テーマコード（参考）】
2H044
5H633
【Ｆターム（参考）】
2H044AJ06
2H044BD11
2H044BE02
5H633BB09
5H633BB10
5H633GG03
5H633GG06
5H633GG09
5H633GG17
5H633GG23
5H633HH02
5H633HH04
5H633HH07
5H633HH08
5H633HH13
5H633HH14
5H633HH24
5H633HH25
(57)【要約】
【課題】駆動効率を向上させる。
【解決手段】スラストリング磁石１２１ａ～１２４ａがこの順で主軸１０１方向に配列された配列部ＭＡにインナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂが包含されて界磁部１２０が構成される。配列部ＭＡの周囲にコイル１１１ａ、１１１ｂが巻回される。磁石１２１ａにおける磁石１２２ａと対向する磁極は、磁石１２２ａにおける内側の磁極に対して異極であり、磁石１２３ａにおける磁石１２４ａと対向する磁極は、磁石１２４ａにおける内側の磁極に対して異極である。インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂはそれぞれ、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａの内部開口Ｄ２、Ｄ４に配置される。
【選択図】図９
【解決手段】スラストリング磁石１２１ａ～１２４ａがこの順で主軸１０１方向に配列された配列部ＭＡにインナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂが包含されて界磁部１２０が構成される。配列部ＭＡの周囲にコイル１１１ａ、１１１ｂが巻回される。磁石１２１ａにおける磁石１２２ａと対向する磁極は、磁石１２２ａにおける内側の磁極に対して異極であり、磁石１２３ａにおける磁石１２４ａと対向する磁極は、磁石１２４ａにおける内側の磁極に対して異極である。インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂはそれぞれ、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａの内部開口Ｄ２、Ｄ４に配置される。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
いずれも永久磁石である第１、第２、第３、第４の磁石がこの順で所定方向に配列された配列部と、前記配列部に包含されるヨーク部と、を含む界磁部と、
前記界磁部に対して相対的に所定方向に移動可能なように、前記配列部の周囲に巻回されたコイルと、を有し、
前記第１、第３の磁石の磁化方向は、前記所定方向に平行で且つ互いに反対向きであり、
前記第２、第４の磁石は、前記所定方向に平行な仮想軸線が通る内部開口を有し、
前記第２、第４の磁石の磁化方向は、前記所定方向と交差しており、前記仮想軸線を中心とする外向きまたは内向きで且つ互いに反対向きであり、
前記第１の磁石における前記第２の磁石と対向する磁極は、前記第２の磁石における内側の磁極に対して異極であり、
前記第３の磁石における前記第４の磁石と対向する磁極は、前記第４の磁石における内側の磁極に対して異極であり、
前記ヨーク部は、前記第２、第４の磁石のそれぞれの内部開口に配置されたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
前記界磁部に対して相対的に所定方向に移動可能なように、前記配列部の周囲に巻回されたコイルと、を有し、
前記第１、第３の磁石の磁化方向は、前記所定方向に平行で且つ互いに反対向きであり、
前記第２、第４の磁石は、前記所定方向に平行な仮想軸線が通る内部開口を有し、
前記第２、第４の磁石の磁化方向は、前記所定方向と交差しており、前記仮想軸線を中心とする外向きまたは内向きで且つ互いに反対向きであり、
前記第１の磁石における前記第２の磁石と対向する磁極は、前記第２の磁石における内側の磁極に対して異極であり、
前記第３の磁石における前記第４の磁石と対向する磁極は、前記第４の磁石における内側の磁極に対して異極であり、
前記ヨーク部は、前記第２、第４の磁石のそれぞれの内部開口に配置されたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項2】
前記第１、第３の磁石は、前記仮想軸線が通る内部開口を有し、
前記第２、第４の磁石の内部開口は、前記第１、第３の磁石の内部開口よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
前記第２、第４の磁石の内部開口は、前記第１、第３の磁石の内部開口よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項3】
前記ヨーク部は、前記仮想軸線が通る内部開口を有し、
前記ヨーク部の内部開口の大きさは前記第１、第３の磁石の内部開口の大きさと略等しいことを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
前記ヨーク部の内部開口の大きさは前記第１、第３の磁石の内部開口の大きさと略等しいことを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項4】
前記第１、第３の磁石の内部開口および前記ヨーク部の内部開口を貫通して設けられた串部を有することを特徴とする請求項３に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項5】
前記串部は、非磁性材で構成されることを特徴とする請求項４に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項6】
前記串部は、複数に分割された棒部材が前記仮想軸線方向に直列に配置されて成ることを特徴とする請求項４に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項7】
前記第２、第４の磁石の外径は、前記第１、第３の磁石の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項8】
前記仮想軸線方向において、前記第２、第４の磁石の長さは前記ヨーク部の長さよりも短いことを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項9】
前記第２、第４の磁石の外径と内径との差は前記第２、第４の磁石の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項10】
前記配列部の一部または全部を覆うアウターヨークをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項11】
前記第１の磁石は、前記界磁部に含まれる磁石のうち前記仮想軸線方向における端に位置し、前記アウターヨークにより支持されることを特徴とする請求項１０に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項12】
前記第１の磁石は、前記仮想軸線方向に並ぶ同一構成の２つ以上の磁石から構成されることを特徴とする請求項１１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項13】
前記第１、第３の磁石または前記ヨーク部のいずれか一方には、前記仮想軸線方向へ突出した凸部が設けられ、
前記第１、第３の磁石または前記ヨーク部のいずれか他方には、前記凸部が嵌合される嵌合部が設けられることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
前記第１、第３の磁石または前記ヨーク部のいずれか他方には、前記凸部が嵌合される嵌合部が設けられることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項14】
前記第１、第３の磁石および前記ヨーク部は中実であることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項15】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータと、
筐体と、
光学素子を含み、前記所定方向に略平行な光軸を有する光学系と、を有し、
前記界磁部または前記コイルの一方は前記筐体に固定され、
前記界磁部または前記コイルの他方は前記光学素子に固定され、
前記光学素子は、前記筐体に対して相対的に前記光軸方向に移動することを特徴とするレンズ鏡筒。
筐体と、
光学素子を含み、前記所定方向に略平行な光軸を有する光学系と、を有し、
前記界磁部または前記コイルの一方は前記筐体に固定され、
前記界磁部または前記コイルの他方は前記光学素子に固定され、
前記光学素子は、前記筐体に対して相対的に前記光軸方向に移動することを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項16】
前記光学素子は、フォーカスレンズであることを特徴とする請求項１５に記載のレンズ鏡筒。
【請求項17】
請求項１５に記載のレンズ鏡筒と、
前記光学系を通過した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
前記光学系を通過した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項18】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータと、
本体と、
光学素子を含み、前記所定方向に略平行な光軸を有する光学系と、
前記光学系を通過した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、
前記界磁部または前記コイルの一方は前記本体に固定され、
前記界磁部または前記コイルの他方は前記光学素子に固定され、
前記光学素子は、前記本体に対して相対的に前記光軸方向に移動することを特徴とする撮像装置。
本体と、
光学素子を含み、前記所定方向に略平行な光軸を有する光学系と、
前記光学系を通過した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、
前記界磁部または前記コイルの一方は前記本体に固定され、
前記界磁部または前記コイルの他方は前記光学素子に固定され、
前記光学素子は、前記本体に対して相対的に前記光軸方向に移動することを特徴とする撮像装置。
【請求項19】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータによって移動可能な被駆動体と、を有することを特徴とする駆動装置。
前記リニアアクチュエータによって移動可能な被駆動体と、を有することを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リニアアクチュエータ、レンズ鏡筒、撮像装置、駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電磁リニアモータの１つとして、ローレンツ力を利用する直流式の（電磁）リニア直流モータ（ＬＤＭ）が知られている。このモータは、コイル通電の入力に対して、コイルを流れる電流に略比例して発生するローレンツ力を直接的に駆動力として出力するため、一般的に細やかな力の制御を行うことが可能であり、精密な位置決め等に向く。このため、ＬＤＭは例えばカメラにおけるレンズ駆動部等で利用されている。ＬＤＭはその駆動原理や用途から、（電磁）リニアアクチュエータとも呼ばれている。
【0003】
リニアアクチュエータはさらに、界磁部の構成により単極型と多極型とに分類される。単極型には、推力リップルがほとんど発生せず、アクチュエータの構造もシンプルにしやすいという長所がある一方、磁石のパーミアンスやヨークの磁化飽和等の限界により、大きな推力を発生可能なストローク範囲が狭いという短所がある。多極型には、推力リップルが発生しやすいという短所があるものの、磁石のパーミアンスやヨークの磁化飽和等の影響を回避しやすく、ストローク範囲を広くしやすいという長所がある。よって、これらのリニアアクチュエータは用途に応じて使い分けられている。
