JP5142946B2 - アクチュエータ - Google Patents
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Description
このものの場合、コイルに通電することで、コイルに鎖交する磁束とコイルを流れる電流との相互作用により、磁石体に対してコイルとともにコイル保持手段が軸線方向に移動し、容量性センサが駆動対象体の変位量を検出する。
また、温度が上昇したコイルの熱は、コイル保持手段を介して第2のセンサ電極に伝導されるので、第2のセンサ電極の温度が上昇し、第2のセンサ電極の熱膨張によって、第1のセンサ電極と第2のセンサ電極との間の距離が変化する。
その結果、容量性センサが検出する駆動対象体の変位量に誤差が生じてしまうという問題点があった。
実施の形態1.
図1はこの実施の形態に係るアクチュエータの要部を示す断面図である。
この実施の形態に係るアクチュエータは、望遠鏡に備えられた薄板形状の駆動対象体であるミラー1の裏面に取り付けられている。
このアクチュエータは、動作することでミラー1を変形させ、ミラー1の表面で反射する光の波面を調整する。
このアクチュエータは、円筒形状の磁石体2と、円筒形状のコイル3とを備えている。
磁石体2は、軸線がミラー1に直交するように配置されている。
また、磁石体2は、円筒形状の第1の磁石2aと、この第1の磁石2aの外側に固定された円筒形状の第2の磁石2bと、この第2の磁石2bの外側に固定された円筒形状の第3の磁石2cとを有し、それぞれの磁石が互いに同心でかつ径方向に重ねられて構成されている。
コイル3は、磁石体2の軸線方向の外側であって磁石体2の反ミラー1側に、磁石体2と同心に配置されている。
第2の磁石2bは、径方向外側に向かって磁束が通過するように着磁されている。
第3の磁石2cは、軸線方向であってミラー1からコイル3に向かう方向に磁束が通過するように着磁されている。
これにより、磁石体2を通過する磁束は、コイル3に鎖交する。
第1のシャフト4の一端部の端面は、ミラー1の裏面に接着により接合されており、第1のシャフト4は、軸線がミラー1に直交するように配置されている。
第2のシャフト5の先端面は、第1のシャフト4の他端部の端面に対向しており、第2のシャフト5は、第1のシャフト4と同心に配置されている。
コイル保持手段6は、図示しない締結手段を用いて、ベース8に固定されている。なお、締結手段に限らず、その他の手段を用いてコイル保持手段6をベース8に固定してもよい。
コイル保持手段6は、コイル3の内周面、外周面および反ミラー1側の面に、図示しない良熱伝導性の接着剤を介して、隙間なく接合されている。
この接着剤は、アルミナコンパウンドを混成して熱伝導性を高めたエポキシ系接着剤である。なお、この接着剤は、このものに限らず、その他の良熱伝導性の接着剤であってもよい。
スペーサ7は、断熱性の材料であるガラス繊維強化エポキシ樹脂から構成されている。なお、スペーサ7は、このものに限らず、例えば、セラミック素材、チタン合金、オーステナイト系ステンレス素材等の断熱性の材料から構成されてもよい。
ベース8は、複数のアクチュエータを連結するベース連結体9に固定されている。
排熱手段10は、コイル保持手段6の外周面に面接触した充填材11と、この充填材11を介してコイル保持手段6の熱を外部に排出する排熱部材12とを有している。
充填材11は、柔軟で良熱伝導性な材料である、酸化アルミニウム粉末を混成させたシリコンコンパウンドから構成されている。なお、この充填材11は、このものに限らず、その他の柔軟で良熱伝導性な材料から構成されてもよい。
排熱手段10は、充填材11によって、コイル保持手段6と隙間なく面接触している。
なお、コイル保持手段6および排熱部材12は、このものに限らず、例えば、銅合金等の良熱伝導性の材料から構成されてもよい。
第1のセンサ電極13および第2のセンサ電極14は、ミラー1の変位である静電容量の変化を電気的に検出する容量性センサの変位検出電極対を構成している。
第1のセンサ電極13および第2のセンサ電極14は、リード線(図示せず)によって、容量性センサの検出回路部(図示せず)に接続されている。
容量性センサは、電流発生制御回路(図示せず)に電気的に接続されている。
電流発生制御回路は、容量性センサからミラー1の変位検出値が入力され、この入力された値と目標の値とが一致するように、コイル3に流れる電流の値およびコイル3に流れる電流の方向を調整する。
差動ネジリング15は、円筒形状に形成されており、内周面および外周面のそれぞれには、ネジ溝が形成されている。
内周面に形成されたネジ溝のピッチは、外周面に形成されたネジ溝ピッチと僅かに異なるようになっている。