【0004】
例えば、オートフォーカス機能や手ぶれ補正機能を実現するレンズ駆動装置において、近年では移動範囲を拡大するために多極型のリニアアクチュエータも多く用いられるようになっている。多極型のリニアアクチュエータにおいては、小型でありつつも高推力（高効率）であることが求められている。
【0005】
そこで、特許文献１では、永久磁石群をコイルの中に配置する構成が開示されている。さらに、特許文献２では、高効率化を実現するために、永久磁石群の配列をいわゆるハルバッハ配列の概念を応用した配列とする構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１０－１１４９８０号公報
【特許文献2】特開２０１９－１１５２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献２の構成では、ハルバッハ配列の概念を応用して配列された複数の円筒状永久磁石の外径および内径のいずれも、各磁石間で共通である。従って、リニアアクチュエータの効率を高める観点で、改善の余地があった。
【0008】
本発明は、駆動効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために本発明のリニアアクチュエータは、いずれも永久磁石である第１、第２、第３、第４の磁石がこの順で所定方向に配列された配列部と、前記配列部に包含されるヨーク部と、を含む界磁部と、前記界磁部に対して相対的に所定方向に移動可能なように、前記配列部の周囲に巻回されたコイルと、を有し、前記第１、第３の磁石の磁化方向は、前記所定方向に平行で且つ互いに反対向きであり、前記第２、第４の磁石は、前記所定方向に平行な仮想軸線が通る内部開口を有し、前記第２、第４の磁石の磁化方向は、前記所定方向と交差しており、前記仮想軸線を中心とする外向きまたは内向きで且つ互いに反対向きであり、前記第１の磁石における前記第２の磁石と対向する磁極は、前記第２の磁石における内側の磁極に対して異極であり、前記第３の磁石における前記第４の磁石と対向する磁極は、前記第４の磁石における内側の磁極に対して異極であり、前記ヨーク部は、前記第２、第４の磁石のそれぞれの内部開口に配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、駆動効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】撮像装置の斜視図である。
【図2】交換レンズの分解斜視図である。
【図3】リニアアクチュエータの模式的な斜視図、＋Ｚ側からみた正面図、Ａ－Ａ線に沿う断面図である。
【図4】界磁部における磁束を示す模式図である。
【図5】界磁部において各構成部品に働く力を示す模式図である。
【図6】リニアアクチュエータの性能を比較する図である。
【図7】ラジアルリング磁石の一般的な形状要件を説明する一連の模式図である。
【図8】コイル通電制御方法を説明する図である。
【図9】界磁部を示す模式図である。
【図10】変形例を示す模式図である。
【図11】比較例のリニアアクチュエータを示す模式図である。
【図12】第２の実施形態のリニアアクチュエータの模式的な断面図である。
【図13】第３の実施形態のリニアアクチュエータの模式的な断面図である。
【図14】第４の実施形態のリニアアクチュエータの模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0013】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリニアアクチュエータが適用される撮像装置の斜視図である。図１では、構成要素の一部を切り欠いて示してある。駆動装置であるリニアアクチュエータについては図１には図示されておらず、図２以降で説明される。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリニアアクチュエータが適用される撮像装置の斜視図である。図１では、構成要素の一部を切り欠いて示してある。駆動装置であるリニアアクチュエータについては図１には図示されておらず、図２以降で説明される。
【0014】
撮像装置としてのデジタルカメラシステム１（以下、単にカメラシステム１と記す）は、カメラ本体１０とレンズ鏡筒としての交換レンズ２０とから構成される。カメラ本体１０は、マウント部品１２と、撮像素子としてのイメージセンサ１１とを有する。交換レンズ２０は、レンズ群２１およびマウント部品２２を有する。光学系としてのレンズ群２１は、光学素子としてのフォーカスレンズ群２１ａを含む。光軸１ａは交換レンズ２０の撮像光軸である。
【0015】
以降、各部の方向を、図１等に示したＸ、Ｙ、Ｚ座標軸を基準として呼称する。ここでは便宜上、光軸１ａに平行な方向において、被写体側を前方（＋Ｚ方向）とし、被写体側から見て右方を＋Ｘ方向とし、上方を＋Ｙ方向とする。
【0016】
カメラシステム１は、静止画や動画の撮影を行うための装置であり、主としてカメラ本体１０と交換レンズ２０との組み合わせにより構成される。カメラ本体１０には撮像機能を有するイメージセンサ１１等が具備され、交換レンズ２０には集光機能を有するレンズ群２１等がそれぞれ具備されている。
【0017】
カメラ本体１０と交換レンズ２０とは、互いのマウント部品１２、２２がバヨネット等の仕組みにより係合することで、着脱が容易であり且つ強固に結合されて固定される。この状態で、イメージセンサ１１は、その撮影面が光軸１ａと略直交する姿勢でカメラ本体１０内に配置されている。また、交換レンズ２０におけるレンズ群２１は、その光軸が光軸１ａと略一致する姿勢で交換レンズ２０内に配置されている。
【0018】
カメラシステム１において、被写体からの光束が交換レンズ２０の中を通り、レンズ群２１により主に屈折されながら集光されて、カメラ本体１０のイメージセンサ１１の撮影面上に、光学系を通過した光学像が結像される。イメージセンサ１１では逐次的に光電変換が行われ、光学像が電気信号に変換される。この電気信号に対してカメラ本体１０内で各種の処理が行われることで画像データ化される。この画像データがカメラ本体１０内で不揮発性のメモリに保存されることで、カメラシステム１における静止画や動画の撮影が行われる。
【0019】
ここで、カメラシステム１における静止画や動画の１フレームあたりの露光時間の制御は、カメラ本体１０または交換レンズ２０に備えられる不図示のシャッタ機構の開閉制御、あるいはイメージセンサ１１における蓄積・読み出し制御により実現される。カメラシステム１は様々な条件に対応して撮影を行うための各種機能を有する。また、交換レンズ２０における不図示の絞り機構の開閉制御と、イメージセンサ１１における光電変換の感度（ＩＳＯ感度）の制御とによっても露出を調整することができる。
【0020】
カメラシステム１は、相対的に至近から無限遠までの幅広い距離にある被写体の撮影に対応するために、レンズ群２１中にフォーカス調整機能を有するフォーカスレンズ群２１ａを備えている。フォーカスレンズ群２１ａを光軸１ａ方向（光軸方向）に移動させることで、レンズ群２１のフォーカスを変えることができる。
【0021】
カメラシステム１は、オートフォーカス（ＡＦ）機能により、被写体距離を検出し、これに応じてフォーカスレンズ群２１ａを光軸１ａ方向に移動制御することで、被写体にフォーカスを合わせて撮影を行うことができる。あるいは、マニュアルフォーカス（ＭＦ）機能により、撮影者がフォーカスレンズ群２１ａを光軸１ａ方向に移動操作することによって、被写体にフォーカスを合わせて撮影を行うことも可能である。
【0022】
カメラシステム１は、これらのフォーカス機能を実現するために、フォーカスレンズ群２１ａの移動制御・操作を行う駆動機構としてリニアアクチュエータを交換レンズ２０内に備えている。
【0023】
なお、カメラ本体１０と交換レンズ２０とが別体構成であるカメラシステム１を示したが、これには限定されず、本発明のリニアアクチュエータは、他の構成のカメラシステムにも適用可能である。例えば、カメラ本体とレンズとが一体型のデジタルカメラや、各種情報通信機器用のモジュール構成のカメラモジュール等においても、それぞれの機器に応じたスケールでリニアアクチュエータを設計して適用することができる。
【0024】
また、本発明のリニアアクチュエータは、フォーカス機能に限らず、他の機能に用いることもできる。例えば、ズームレンズ群の駆動用として用いることもできる。
【0025】
図２は、交換レンズ２０の分解斜視図である。図２では、外装部材の図示が省略されている。交換レンズ２０はリニアアクチュエータ１００、２００を備える。図２では、主として、リニアアクチュエータ１００、２００の用途であるフォーカス機能に関わるフォーカスユニットについて説明する。
【0026】
リニアアクチュエータ１００、２００による力の出力方向および駆動方向は、Ｚ方向および光軸１ａに対して略平行である。リニアアクチュエータ１００、２００はそれぞれ、コイルと、それぞれ複数の永久磁石およびヨーク等からなる界磁部と、を備えている。コイルおよび界磁部の詳細な構成は後述するが、界磁部は永久磁石およびヨーク部品を含む。
【0027】
交換レンズ２０は、フォーカスユニットケース２３、レンズホルダ２４、フォーカスユニットカバー２５、ガイドバー２６ａ、２６ｂを有する。交換レンズ２０のフォーカスユニットは、この他にもフォーカスレンズ群２１ａの移動量を検出するための位置センサおよびそのターゲットや、各種給電・信号通信を行うための部品を実装済みのフレキシブルプリント基板等を有する。しかしこれらは要部ではないため、図示および説明は省略されている。
【0028】
フォーカスユニットケース２３は、フォーカスユニットの主要な構造部品であり、マウント部品２２と直接的または間接的に固定されて、他のユニット部品を保持する役割を果たす。フォーカスユニットケース２３は円筒形状の交換レンズ２０の内部に沿った外形形状を有しており、円筒的な形状を有している。フォーカスユニットケース２３は繊維強化樹脂やダイカスト合金等、軽量性と強度のバランスに優れた材料により構成される。
【0029】
フォーカスユニットケース２３には、２本の金属製のガイドバー２６ａ、２６ｂが共に光軸１ａに対して略平行な姿勢で、互いに所定の間隔をもって配置される。ガイドバー２６ａ、２６ｂのそれぞれの一端部がフォーカスユニットケース２３に、圧入や接着等によって固定されている。これらのガイドバー２６ａ、２６ｂは、フォーカスレンズ群２１ａを保持するレンズホルダ２４を光軸１ａ方向にのみ直動可能（１自由度）に支持する。従って、光軸１ａ方向に直交する方向への移動や、ピッチ・ヨー・ロール各方向の回転等の不要な移動が規制されることで、フォーカスレンズ群２１ａが正しく機能する。
【0030】
フォーカスユニットケース２３にはフォーカスユニットカバー２５が取り付き、２本のガイドバー２６ａ、２６ｂのそれぞれ他端部がフォーカスユニットカバー２５に嵌合固定されている。これにより、２本のガイドバー２６ａ、２６ｂは共に両持ち状態となることから、フォーカスレンズ群２１ａを剛性高く保持して高精度に駆動することができるようになる。
【0031】
レンズホルダ２４はフォーカスレンズ群２１ａを保持する部品であり、２本のガイドバー２６ａ、２６ｂに対応する２箇所の挿通部を備えている。これらの挿通部は、潤滑条件下での摺動部、または、別途設けられた専用のすべり軸受や転動部品等を利用した転動部として構成される。従って、ガイドバー２６ａ、２６ｂに対して直動方向以外のガタは小さくも、摩擦や摩耗等の抵抗が低減された構成となっている。
【0032】
レンズホルダ２４は、移動体としての質量を軽くしつつ、フォーカスレンズ群２１ａを剛性高く保持するために、繊維強化樹脂等の軽量で強度に優れた材料により構成される。レンズホルダ２４はさらに、２つのコイルホールド部２４ａを備えている。コイルホールド部２４ａは光軸１ａを挟んで互いに対向する位置に配置されるが、図２では１つのみが表されている。各コイルホールド部２４ａに、リニアアクチュエータ１００、２００のコイル１１１、２１１が接着等により固定される。これにより、レンズホルダ２４およびフォーカスレンズ群２１ａが、リニアアクチュエータ１００、２００の出力を受けてＺ方向に駆動される。
【0033】
リニアアクチュエータ１００、２００の界磁部は、フォーカスユニットケース２３に対してネジ等によって固定される。これにより、交換レンズ２０においては、リニアアクチュエータ１００、２００によって、フォーカスユニットケース２３およびマウント部品２２を含む固定部から、移動部となるレンズホルダ２４に駆動力が伝達されて、フォーカスレンズ群２１ａが駆動される。
【0034】
ここで、本実施形態では、リニアアクチュエータ１００、２００の利用方式は、界磁部を固定側とし、コイルを移動側とする、いわゆるムービングコイル方式である。これは、一般にはリニアアクチュエータにおける界磁部よりもコイルの方が軽いため、移動部の質量を低減することで運動性能や省電力性を高めやすいからである。
【0035】
一方で、仮に、これとは逆のムービングマグネット方式を採用した場合、例えば配線部を移動部としないため、信頼性を高めやすく、ハプティクスデバイス等の高質量の移動部を要する用途に向くという利点がある。本発明のリニアアクチュエータは、これらどちらの方式にも適用可能であるため、用途に応じて選択して適用して構わない。すなわち、界磁部またはコイルのいずれが移動側となってもよい。
【0036】
リニアアクチュエータ１００、２００は広義の電磁リニアモータの一種である直流方式のリニア直流モータ（ＬＤＭ）である。ＬＤＭは位置や速度によらずに細やかな力の制御を行うことができる特徴を有しており、フォーカス機構を含む各種の位置決め用途の駆動機構に適している。
【0037】
交換レンズ２０には、フォーカスレンズ群２１ａの駆動用にリニアアクチュエータを２つ備える構成が採用される。２つのリニアアクチュエータのそれぞれのコイルが同じレンズホルダ２４に固定されるので、２つのリニアアクチュエータの出力が並列的に作用する構成となっている。このような構成を採用することで、高負荷に対応してより高質量のフォーカスレンズ群２１ａを駆動可能となっている。なお、リニアアクチュエータの数は１つでもよいし、３つ以上でもよい。特に、フォーカスレンズ群２１ａの質量に対する制約を少なくすると、レンズ群２１の光学構成の制約の緩和に繋がり、交換レンズ２０のさらなる高精度化や小型化等の性能向上に繋がるので、リニアアクチュエータを複数設けると有利である。
【0038】
次に、リニアアクチュエータ１００、２００の詳細な構成を説明する。リニアアクチュエータ１００、２００は互いに同一の構成を有するため、以下では代表してリニアアクチュエータ１００を図示して説明する。
【0039】
図３（ａ）は、リニアアクチュエータ１００の模式的な斜視図である。図３（ｂ）はリニアアクチュエータ１００を＋Ｚ側からみた正面図である。図３（ｃ）は図３（ｂ）のＡ－Ａ線に沿う断面図である。ただし図３（ｃ）では、一部の構成要素については、断面を示す斜線を省略している。
【0040】
リニアアクチュエータ１００は、界磁部１２０とコイル１１１ａ、１１１ｂとを含む。界磁部１２０は、複数の永久磁石と、磁性材からなる複数のヨーク部品と、主に非磁性材からなるスキュワー１２８とを含む。複数の永久磁石には、スラスト単極着磁リング磁石であるスラストリング磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂと、ラジアル単極着磁リング磁石であるラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａとがある。複数のヨーク部品には、インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂ、アウターヨーク１２６ａ、１２６ｂ、カバーヨーク１２７（図３（ａ））がある。スキュワー１２８は、シャフト１２８ａ（串部）とエンド部品１２８ｂとから構成される。
【0041】
以降の説明では、スラストリング磁石およびラジアルリング磁石を総称して磁石群と呼称する場合がある。また、複数のインナーリングヨークを総称してインナーヨーク群と呼称する場合がある。主軸１０１は、Ｚ方向（所定方向）と平行な仮想軸線であり、本実施形態ではシャフト１２８ａの中心軸線またはコイル１１１ａ、１１１ｂの巻芯とも一致する。
【0042】
スラストリング磁石１２１ａ（第１の磁石）、ラジアルリング磁石１２２ａ（第２の磁石）、スラストリング磁石１２３ａ（第３の磁石）、ラジアルリング磁石１２４ａ（第４の磁石）が、この順で＋Ｚ方向へ向かって並んでいる。第１、第２、第３、第４の磁石である磁石１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２４ａが主軸１０１方向（Ｚ方向；仮想軸線方向）に周期的に配列されたものを「配列部ＭＡ」と称する。ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａ（ヨーク部）は配列部ＭＡに包含される。
【0043】
コイル１１１ａ、１１１ｂは、界磁部１２０の出力によって、界磁部１２０に対して相対的にＺ方向に移動可能なように、配列部ＭＡの周囲に巻回されている。従って、主軸１０１方向がコイル１１１ａ、１１１ｂの可動方向となる。
【0044】
なお、本実施形態では、配列部ＭＡには、１周期分の磁石１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２４ａが含まれる。そして、配列部ＭＡの＋Ｚ側に、スラストリング磁石１２１ａと同一構成の（第１の磁石としての）スラストリング磁石１２１ｂが配置される。しかし、配列部ＭＡには、２周期分以上の磁石１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２４ａが含まれてもよい。その場合は、２周期分の磁石群を備える配列部ＭＡの＋Ｚ側にスラストリング磁石１２１ｂが配置される。複数周期分の磁石群を備えることで、リニアアクチュエータ１００のストロークを延ばすことができる。
【0045】
スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂは円環状（円筒状）に形成され、それぞれ、内部開口Ｄ１、Ｄ３、Ｄ１を有する。ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａは円環状に形成され、それぞれ、内部開口Ｄ２、Ｄ４を有する。インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂは円環状に形成され、それぞれ、内部開口Ｄ５、Ｄ６を有する。内部開口Ｄ１～Ｄ６には主軸１０１が通っており、内部開口Ｄ１～Ｄ６はいずれも主軸１０１を中心とする略同心の円形である。
【0046】
スラストリング磁石１２１ａ、１２１ｂ、１２３ａは、リング形状における軸方向に着磁された永久磁石であり、軸方向に磁化容易方向を有する。スラストリング磁石１２１ａ、１２１ｂ、１２３ａは、例えば磁石材料を磁場中で焼結プレス加工することや、焼結済の母材を除去加工すること等により製造される。
【0047】
ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａは、リング形状における中心軸を基準軸とする円柱座標系の周方向に一様となるように、径方向に着磁された永久磁石であり、径方向に磁化容易方向を有する。ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａは、例えば磁石材料を磁場中で焼結プレス加工することや、熱間押し出し加工すること等により製造される。
【0048】
これらのリング形状の磁石を用いる理由としては、磁石を作成しやすいことや、組み合わせるコイルを作成しやすいこと、また、これらの組み合わせをレイアウトしやすいこと等がある。なお、リニアアクチュエータには他の形状の磁石を用いても構わず、そのような例については後に例示する。
【0049】
ヨーク１２５ａａ、１２５ａｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７は、界磁部１２０にとって重要な磁束を多く通す役割を果たすため、透磁率の高い純鉄系鋼材や磁性ステンレス等の磁性材により構成される。
【0050】
インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂはそれぞれ、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａの内部開口Ｄ２、Ｄ４に配置される。インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂは、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａとスラストリング磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂとの内径差分の領域を埋める役割を果たす。
【0051】
すなわち、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａはスラストリング磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂよりも大きい内径を有する。つまり、内部開口Ｄ２、Ｄ４は内部開口Ｄ１、Ｄ３よりも大きい。これにより生じる内径差分領域をインナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂが埋める。
【0052】
詳細は後述するが、インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂの内径はスラストリング磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂの内径と略等しい。すなわち、内部開口Ｄ５、Ｄ６は内部開口Ｄ１、Ｄ３と略等しい。インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂの外形は、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂの内形よりも大きい。
【0053】
スキュワー１２８は、磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂおよびインナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂを支持することで、界磁部１２０においてこれらを束ねて固定しやすくする役割を果たす。シャフト１２８ａは主な軸部分であり、磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂ、ヨーク１２５ａａ、１２５ａｂの各内部開口を貫通して設けられる。エンド部品１２８ｂは－Ｚ側の端部に配置される。シャフト１２８ａおよびエンド部品１２８ｂが例えば圧入等により互いに強固に固定されることでスキュワー１２８が構成される。
【0054】
スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂの内径側の磁束漏れによる効率低下を防ぐために、シャフト１２８ａは非磁性材である例えば銅系やアルミ系の材料により構成される。一方、スキュワー１２８のエンド部品１２８ｂは磁性材により構成される。
【0055】
次に、各部品の詳細について説明する。まず、主軸１０１は、各々のストローク位置における方向が推力の方向と一致するものである。便宜上、主軸１０１を、コイルの巻芯位置、あるいはこれと同軸上にある磁石１２１ａ～１２４ａ、１２１ｂ、ヨーク１２５ａａ、１２５ａｂの中心軸上に置いている。リニアアクチュエータ１００における推力の方向は、基本的には、移動部となるコイル１１１ａ、１１１ｂのストローク位置に依存せずに一定であるため、主軸１０１は基本的に直線状である。ただし、本発明は緩やかな曲線状の主軸を備えるリニアアクチュエータに適用しても構わない。
【0056】
本実施形態では、主軸１０１を理想的な直線の基準軸とみなし、この基準軸に、コイル１１１ａ、１１１ｂの巻芯や磁石１２１ａ～１２４ａ、１２１ｂ、ヨーク１２５ａａ、１２５ａｂの中心軸を合わせるように配置している。
【0057】
仮に、コイル１１１ａ、１１１ｂにおける推力に相当するローレンツ力を発生するための鎖交磁束の密度分布が一様か、または主軸１０１の周りに対称的に鎖交磁束が分布するとする。この場合、リニアアクチュエータ１００における推力の作用位置（各々のストローク位置における推力の作用点）は、コイル１１１の巻芯に一致する主軸１０１上の位置に理論的に一致する。一方で、鎖交磁束の密度分布が一様でなく対称的でない場合には、推力の作用位置は主軸１０１上からずれるが、そのずれ量は一般的には小さい。よって、リニアアクチュエータ１００を各種装置に適用する場合には、一般的には主軸１０１を大まかな推力の作用位置とみなしてレイアウトをすることができる。
【0058】
コイル１１１ａ、１１１ｂはいわゆるエナメル線等の絶縁被覆付の導体線を巻芯の周りに巻き、接着剤等で固めることで形成されるコイルであり、特に、巻芯部に開口を有する空芯コイルである。コイル１１１ａ、１１１ｂの巻形状（巻芯に対する横断面形状）は円形状である。この形状のコイルは作成が容易であり、また、内径形状の精度を高めやすいといった利点がある。ただし、巻形状が円形状以外の矩形状や楕円形状のコイルを使用しても構わない。
【0059】
リニアアクチュエータ１００は、界磁部１２０が多極型のアクチュエータであるので、いずれのストローク位置においても安定した推力が得られるようにするために、２つのコイル１１１ａ、１１１ｂを有している。２つのコイル１１１ａ、１１１ｂは一体で移動し、各々のストローク位置でそれぞれのコイルに作用する磁界に応じて、それぞれのコイルへの通電比率が変更制御される。この制御の詳細は後述する。なお、この制御の内容は本発明のリニアアクチュエータに必須ではないため、コイルが１つのリニアアクチュエータに本発明を適用しても構わない。
【0060】
磁石１２１ａ～１２４ａ、１２１ｂの外形形状は共通しており、リング形状としての外径はほぼ等しい。これらの外径はコイル１１１ａ、１１１ｂの巻形状の内径よりも若干小さい。従って、コイル１１１ａ、１１１ｂは磁石１２１ａ～１２４ａ、１２１ｂに対して所定のクリアランスを確保しつつ移動することが可能となっている。
【0061】
各磁石の磁極については次のように設定されている。なお、永久磁石としての磁化方向は、各々が１組ずつ有するＮ極とＳ極とを貫く方向のことであり、実際の形状ばらつきや着磁ばらつきも考慮して、永久磁石としての磁化方向を主磁化方向と定義する。
【0062】
第１の磁石に相当するスラストリング磁石１２１ａ、１２１ｂと第３の磁石に相当するスラストリング磁石１２３ａとは、主軸１０１方向において互いに反対向きの主磁化方向を有している。また、第２の磁石に相当するラジアルリング磁石１２２ａと第４の磁石に相当するラジアルリング磁石１２４ａとは、それぞれ主軸１０１方向に直交する方向において互いに反対向きの主磁化方向を有している。なお、主軸１０１に直交する方向とは、主軸１０１を中心軸とする極座標系における径方向のことであり、それぞれ外向きまたは内向きの方向のことである。従って、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａの磁化方向は、Ｚ方向と直交しており、主軸１０１を中心とする外向きまたは内向きで且つ互いに反対向きである。
【0063】
スラストリング磁石１２１ａにおけるラジアルリング磁石１２２ａと対向する磁極（Ｎ極）は、ラジアルリング磁石１２２ａにおける内側（主軸１０１に対向する側）の磁極（Ｓ極）に対して異極である。スラストリング磁石１２１ｂにおけるラジアルリング磁石１２４ａと対向する磁極（Ｓ極）は、ラジアルリング磁石１２４ａにおける内側（主軸１０１に対向する側）の磁極（Ｎ極）に対して異極である。スラストリング磁石１２３ａにおけるラジアルリング磁石１２４ａと対向する磁極（Ｓ極）は、ラジアルリング磁石１２４ａにおける内側（主軸１０１に対向する側）の磁極（Ｎ極）に対して異極である。なお、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａの主磁化方向は、Ｚ方向と直交することに限定されず、Ｚ方向と交差する方向であってもよい。
【0064】
このような各磁石の配置は、リニアアクチュエータ１００における推力に相当するコイル１１１ａ、１１１ｂのローレンツ力を発生させるための有効磁束である鎖交磁束を生じさせる配置となっている。この磁束について図４を用いて説明する。
【0065】
図４は、リニアアクチュエータ１００の界磁部１２０における磁束を示す模式図である。図４では、界磁部１２０の一部分を拡大し、スラストリング磁石１２１ａ、ラジアルリング磁石１２２ａ、インナーリングヨーク１２５ａａ、スラストリング磁石１２３ａが配置された領域の周辺を示している。代表して、磁石１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、インナーリングヨーク１２５ａａに関する磁束を示す。磁束は、主軸１０１を中心とする径方向両側に対称に生じるので、磁束の符号は、図４に示す断面における片側だけに付している。なお、磁石１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、インナーリングヨーク１２５ａａの断面斜線を省略している。コイルの図示は省略されている。
【0066】
リニアアクチュエータ１００における有効磁束であるコイル１１１ａ、１１１ｂの鎖交磁束の方向は、磁束方向４１１ａａ０である。磁束方向４１１ａａ０は、主軸１０１を基準とする円柱座標系における径方向に相当する。主軸１０１方向において、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａが同極（ここではＮ極）同士で対向していることで、これらの間の磁束は磁束４２５ａａ１、４１１ａａ１に示すものとなる。すなわち、Ｎ極から主軸１０１方向に出て、相互に反発して主軸１０１に直交する方向へ曲がり、磁束方向４１１ａａ０の成分が大きい磁束となって外側のコイル領域に放出される。
【0067】
このため、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａだけでもリニアアクチュエータを構成することが可能であるが、本実施形態ではさらにラジアルリング磁石１２２ａが加わることで効率が高められている。
【0068】
ラジアルリング磁石１２２ａは磁束４２５ａａ１、４１１ａａ１と同様の向きの磁束を放出するため、上記のスラストリング磁石１２１ａ、１２３ａの作用と重畳して、磁束方向４１１ａａ０の成分をより強める役割を果たす。
【0069】
このような、互いに直交する主磁化方向の磁石配置により効率を高める効果は、いわゆるハルバッハ配列による効果と類似している部分がある。本実施形態での磁石配列は本来のハルバッハ配列と同一ではないが、ハルバッハ配列の概念を応用した配列と見ることもできる。
【0070】
ラジアルリング磁石１２２ａの内側にインナーリングヨーク１２５ａａが配置されている。ラジアルリング磁石１２２ａの内側領域は、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａから放出される磁束のいわゆる通り道となり取り出し口となる。しかも、ラジアルリング磁石１２２ａの内側領域に位置するインナーリングヨーク１２５ａａは、ラジアルリング磁石１２２ａのバックヨークとしての機能を果たすため、磁化を強めることができる。従って、磁性体であるインナーリングヨーク１２５ａａは重要な役割を果たしている。
【0071】
ところで、シャフト１２８ａは非磁性材により構成することが好ましい。これは、磁束４２８ａａに示すような、磁石の内部側へ放出される非有効磁束をなるべく減らすのに有効だからである。すなわち、この非有効磁束はスラストリング磁石１２１ａ、１２３ａが内部に開口を有するリング形状であることに起因して生じるため、この部分の透磁率を小さくすることで非有効磁束を減らすことができる。また、非有効磁束を減らすには、開口形状を小さくすることも有効であるため、内部開口Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６、およびシャフト１２８ａの外径は、必要な強度を満たす範囲内でなるべく小さくするとよい。
【0072】
なお、磁石１２１ａ～１２４ａ、１２１ｂ、ヨーク１２５ａａ、１２５ａｂだけでもリニアアクチュエータを構成することは可能である。しかし、効率を一層高めるための構成として、アウターヨーク１２６ａ、１２６ｂおよびカバーヨーク１２７が設けられている（図３（ａ））。
【0073】
アウターヨーク１２６ａ、１２６ｂおよびカバーヨーク１２７は、主軸１０１に直交する方向におけるコイル１１１ａ、１１１ｂの外側で、磁石１２１ａ～１２４ａ、１２１ｂ、ヨーク１２５ａａ、１２５ａｂの全部または一部を覆う。これにより、図４に示した磁束４２５ａａ１、４１１ａａ１が磁束方向４１１ａａ０へ見かけ上吸引されるように作用し、この方向の成分を強める役割が果たされる。
【0074】
アウターヨーク１２６ａは、例えば純鉄系鋼板をプレス抜き加工することで構成される平板状の部品である。アウターヨーク１２６ａは、フォーカスユニットケース２３に対して固定されるためのネジ穴、スキュワー１２８を軸支するための軸支穴、アウターヨーク１２６ｂと嵌合される嵌合部等を備えている。これにより、アウターヨーク１２６ａはリニアアクチュエータ１００における固定基準部となっている。
【0075】
アウターヨーク１２６ｂは、例えば純鉄系鋼板をプレス抜き及び曲げ加工することで構成される部品である。アウターヨーク１２６ｂは、アウターヨーク１２６ａと嵌合する嵌合部、スキュワー１２８を軸支する軸支穴等を備えている。アウターヨーク１２６ｂはアウターヨーク１２６ａと一体となってスキュワー１２８を両持ちで安定して支持する。
【0076】
スキュワー１２８は、磁石群及びインナーヨーク群を貫通して束ねることで、リニアアクチュエータ１００の組み立てや機器組み込みにおける利便性を向上する目的で用いられる。すなわち、リニアアクチュエータ１００の組み立て時にはスキュワー１２８に対して磁石群及びインナーヨーク群を順に通していくことで組み立て作業を容易にすることができる。また、スキュワー１２８によりこれらの部品が束ねられるため、これらの部品を例えば接着等により固定する工程も省略可能となる。また、リニアアクチュエータ１００の機器組み込み時は、リニアアクチュエータ１００の外形から突出したスキュワー１２８の端部を導入用や位置決め用のボスとして使用することで、簡単かつ高精度に位置決めを行うことが可能である。
【0077】
スキュワー１２８のうちシャフト１２８ａは非磁性材で構成されるが、エンド部品１２８ｂは磁性材により構成される。これは、リニアアクチュエータ１００の界磁部１２０が自身の磁力だけで安定的に構成されるようにするためである。次に、リニアアクチュエータ１００の界磁部１２０が安定である理由について、構成部品に働く力に着目して説明する。
【0078】
図５は、界磁部１２０において各構成部品に働く力を示す模式図である。
【0079】
アウターヨーク１２６ａ、１２６ｂ、およびスキュワー１２８のエンド部品１２８ｂは、いずれも主軸１０１方向において、磁石群における端位置に配置されたスラストリング磁石１２１ａまたはスラストリング磁石１２１ｂと隣接する部分を有する。そのため、隣接する磁石から磁気吸引力を受ける。
【0080】
例えば、アウターヨーク１２６ａには磁気吸引力５２６ａが作用する。アウターヨーク１２６ｂには磁気吸引力５２６ｂが作用する。スキュワー１２８のエンド部品１２８ｂには磁気吸引力５２８ｂが作用する。磁気吸引力５２６ｂは－Ｚ方向の力であり、磁気吸引力５２６ａ、５２８ｂは＋Ｚ方向の力である。すなわち、これらの力はいずれも主軸１０１方向における内向きの向心力であり、構成部品を互いに引き合わせる力となるため、界磁部１２０は自身の磁力だけで安定する。
【0081】
次に、本発明の構成による効果について比較例と比較して説明する。
【0082】
図６は、本実施形態のリニアアクチュエータ１００と比較例のリニアアクチュエータとで性能を比較する図である。図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、比較例のリニアアクチュエータ７０、８０、９０を示す模式図である。まず、比較例のリニアアクチュエータ７０、８０、９０の構成について説明する。
【0083】
図１１（ａ）に示すリニアアクチュエータ７０は、リニアアクチュエータ１００に対して、磁石１２２ａ、１２４ａおよびヨーク１２５ａａ、１２５ａｂの組み合わせを、リングヨーク７２５ａａ、７２５ａｂに置換したものに相当する。すなわち、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａが存在せず、その分の領域をインナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂが占めている。この構成は、第２、第４の磁石に相当するラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａ無しで有効磁束を生じさせる多極型リニアアクチュエータとしての基本的な構成である。
【0084】
図１１（ｂ）に示すリニアアクチュエータ８０は、リニアアクチュエータ１００に対して、磁石１２２ａ、１２４ａおよびヨーク１２５ａａ、１２５ａｂの組み合わせを、ラジアルリング磁石８２２ａ、８２４ａに置換したものに相当する。すなわち、インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂが存在せず、その分の領域をラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａが占めている。また、この構成は、リニアアクチュエータ７０（図１１（ａ））のリングヨーク７２５ａａ、７２５ａｂをラジアルリング磁石８２２ａ、８２４ａに置換した構成にも相当する。この構成は、従来の多極型リニアアクチュエータにおいてハルバッハ配列の概念を応用した基本的な構成である。
【0085】
ここで、リニアアクチュエータ８０の製造が容易でないという課題がある。これは、ラジアルリング磁石８２２ａ、８２４ａのように内径が小さいかまたは内径と外径との差が大きい磁石は製造が難しく、また、製造できたとしても磁石としての高い性能を確保しにくいからである。すなわち、一般的にラジアルリング磁石には、製造上、形状的な限界があり、これについて図７を用いて説明する。
【0086】
【0087】
一般に、ラジアルリング磁石の製造工程において、着磁前の素材を焼結や熱間押し出し加工により作成する際と、作成した素材に着磁を行う際とに、内径側および外径側に治具が配置される。そして、各種の機械加工や磁化容易方向の配向用の磁場の印加、着磁用強磁場の印加等が行われる。例えば、ラジアルリング磁石１２２ａは、内径側治具７３１および外径側治具７３２を用いて製造される。
【0088】
治具は、機械加工用の必要な強度や構成の確保や、着磁用の電磁石構成の確保の観点で、一定の大きさを必要とする。よって、内径側治具７３１のサイズの限界により、一般にラジアルリング磁石の内径を一定以上に小さくすることは難しい。また、径方向における内径側治具７３１と外径側治具７３２との隙間が大き過ぎると、磁化容易方向の配向性や着磁強度が低下しやすくなるため、内径と外径の差が大きい形状のラジアルリング磁石の製造も難しい。
【0089】
図７（ｂ）、（ｃ）は、ラジアルリング磁石１２２ａと比べて内径が小さいラジアルリング磁石７２２ｂの模式図である。図７（ａ）に示すようなラジアルリング磁石１２２ａは比較的製造容易である。しかし、図７（ｂ）に示すような、ラジアルリング磁石１２２ａと比べて内径が小さいか、もしくは内径と外径との差が大きい形状のラジアルリング磁石７２２ｂは、相対的に製造が難しくなる。
【0090】
また、仮にラジアルリング磁石７２２ｂを製造できた場合であっても、磁石としての高い性能を確保しにくい。これは、図７（ｃ）に示すように、内径側の磁極（図中ではＳ極）は対向する同極が近く、矢印７３３に示すように互いの反発が大きいため、いわゆる磁石のパーミアンスが低く、外側の磁極（図中ではＮ極）から磁束が出にくくなるからである。
【0091】
図７（ｄ）はラジアルリング磁石１２２ａおよびインナーリングヨーク１２５ａａの模式図である。図７（ｄ）に示すように、ラジアルリング磁石１２２ａは、同じ外径のラジアルリング磁石７２２ｂと比べて内径が大きく、従って、外径と内径の差が小さい。
【0092】
これらの観点で、図９でも説明するように、ラジアルリング磁石１２２ａの外径１２２ａＤと内径１２２ａｄとの差（１２２ａＤ－１２２ａｄ）が、ラジアルリング磁石１２２ａの内径１２２ａｄよりも小さくなっている。さらに、ラジアルリング磁石１２２ａの内側領域の一部を磁性体であるインナーリングヨーク１２５ａａが埋めた構成となっている。
【0093】
従って、ラジアルリング磁石１２２ａは製造しやすく、且つ磁石のパーミアンスが高く、外側の磁極（図中ではＮ極）から磁束が出やすい構成となっている。また、一般的にリニアアクチュエータ用の永久磁石には保磁力の高いネオジム磁石が用いられる。これは、ネオジムや各種の希土類元素を含み、材料単価が比較的高額であるため、部品価格に占める材料体積の影響が比較的高いからである。ラジアルリング磁石１２２ａの内径が大きいことで、少ない磁石体積で性能を引き出すことが可能になり、コスト面や省資源の観点でも有利である。
【0094】
以上説明した理由により、リニアアクチュエータ８０（図１１（ｂ））には構成上の課題があるが、仮にこれを解消しようとする場合、ラジアルリング磁石の内径を大きくし、これに伴い対応するスキュワーの外径も大きくする必要がある。また、これに合わせてスラストリング磁石の内径も大きくする必要がある。これを実現したものが、図１１（ｃ）に示すリニアアクチュエータ９０である。リニアアクチュエータ９０では、リニアアクチュエータ８０と比べて、ラジアルリング磁石９２２ａ、９２４ａおよびスラストリング磁石の内径が大きく、シャフト９２８ａの外径９２８ａＤも大きくなっている。
【0095】
図６で、リニアアクチュエータ１００とリニアアクチュエータ７０、８０、９０との性能を比較する。図６では、横軸に、界磁部１２０上の主軸１０１方向における位置、または２つのコイル１１１ａ、１１１ｂの組み合わせ（以降、コイル組と呼ぶ）のストローク位置をとっている。縦軸には、推力効率（Ｎ／Ｗ０．５）と、この推力効率の要素であるコイルにおける平均有効磁束密度（Ｂｖ＿ａｖｅ）とをとっている。
【0096】
コイルにおける平均有効磁束密度の定義は図６中に図示されている。リニアアクチュエータ１００のコイルにおけるローレンツ力を発生させるための有効磁束密度である鎖交磁束密度の体積平均をとり、これと等価な磁束密度がコイルの全域に一様に作用していると仮定している。
【0097】
曲線Ｌ１０、Ｌ２０はそれぞれ、リニアアクチュエータ１００の推力効率、平均有効磁束密度を示す。曲線Ｌ１１、Ｌ２１はそれぞれ、リニアアクチュエータ７０（図１１（ａ））の推力効率、平均有効磁束密度を示す。曲線Ｌ１２、Ｌ２２はそれぞれ、リニアアクチュエータ８０の推力効率、平均有効磁束密度を示す。リニアアクチュエータ９０の推力効率、平均有効磁束密度は、リニアアクチュエータ８０のもの（曲線Ｌ１２、Ｌ２２）と同様である。
【0098】
図６に示すように、本実施形態におけるリニアアクチュエータ１００は、比較例のリニアアクチュエータ７０、８０、９０よりも高い平均有効磁束密度を示し、これにより推力効率も高い値を示す。これは、まず、図４で示したように、ハルバッハ配列の概念を応用して、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂによる有効磁束の作用に重畳するラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａを追加したことによる。これに加えて、図７で示したように、内径と外径との設定により、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａのパーミアンスが高くなることによる。
【0099】
より詳細に考察すると、まず、リニアアクチュエータ７０に対して、リニアアクチュエータ８０、９０、１００は、スラストリング磁石間にラジアルリング磁石が追加されていることで効率が高い。また、リニアアクチュエータ１００は、リニアアクチュエータ８０と比べて、ラジアルリング磁石のパーミアンスが高いことで効率が高い。また、リニアアクチュエータ９０は、リニアアクチュエータ８０、１００と比べて、ラジアルリング磁石の内径を拡大するのに伴いスラストリング磁石の内径も拡大しており、スラストリング磁石の磁極部の面積が小さくなっている。このため、リニアアクチュエータ９０と比べて、リニアアクチュエータ１００の方が磁極部の面積が大きいことから効率が高い。
【0100】
リニアアクチュエータ１００は公知のリニアアクチュエータと同様の制御方法（コイル通電制御方法）により駆動制御することができる。このコイル通電制御方法の概要を図８を用いて説明する。
【0101】
図８は、リニアアクチュエータ１００のコイル通電制御方法を説明する図である。ここではリニアアクチュエータ１００がストローク位置によらず極力一定の推力効率を示すことができるようにするための、２つのコイル１１１ａ、１１１ｂ間の通電配分の例を示している。
【0102】
図８の横軸には、界磁部１２０上の主軸１０１方向における位置、またはコイル組のストローク位置とっている。縦軸には、平均有効磁束密度（Ｂｖ＿ａｖｅ）とコイル通電配分（［％］）とをとっている。図８に示したコイル組の位置をゼロ位置とする。従って、横軸は、ゼロ位置を基準として、主軸１０１方向における、界磁部１２０に対するコイル組の相対的なストローク位置である。なお、コイル組の位置は、２つのコイル１１１ａ、１１１ｂの重心位置であるが、簡易的には、主軸１０１方向における２つのコイル１１１ａ、１１１ｂの中間位置としてもよい。
【0103】
リニアアクチュエータ１００に対しては、コイル組のストローク位置を別途、駆動制御用の位置検出部により検出し、各々のコイルが位置する箇所での平均有効磁束密度の符号と相対的な大小関係とに応じて、各々のコイル間の通電配分を変更制御するとよい。例えば、コイル組のストローク位置がゼロ位置の場合は、コイル１１１ａ、１１１ｂにおける平均有効磁束密度は互いに向きが反対で、大きさは略等しい（図中では絶対値Ｂ０［Ｔ］）。この場合、コイル間の通電配分も互いに符号が反対で、大きさが略等しくなるようにするとよい（図中では絶対値Ｐ０［％］）。
【0104】
例えばコイル組のストローク位置が位置Ａの場合は、コイル１１１ａでは平均有効磁束密度は極大となる一方で（図中では絶対値Ｂｍａｘ［Ｔ］）、コイル１１１ｂでは平均有効磁束密度はほぼゼロとなる。そのため、専らコイル１１１ａの方だけに、平均有効磁束密度の符号に応じた極大の割合で通電するとよい。この際の割合は、例えばコイル１１１ａが消費する電力が、コイル組のストローク位置がゼロ位置の場合における２つのコイルが消費する電力の合計値と略等しくなるような関係の値とするとよい（図中では絶対値１００［％］）。
【0105】
また、コイル組のストローク位置が位置Ｂの場合は、コイル１１１ａ、１１１ｂにおける平均有効磁束密度は互いに向きが同じで、大きさも略等しくなる（図中では絶対値Ｂ０［Ｔ］）。この場合、コイル間の通電配分も互いに符号が同じで、大きさが略等しくなるようにするとよい。この際の割合は、コイル組のストローク位置がゼロ位置の場合の割合と略等しくするとよい（図中では絶対値Ｐ０［％］）。
【0106】
なお、以上の例は、仮にコイル１１１ａ、１１１ｂの巻き方向が同じ場合に、どのストローク位置においても同じ電力で同じ方向・大きさの推力が得られるようにするためのコイル間の通電配分の例である。また、各々のコイル位置における平均有効磁束密度は、主軸１０１方向のコイルの重心位置における値を考慮している。
【0107】
図９を用いて、望ましい構成を採用したリニアアクチュエータ１００を説明する。図９は、リニアアクチュエータ１００の界磁部１２０を示す模式図である。図９では、図４と同様に、界磁部１２０の一部分を拡大しており、一部の断面斜線やコイルの図示は省略されている。
【0108】
ここでは代表して磁石１２１ａ、１２３ａ、１２２ａおよびインナーリングヨーク１２５ａａの関係を示すが、磁石１２３ａ、１２１ｂ、１２４ａおよびインナーリングヨーク１２５ａｂの関係も同様である。
【0109】
主軸１０１方向において、ラジアルリング磁石１２２ａの長さ１２２ａＬは、インナーリングヨーク１２５ａａの長さ１２５ａａＬよりも僅かに短い。ラジアルリング磁石１２２ａは、一般に脆性材料であり薄肉形状であることから、負荷がかかると摩耗や損傷を起こすおそれがある。仮に、ラジアルリング磁石１２２ａが、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａと接触すると圧縮応力を受ける。そこで、１２２ａＬ＜１２５ａａＬとすることで、ラジアルリング磁石１２２ａに過大な負荷がかからないようにして耐久性を高めている。
【0110】
リニアアクチュエータ１００においてスラストリング磁石１２１ａ、１２３ａがラジアルリング磁石１２２ａおよびインナーリングヨーク１２５ａａから、磁気力として、吸引力９２１ａ１、９２３ａ１、斥力９２１ａ２、９２３ａ２を受ける。
【0111】
まず、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａについては、主軸１０１方向においてラジアルリング磁石１２２ａおよびインナーリングヨーク１２５ａａに対向する磁極面（図中では共にＮ極）が斥力９２１ａ２、９２３ａ２を受ける。斥力９２１ａ２、９２３ａ２は、ラジアルリング磁石１２２ａの外側のＮ極（上記対向する磁極面と同極）から受ける主軸１０１方向に反発する成分を有する磁気力である。
【0112】
一方、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａは、ラジアルリング磁石１２２ａの内側のＳ極（上記対向する磁極面と異極）とインナーリングヨーク１２５ａａとから吸引力９２１ａ１、９２３ａ１を受ける。主軸１０１方向における成分については、吸引力９２１ａ１、９２３ａ１の方が斥力９２１ａ２、９２３ａ２よりも大きい。
【0113】
よって、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａは共に主軸１０１方向でラジアルリング磁石１２２ａおよびインナーリングヨーク１２５ａａ側に吸引され、圧縮力を及ぼす。ここで、１２２ａＬ＜１２５ａａＬであるため、インナーリングヨーク１２５ａａが反力である接触力９２１ａ３、９２３ａ３を発揮する一方、ラジアルリング磁石１２２ａにはスラストリング磁石１２１ａ、１２３ａが当接しない。従って、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａは圧縮力を受けず、主軸１０１方向に関しては、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａは専らインナーリングヨーク１２５ａａによって支持される。
【0114】
また、斥力９２１ａ２、９２３ａ２は、主軸１０１に直交する方向（径方向）におけるスラストリング磁石１２１ａ、１２３ａの向心力として作用する。すなわち、仮にスラストリング磁石１２１ａ、１２３ａが主軸１０１に直交する方向のうちいずれかの方向に移動した場合でも、移動した方向における同極間の距離が近くなることで斥力がより大きくなる。また、移動した方向と反対の方向においては同極間の距離が遠くなることで斥力がより小さくなる。従って、移動した方向の斥力および、移動した方向と反対の方向の斥力は、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａの動きを妨げる（主軸１０１と同心となるように戻す）ように作用する。
【0115】
これにより、磁石群およびインナーヨーク群は、主軸１０１方向とこれに直交する方向のどちらにおいても、互いの磁気的作用により大まかな配置が安定して保たれる。
【0116】
よって、各部品の固定という観点に限れば、スキュワー１２８を省略することも可能である。仮に、スキュワー１２８を省略し、スラストリング磁石とインナーリングヨークをそれぞれ巨視的に中実の円柱形上のスラスト磁石とヨークとに置換すれば、これらの体積増加分だけ効率の向上が期待できる。その際、界磁部１２０に含まれる磁石のうち主軸１０１方向における両端に位置する第１の磁石（スラストリング磁石１２１ａ、１２１ｂ）が、アウターヨーク１２６ａ、１２６ｂにより支持される構成をとれば、各部品の固定状態が一層安定する。スキュワー１２８を廃止する構成については、第２の実施形態以降で説明する。
【0117】
また、主軸１０１に直交する方向における、ラジアルリング磁石１２２ａの外径１２２ａＤは、スラストリング磁石１２１ａの外径１２１ａＤ、スラストリング磁石１２３ａの外径１２３ａＤのいずれよりも僅かに小さい。１２２ａＤ＜１２１ａＤ、１２３ａＤとしたのは、以下に説明する事情を考慮し、組立性の確保や、熱応力等による損傷を抑えつつ、外側のコイルクリアランスへラジアルリング磁石１２２ａが突出することを抑制するためである。
【0118】
まず、ラジアルリング磁石１２２ａの内径１２２ａｄは、インナーリングヨーク１２５ａａの外径１２５ａａＤよりも大きくする必要がある。これは、ラジアルリング磁石１２２ａの内部開口Ｄ２にインナーリングヨーク１２５ａａを挿入する必要があるからである。内径１２２ａｄと外径１２５ａａＤとの差については、幾何形状的な最小限度の値よりも少し大きい一定量を確保することが望ましい。
【0119】
ここで、内径１２２ａｄと外径１２５ａａＤとに差分（ガタ）が設けられるので、ラジアルリング磁石１２２ａは主軸１０１に直交するいずれかの方向にオフセット（移動）する可能性がある。このため、仮に、ラジアルリング磁石１２２ａの外径１２２ａＤがスラストリング磁石１２１ａの外径１２１ａＤと同じである場合、ラジアルリング磁石１２２ａの一部がスラストリング磁石１２１ａよりも外側に突出することがある。すると、コイルとのクリアランスを圧迫する可能性がある。このような事情から、１２２ａＤ＜１２１ａＤ、１２３ａＤとしている。
【0120】
本実施形態によれば、第１～第４の磁石（磁石１２１ａ～１２４ａ）がこの順で所定方向（主軸１０１方向）に周期的に配列された配列部ＭＡに、ヨーク部（ヨーク１２５ａａ、１２５ａｂ）が包含されて界磁部１２０が構成される。配列部ＭＡの周囲にコイル１１１ａ、１１１ｂが巻回される。磁石１２１ａにおける磁石１２２ａと対向する磁極は、磁石１２２ａにおける内側の磁極に対して異極であり、磁石１２３ａにおける磁石１２４ａと対向する磁極は、磁石１２４ａにおける内側の磁極に対して異極である。インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂはそれぞれ、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａの内部開口Ｄ２、Ｄ４に配置される。これにより、リニアアクチュエータ１００の駆動効率を向上させることができる。
【0121】
また、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂの内部開口Ｄ１、Ｄ３、Ｄ１の大きさは、インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂの内部開口Ｄ５、Ｄ６と略等しい。内部開口Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ１を貫通してシャフト１２８ａが設けられた。これにより、スラストリング磁石およびインナーリングヨークを束ねて固定しやすくすることができる。
【0122】
また、シャフト１２８ａは非磁性材で構成されるので、スラストリング磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂの内径側の磁束漏れによる効率低下を抑制することができる。
【0123】
また、１２２ａＤ＜１２１ａＤ、１２３ａＤとした（図９）。これにより、磁石１２２ａ、１２４ａとヨーク１２５ａａ、１２５ａｂとの間に径方向のクリアランスを設けた場合でも、ヨーク１２５ａａ、１２５ａｂとコイル１１１ａ、１１１ｂとの干渉を抑制することができる。
【0124】
また、１２２ａＬ＜１２５ａａＬとした（図９）。これにより、磁気による圧縮力をヨーク１２５ａａ、１２５ａｂで受けて、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａの耐久性を向上させることができる。
【0125】
また、第２、第４の磁石の外径と内径との差（１２２ａＤ－１２２ａｄ）＜第２、第４の磁石の内径（１２２ａｄ）とした（図９）。これにより、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａを製造しやすく、磁石のパーミアンスも高くすることができる。
【0126】
また、アウターヨーク１２６ａ、１２６ｂおよびカバーヨーク１２７が、磁石１２１ａ～１２４ａ、１２１ｂ、ヨーク１２５ａａ、１２５ａｂの全部または一部を覆う。これにより、磁束方向４１１ａａ０への磁束の成分を強めて効率向上に寄与する（図４）。
【0127】
なお、永久磁石の形状は本実施例で示したリング形状に限らず、他の形状としてもよい。また、第１～第４の磁石はそれぞれ単一の永久磁石に限らず、複数の永久磁石を組み合わせて構成してもよい。これらの例を変形例として図１０で説明する。
【0128】
図１０（ａ）、（ｂ）は、インナーリングヨーク１２５ａａおよびラジアルリング磁石１２２ａに代わる変形例を示す模式図である。なお、インナーリングヨーク１２５ａｂおよびラジアルリング磁石１２４ａにも同様の代替を適用できる。
【0129】
図１０（ａ）に示す例では、インナーリングヨーク１２５ａａに代わるヨーク１０２５ａａは、断面矩形の直方体形状である。ラジアルリング磁石１２２ａに代わる磁石１０２２ａ１、１０２２ａ２、１０２２ａ３、１０２２ａ４が、ヨーク１０２５ａａの周りに配置される。磁石１０２２ａ１～１０２２ａ４は互いに反発し合うため、例えば帯状の固定用部材１０３１ａでこれらを固定してもよい。
【0130】
図１０（ｂ）に示す例では、インナーリングヨーク１２５ａａに代わるヨーク２０２５ａａは、断面円形である。ラジアルリング磁石１２２ａに代わる欠円状の磁石２０２２ａ１、２０２２ａ２が、ヨーク２０２５ａａを囲むように配置される。磁石２０２２ａ１、２０２２ａ２は、ラジアルリング磁石よりも製造が容易であるというメリットがある。なお、ヨーク２０２５ａａを囲む欠円状の磁石は３つ以上に分割されていてもよい。
【0131】
（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態のリニアアクチュエータ３００の模式的な断面図である。図１２は図３（ｃ）に対応している。リニアアクチュエータ３００において、リニアアクチュエータ１００と同じ構成要素については、同じ符号を付している。リニアアクチュエータ３００は、界磁部３２０と、コイル１１１ａ、１１１ｂとを含む。
図１２は、本発明の第２の実施形態のリニアアクチュエータ３００の模式的な断面図である。図１２は図３（ｃ）に対応している。リニアアクチュエータ３００において、リニアアクチュエータ１００と同じ構成要素については、同じ符号を付している。リニアアクチュエータ３００は、界磁部３２０と、コイル１１１ａ、１１１ｂとを含む。
【0132】
リニアアクチュエータ１００と対応させると、界磁部３２０において、スラストリング磁石１２１ａには２つの磁石３２１ａ１、３２１ａ２（第１の磁石）が対応する。スラストリング磁石１２３ａには磁石３２３ａ（第３の磁石）が対応する。スラストリング磁石１２１ｂには２つの磁石３２１ｂ１、３２１ｂ２（第１の磁石）が対応する。インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂには、ヨーク３２５ａａ、３２５ａｂ（ヨーク部）が対応する。配列部ＭＡには、磁石３２１ａ１、３２１ａ２、３２３ａ、ヨーク３２５ａａ、３２５ａｂのほか、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａ（第２の磁石）が含まれる。スキュワー１２８は廃止されている。
【0133】
磁石３２１ａ１、３２１ａ２、３２３ａ、３２１ｂ１、３２１ｂ２およびヨーク３２５ａａ、３２５ａｂは、それぞれ内部開口の大きさがゼロとなる中実の円柱形状となっている。すなわち、リニアアクチュエータ１００と比較して、リニアアクチュエータ３００では、第１、第３の磁石とヨーク部とが中実の磁石とヨークとに置換されている。
【0134】
図９で説明したように、第１、第３の磁石は、主軸１０１に直交する方向において向心力となる斥力９２１ａ２、９２３ａ２を受けるため、スキュワーを用いなくても、磁石群およびインナーヨーク群は互いに吸引しあって離れない。そこで、リニアアクチュエータ３００ではスキュワーを省略し、その分の領域を利用して磁石とヨークの体積を増すことで、駆動効率をさらに向上させている。
【0135】
なお、磁石群およびインナーヨーク群は互いに微小な振動や外部からの衝撃によりずれ等の動きが生じ得るため、これらによる構造のずれを防ぐために、例えば互いを接着等により固定してもよい。あるいは、外径側に薄いシート部材や薄板部材を接着することで補強してもよい。
【0136】
また、スキュワーを省略することに伴い、配列部ＭＡをアウターヨーク３２６ａ、３２６ｂにより安定して固定するために、固定用の押さえ部材３２６ａ１、３２６ｂ１を設けてもよい。すなわち、界磁部３２０において両端に位置する第１の磁石（磁石３２１ａ２、３２１ｂ２）が、それぞれ押さえ部材３２６ａ１、３２６ｂ１によって、アウターヨーク３２６ａ、３２６ｂに支持される。
【0137】
押さえ部材３２６ａ１、３２６ｂ１は、例えば樹脂部品により構成することができ、アウターヨーク３２６ａ、３２６ｂに対してネジ止め、接着、スナップイン等により固定したり、アウトサート成形したりすることで構成することができる。
【0138】
また、リニアアクチュエータ３００では、界磁部３２０における永久磁石群の両端部で磁石を２つ重ねた構成としている。すなわち、２つの磁石３２１ａ１、３２１ａ２と、２つの磁石３２１ｂ１、３２１ｂ２とが、第１の磁石として永久磁石群の両端部に位置する。これにより、第１の磁石に関しては、見かけ上の磁石の長さが２倍に延びた構造となる。
【0139】
このように、永久磁石群の周期的な配列の両端部ではそのピッチ等を変化させる等の端部処理を行ってもよい。また、各永久磁石は１つの部品ではなく、複数の部品を連ねたものとしてもよい。リニアアクチュエータ３００においては、２つの磁石を直列に並べて第１の磁石を構成するという端部処理は、主として配列部ＭＡを押さえ部材３２６ａ１、３２６ｂ１に挿入するための挿入代を確保するために採用している。また、磁石３２１ａ１、３２１ａ２、３２１ｂ１、３２１ｂ２の構成は互いに共通であるので、部品種類の増加を抑えることができる。
【0140】
本実施形態によれば、リニアアクチュエータの駆動効率を向上させることに関し、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0141】
また、界磁部３２０において両端に位置する第１の磁石（磁石３２１ａ２、３２１ｂ２）が、アウターヨーク３２６ａ、３２６ｂに支持されるので、スキュワー無しでも磁石群およびインナーヨーク群を安定保持することができる。しかも、磁石３２１ａ１、３２１ａ２、３２３ａ、３２１ｂ１、３２１ｂ２およびヨーク３２５ａａ、３２５ａｂが中実であり、大きな体積を確保できるので、駆動効率をさらに向上させることができる。
【0142】
また、界磁部３２０における両端の第１の磁石はそれぞれ、主軸１０１方向に並ぶ２つ以上の磁石から構成されるので、保持領域の確保が容易である。また、２つ以上の磁石が同一構成であれば、部品種類数を抑制することができる。
【0143】
（第３の実施形態）
図１３は、本発明の第３の実施形態のリニアアクチュエータ４００の模式的な断面図である。図１３は図３（ｃ）に対応している。リニアアクチュエータ４００において、リニアアクチュエータ１００と同じ構成要素については、同じ符号を付している。リニアアクチュエータ４００は、界磁部４２０と、コイル１１１ａ、１１１ｂとを含む。
図１３は、本発明の第３の実施形態のリニアアクチュエータ４００の模式的な断面図である。図１３は図３（ｃ）に対応している。リニアアクチュエータ４００において、リニアアクチュエータ１００と同じ構成要素については、同じ符号を付している。リニアアクチュエータ４００は、界磁部４２０と、コイル１１１ａ、１１１ｂとを含む。
【0144】
リニアアクチュエータ１００と対応させると、界磁部４２０において、スラストリング磁石１２１ａには磁石４２１ａ（第１の磁石）が対応する。スラストリング磁石１２３ａには磁石４２３ａ（第３の磁石）が対応する。スラストリング磁石１２１ｂには磁石４２１ｂ１（第１の磁石）が対応する。インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂには、ヨーク４２５ａａ、４２５ａｂ（ヨーク部）が対応する。配列部ＭＡには、磁石４２１ａ、４２３ａ、ヨーク４２５ａａ、４２５ａｂのほか、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａ（第２の磁石）が含まれる。スキュワー１２８は廃止されている。
【0145】
磁石４２１ａ、４２３ａ、４２１ｂおよびヨーク４２５ａａ、４２５ａｂは中実に構成される。ヨーク４２５ａａ、４２５ａｂには、主軸１０１方向において両側へ突出した凸部Ｃ１が設けられている。また、磁石４２１ａ、４２３ａ、４２１ｂには、凸部Ｃ１に対応して主軸１０１方向へくぼみ、凸部Ｃ１と嵌合する凹部Ｈ１（嵌合部）が設けられている。また、アウターヨーク１２６ａ、１２６ｂには支持部４９０が設けられている。
【0146】
界磁部４２０における両端の磁石４２１ａ、４２１ｂは、対応する支持部４９０によってアウターヨーク１２６ａ、１２６ｂに支持されている。ヨーク４２５ａａ、４２５ａｂの凸部Ｃ１は、隣接する磁石４２１ａ、４２３ａ、４２１ｂの対応する凹部Ｈ１と嵌合される。これにより、これらの磁石群およびインナーヨーク群が同心に保持固定され、外部からの衝撃等があってもずれにくくなっている。
【0147】
凸部Ｃ１を設ける側と凹部Ｈ１を設ける側とを、例示したものとは反対にしてもよい。従って、第１、第３の磁石またはヨーク部のいずれか一方に凸部Ｃ１を設け、いずれか他方に凹部Ｈ１を設ければよい。ただし、一般に、脆性材料である永久磁石に小さい凸部を設けることは難しい。一方、ヨークについては、一般に磁性材を粉体焼結や線材のヘッダ加工をすることで凸部を形成することは容易である。そのため、図１３に示した例を採用するのが好ましい。
【0148】
なお、凹部Ｈ１のような止まり穴形状に限らず、凸部Ｃ１と嵌合される他の形状の嵌合部を採用してもよい。例えば、止まり穴に代えて、貫通穴を採用してもよい。
【0149】
なお、本実施形態においても、第２の実施形態で採用した端部処理を採用し、磁石４２１ａ、４２１ｂを押さえ部材３２６ａ１、３２６ｂ１を介してアウターヨーク１２６ａ、１２６ｂに保持させてもよい。
【0150】
本実施形態によれば、リニアアクチュエータの駆動効率を向上させることに関し、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0151】
また、凸部Ｃ１と凹部Ｈ１との係合によって、磁石群およびインナーヨーク群が径方向にずれにくくなる。しかも、スキュワー無しでも磁石群およびインナーヨーク群を安定保持することができる。また、磁石４２１ａ、４２３ａ、４２１ｂおよびヨーク４２５ａａ、４２５ａｂは中実であるので、駆動効率をさらに向上させることができる。
【0152】
（第４の実施形態）
図１４は、本発明の第４の実施形態のリニアアクチュエータ５００の模式的な断面図である。図１４は図３（ｃ）に対応している。リニアアクチュエータ５００において、リニアアクチュエータ１００と同じ構成要素については、同じ符号を付している。リニアアクチュエータ５００は、界磁部５２０と、コイル１１１ａ、１１１ｂとを含む。
図１４は、本発明の第４の実施形態のリニアアクチュエータ５００の模式的な断面図である。図１４は図３（ｃ）に対応している。リニアアクチュエータ５００において、リニアアクチュエータ１００と同じ構成要素については、同じ符号を付している。リニアアクチュエータ５００は、界磁部５２０と、コイル１１１ａ、１１１ｂとを含む。
【0153】
リニアアクチュエータ１００と対応させると、界磁部５２０において、スラストリング磁石１２１ａには磁石５２１ａ（第１の磁石）が対応する。スラストリング磁石１２３ａには磁石５２３ａ（第３の磁石）が対応する。スラストリング磁石１２１ｂには磁石５２１ｂ１（第１の磁石）が対応する。インナーリングヨーク１２５ａａ、１２５ａｂには、ヨーク５２５ａａ、５２５ａｂ（ヨーク部）が対応する。磁石５２１ａ、５２３ａ、５２１ｂは、磁石１２１ａ、１２３ａ、１２１ｂと同様に構成される。配列部ＭＡには、磁石５２１ａ、５２３ａ、ヨーク５２５ａａ、５２５ａｂのほか、ラジアルリング磁石１２２ａ、１２４ａ（第２の磁石）が含まれる。
【0154】
ヨーク５２５ａａ、５２５ａｂの内径部には、それぞれ、シャフト部材５２５ａａ１、５２５ａｂ１が挿入され、ヨーク５２５ａａ、５２５ａｂと一体化されている。シャフト部材５２５ａａ１、５２５ａｂ１が主軸１０１方向に突出する。これは、第３の実施形態（図１３）の構成において、凸部Ｃ１を、ヨーク４２５ａａ、４２５ａｂに一体ではなく、別部材のシャフト部材を圧入すること等によって構成したものに相当する。シャフト部材５２５ａａ１、５２５ａｂ１のうち主軸１０１方向に突出した部分が、隣接する磁石５２１ａ、５２３ａ、５２１ｂの内径穴（内部開口Ｄ１、Ｄ３に相当）に嵌合される。従って、シャフト部材５２５ａａ１、５２５ａｂ１が凸部Ｃ１（図１３）と同様の機能を果たす。これにより、スキュワーを使用しなくても磁石群およびインナーヨーク群が保持される。なお、磁石５２１ａ、５２３ａ、５２１ｂに貫通穴ではなく凹部Ｈ１（図１３）を設けてもよい。
【0155】
なお、図１４に示す構成は、リニアアクチュエータ１００（図３（ｃ））においてシャフト１２８ａを細分化した構成と見なすこともできる。従って、第１の実施形態において、複数に分割された棒部材（シャフト部材５２５ａａ１、５２５ａｂ１）が主軸１０１方向に直列に配置されてシャフト１２８ａ（串部）が成る構成を採用してもよい。その際の分割数は問わない。
【0156】
図１４に示す構成では、小径で長尺のスキュワーの強度を考慮する必要が無くなるため、嵌合径を小径としたままリニアアクチュエータを長尺化しやすいという利点がある。
【0157】
なお、磁石５２１ａ、５２３ａ、５２１ｂとの嵌合代の長さによって、シャフト部材５２５ａａ１、５２５ａｂ１を磁性材で構成するか非磁性材で構成するかを決定するのが望ましい。例えば、嵌合代が短い場合は、シャフト部材を磁性材により構成することで、ヨークの体積を増すことによる効率向上が期待できる。一方、嵌合代が長い場合は、スラストリング磁石の内径側の非有効磁束による効率低下を避けるために、シャフト部材を非磁性材で構成するのが望ましい。
【0158】
本実施形態によれば、リニアアクチュエータの駆動効率を向上させることに関し、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0159】
また、シャフト部材５２５ａａ１、５２５ａｂ１と磁石５２１ａ、５２３ａ、５２１ｂの内径穴とが係合することで、磁石群およびインナーヨーク群が径方向にずれにくくなる。しかも、スキュワー無しでも磁石群およびインナーヨーク群を安定保持することができる。また、磁石５２１ａ、５２３ａ、５２１ｂおよびヨーク５２５ａａ、５２５ａｂは中実であるので、駆動効率をさらに向上させることができる。
【0160】
なお、本発明は、交換レンズ２０のようなレンズ鏡筒に適用されてもよいし、レンズ一体型の撮像装置に適用されてもよいし、あるいはカメラ本体に適用されてもよい。例えば、本発明をレンズ鏡筒に適用する場合、界磁部またはコイルの一方はレンズ鏡筒の筐体に固定され、界磁部またはコイルの他方がフォーカスレンズ群等の光学素子に固定されてもよい。あるいは、本発明をレンズ一体型のカメラに適用する場合、界磁部またはコイルの一方がカメラ本体に固定され、界磁部またはコイルの他方がフォーカスレンズ群等の光学素子に固定されてもよい。
【0161】
また、本発明を光学装置に適用する場合でも、フォーカスレンズ群以外のレンズ駆動部に適用してもよい。さらに、本発明は、光学装置や撮像装置に限らず、各種の装置や電子機器に適用可能である。例えば、ＨＤＤ（ハートディスク）の読み取りヘッド駆動部、産業用の搬送装置等に適用してもよい。すなわち、上述した実施形態におけるリニアアクチュエータと、当該リニアアクチュエータによって移動可能な被駆動体と、を有する駆動装置であれば、被駆動体の種類はレンズなどに限定されない。
【0162】
なお、各実施形態において、「略」を付したものは完全を除外する趣旨ではない。例えば、「略比例」、「略平行」、「略等しい」、「略直交」、「略一致」、「略同心」は、それぞれ完全な「比例」、「平行」、「等しい」、「直交」、「一致」、「同心」を含む趣旨である。
【0163】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
【0164】
本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
（構成１）
いずれも永久磁石である第１、第２、第３、第４の磁石がこの順で所定方向に配列された配列部と、前記配列部に包含されるヨーク部と、を含む界磁部と、
前記界磁部に対して相対的に所定方向に移動可能なように、前記配列部の周囲に巻回されたコイルと、を有し、
前記第１、第３の磁石の磁化方向は、前記所定方向に平行で且つ互いに反対向きであり、
前記第２、第４の磁石は、前記所定方向に平行な仮想軸線が通る内部開口を有し、
前記第２、第４の磁石の磁化方向は、前記所定方向と交差しており、前記仮想軸線を中心とする外向きまたは内向きで且つ互いに反対向きであり、
前記第１の磁石における前記第２の磁石と対向する磁極は、前記第２の磁石における内側の磁極に対して異極であり、
前記第３の磁石における前記第４の磁石と対向する磁極は、前記第４の磁石における内側の磁極に対して異極であり、
前記ヨーク部は、前記第２、第４の磁石のそれぞれの内部開口に配置されたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
（構成２）
前記第１、第３の磁石は、前記仮想軸線が通る内部開口を有し、
前記第２、第４の磁石の内部開口は、前記第１、第３の磁石の内部開口よりも大きいことを特徴とする構成１に記載のリニアアクチュエータ。
（構成３）
前記ヨーク部は、前記仮想軸線が通る内部開口を有し、
前記ヨーク部の内部開口の大きさは前記第１、第３の磁石の内部開口の大きさと略等しいことを特徴とする構成２に記載のリニアアクチュエータ。
（構成４）
前記第１、第３の磁石の内部開口および前記ヨーク部の内部開口を貫通して設けられた串部を有することを特徴とする構成３に記載のリニアアクチュエータ。
（構成５）
前記串部は、非磁性材で構成されることを特徴とする構成４に記載のリニアアクチュエータ。
（構成６）
前記串部は、複数に分割された棒部材が前記仮想軸線方向に直列に配置されて成ることを特徴とする構成４または５に記載のリニアアクチュエータ。
（構成７）
前記第２、第４の磁石の外径は、前記第１、第３の磁石の外径よりも小さいことを特徴とする構成１乃至６のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成８）
前記仮想軸線方向において、前記第２、第４の磁石の長さは前記ヨーク部の長さよりも短いことを特徴とする構成１乃至７のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成９）
前記第２、第４の磁石の外径と内径との差は前記第２、第４の磁石の内径よりも小さいことを特徴とする構成１乃至８のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成１０）
前記配列部の一部または全部を覆うアウターヨークをさらに有することを特徴とする構成１乃至９のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成１１）
前記第１の磁石は、前記界磁部に含まれる磁石のうち前記仮想軸線方向における端に位置し、前記アウターヨークにより支持されることを特徴とする構成１０に記載のリニアアクチュエータ。
（構成１２）
前記第１の磁石は、前記仮想軸線方向に並ぶ同一構成の２つ以上の磁石から構成されることを特徴とする構成１１に記載のリニアアクチュエータ。
（構成１３）
前記第１、第３の磁石または前記ヨーク部のいずれか一方には、前記仮想軸線方向へ突出した凸部が設けられ、
前記第１、第３の磁石または前記ヨーク部のいずれか他方には、前記凸部が嵌合される嵌合部が設けられることを特徴とする構成１、７乃至１２のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成１４）
前記第１、第３の磁石および前記ヨーク部は中実であることを特徴とする構成１、７乃至１３のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成１５）
構成１乃至１４のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータと、
筐体と、
光学素子を含み、前記所定方向に略平行な光軸を有する光学系と、を有し、
前記界磁部または前記コイルの一方は前記筐体に固定され、
前記界磁部または前記コイルの他方は前記光学素子に固定され、
前記光学素子は、前記筐体に対して相対的に前記光軸方向に移動することを特徴とするレンズ鏡筒。
（構成１６）
前記光学素子は、フォーカスレンズであることを特徴とする構成１５に記載のレンズ鏡筒。
（構成１７）
構成１５に記載のレンズ鏡筒と、
前記光学系を通過した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
（構成１８）
構成１乃至１４のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータと、
本体と、
光学素子を含み、前記所定方向に略平行な光軸を有する光学系と、
前記光学系を通過した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、
前記界磁部または前記コイルの一方は前記本体に固定され、
前記界磁部または前記コイルの他方は前記光学素子に固定され、
前記光学素子は、前記本体に対して相対的に前記光軸方向に移動することを特徴とする撮像装置。
（構成１９）
構成１乃至１４のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータによって移動可能な被駆動体と、を有することを特徴とする駆動装置。
（構成１）
いずれも永久磁石である第１、第２、第３、第４の磁石がこの順で所定方向に配列された配列部と、前記配列部に包含されるヨーク部と、を含む界磁部と、
前記界磁部に対して相対的に所定方向に移動可能なように、前記配列部の周囲に巻回されたコイルと、を有し、
前記第１、第３の磁石の磁化方向は、前記所定方向に平行で且つ互いに反対向きであり、
前記第２、第４の磁石は、前記所定方向に平行な仮想軸線が通る内部開口を有し、
前記第２、第４の磁石の磁化方向は、前記所定方向と交差しており、前記仮想軸線を中心とする外向きまたは内向きで且つ互いに反対向きであり、
前記第１の磁石における前記第２の磁石と対向する磁極は、前記第２の磁石における内側の磁極に対して異極であり、
前記第３の磁石における前記第４の磁石と対向する磁極は、前記第４の磁石における内側の磁極に対して異極であり、
前記ヨーク部は、前記第２、第４の磁石のそれぞれの内部開口に配置されたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
（構成２）
前記第１、第３の磁石は、前記仮想軸線が通る内部開口を有し、
前記第２、第４の磁石の内部開口は、前記第１、第３の磁石の内部開口よりも大きいことを特徴とする構成１に記載のリニアアクチュエータ。
（構成３）
前記ヨーク部は、前記仮想軸線が通る内部開口を有し、
前記ヨーク部の内部開口の大きさは前記第１、第３の磁石の内部開口の大きさと略等しいことを特徴とする構成２に記載のリニアアクチュエータ。
（構成４）
前記第１、第３の磁石の内部開口および前記ヨーク部の内部開口を貫通して設けられた串部を有することを特徴とする構成３に記載のリニアアクチュエータ。
（構成５）
前記串部は、非磁性材で構成されることを特徴とする構成４に記載のリニアアクチュエータ。
（構成６）
前記串部は、複数に分割された棒部材が前記仮想軸線方向に直列に配置されて成ることを特徴とする構成４または５に記載のリニアアクチュエータ。
（構成７）
前記第２、第４の磁石の外径は、前記第１、第３の磁石の外径よりも小さいことを特徴とする構成１乃至６のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成８）
前記仮想軸線方向において、前記第２、第４の磁石の長さは前記ヨーク部の長さよりも短いことを特徴とする構成１乃至７のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成９）
前記第２、第４の磁石の外径と内径との差は前記第２、第４の磁石の内径よりも小さいことを特徴とする構成１乃至８のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成１０）
前記配列部の一部または全部を覆うアウターヨークをさらに有することを特徴とする構成１乃至９のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成１１）
前記第１の磁石は、前記界磁部に含まれる磁石のうち前記仮想軸線方向における端に位置し、前記アウターヨークにより支持されることを特徴とする構成１０に記載のリニアアクチュエータ。
（構成１２）
前記第１の磁石は、前記仮想軸線方向に並ぶ同一構成の２つ以上の磁石から構成されることを特徴とする構成１１に記載のリニアアクチュエータ。
（構成１３）
前記第１、第３の磁石または前記ヨーク部のいずれか一方には、前記仮想軸線方向へ突出した凸部が設けられ、
前記第１、第３の磁石または前記ヨーク部のいずれか他方には、前記凸部が嵌合される嵌合部が設けられることを特徴とする構成１、７乃至１２のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成１４）
前記第１、第３の磁石および前記ヨーク部は中実であることを特徴とする構成１、７乃至１３のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
（構成１５）
構成１乃至１４のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータと、
筐体と、
光学素子を含み、前記所定方向に略平行な光軸を有する光学系と、を有し、
前記界磁部または前記コイルの一方は前記筐体に固定され、
前記界磁部または前記コイルの他方は前記光学素子に固定され、
前記光学素子は、前記筐体に対して相対的に前記光軸方向に移動することを特徴とするレンズ鏡筒。
（構成１６）
前記光学素子は、フォーカスレンズであることを特徴とする構成１５に記載のレンズ鏡筒。
（構成１７）
構成１５に記載のレンズ鏡筒と、
前記光学系を通過した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
（構成１８）
構成１乃至１４のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータと、
本体と、
光学素子を含み、前記所定方向に略平行な光軸を有する光学系と、
前記光学系を通過した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、
前記界磁部または前記コイルの一方は前記本体に固定され、
前記界磁部または前記コイルの他方は前記光学素子に固定され、
前記光学素子は、前記本体に対して相対的に前記光軸方向に移動することを特徴とする撮像装置。
（構成１９）
構成１乃至１４のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータによって移動可能な被駆動体と、を有することを特徴とする駆動装置。
【符号の説明】
【0165】
１０１ 主軸
１１１ａ、１１１ｂ コイル
１２０ 界磁部
１２１ａ～１２４ａ スラストリング磁石
１２５ａａ、１２５ａｂ インナーリングヨーク
ＭＡ 配列部
Ｄ２、Ｄ４ 内部開口
１１１ａ、１１１ｂ コイル
１２０ 界磁部
１２１ａ～１２４ａ スラストリング磁石
１２５ａａ、１２５ａｂ インナーリングヨーク
ＭＡ 配列部
Ｄ２、Ｄ４ 内部開口
【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】