図示しない回転抑制手段を用いて第2のシャフト5の回転を抑制させた状態で、差動ネジリング15を回転させることで、第2のシャフト5とベース8との軸線方向の相対位置が微少量だけ変化する。
差動ネジリング15は、ベース8を貫通して配置されているので、ベース8の反ミラー1側から、差動ネジリング15を回転させることができる。
なお、第1のシャフト4、第2のシャフト5、ベース8、ベース連結体9および差動ネジリング15は、このものに限らず、例えば、スーパーインバー素材等の低熱膨張性材料から構成されてもよく、また、熱膨張率が概ね5[ppm/K]以下の低熱膨張性材料である、低膨張セラミックまたは高切削性インバー合金等から構成されてもよい。
コイル3に通電することで、コイル3に鎖交する磁束とコイル3を流れる電流との相互作用により、磁石体2が軸線方向に移動する。
その結果、第1のシャフト4が軸線方向に移動して、ミラー1が変形する。
容量性センサは、第1のセンサ電極13と第2のセンサ電極14とから構成される静電容量の変化量を用いて、ミラー1の変位を検出する。
また、排熱手段10がコイル保持手段6の熱を外部に排出するので、コイル保持手段6に保持されたコイル3の温度上昇を抑制することができる。
また、第1のシャフト4は一端部がミラー1に固定されるとともに中間部が磁石体2に嵌合され、第1のシャフト4の他端部に第1のセンサ電極13が取り付けられ、第2のシャフト5の先端部に第2のセンサ電極14が取り付けられ、第2のシャフト5がベース8に支持されているので、磁石体2の温度が変化した場合であっても、磁石体2の熱膨張の影響を受けることなく、第1のセンサ電極13と第2のセンサ電極14とから構成される静電容量の変化量を用いて、ミラー1の変位を検出することができる。
また、排熱手段10がコイル保持手段6の熱を外部に排出することによって、コイル3の熱が第1のシャフト4および第2のシャフト5に伝達することが抑制されるので、第1のシャフト4および第2のシャフト5の温度上昇が抑制され、第1のシャフト4および第2のシャフト5の熱膨張が抑制されて、第1のセンサ電極13と第2のセンサ電極14とから構成される静電容量の変化量を用いたミラー1の変位の検出の精度を向上させることができる。
また、排熱手段10がコイル保持手段6の熱を外部に排出することによって、コイル3の熱が第1のシャフト4および第2のシャフト5を介して、第1のセンサ電極13および第2のセンサ電極14に伝達することが抑制されるので、第1のセンサ電極13および第2のセンサ電極14の温度上昇が抑制され、第1のセンサ電極13および第2のセンサ電極14の熱膨張が抑制されて、容量性センサが検出するミラー1の変位量に誤差が生じることを抑制することができる。
また、コイル保持手段6は、スペーサ7を介してベース8に支持されているので、コイル3からコイル保持手段6に伝導した熱が、ベース8を介して第2のシャフト5に伝導することを抑制することができ、第2のシャフト5が熱膨張することを抑制することができる。
その結果、第1のセンサ電極13と第2のセンサ電極14とから構成される静電容量の変化量を用いたミラー1の変位の検出の精度を向上させることができる。
図2はこの実施の形態に係るアクチュエータの要部を示す断面図である。
この実施の形態に係るアクチュエータは、第1のシャフト4の一端部の端面に固定されたエンドパッド16と、ミラー1の裏面に固定された対象体パッドであるミラーパッド17とを備えている。
エンドパッド16は、強磁性体から構成されている。
ミラーパッド17は、強磁性体であり、かつ、ミラー1の素材とほぼ等しい熱膨張率の材料から構成されている。
ミラー1が石英ガラスまたは超低膨張ガラス等の材料から構成されている場合には、ミラーパッド17を、インバーまたはスーパーインバー素材等の材料から構成する。
これにより、ミラー1およびミラーパッド17の温度が変化した場合であっても、ミラー1とミラーパッド17との間に生じる熱変形量の差異を低減させることができるので、ミラー1とミラーパッド17との間の熱変形量の差異によって生じるミラー1の所望外の歪の発生を抑制することができる。
球面体磁石18は、エンドパッド16およびミラーパッド17を磁気吸着しており、これにより、第1のシャフト4がミラー1に取り付けられている。
第1のシャフト4の他端部の周囲には、円筒形状の押さえ部材19が固定されている。
磁石体2のミラー1側の端面は、第1のシャフト4のフランジ部4aに当接し、磁石体2の反ミラー1側の端面は、リング形状の弾性材20を介して、押さえ部材19により、ミラー1側へ押圧されている。
これにより、磁石体2は第1のシャフト4に強固に固定される。
弾性材20は、金属製のサラバネである。なお、弾性材20は、勿論このものに限らず、例えば、樹脂製のリングであってもよい。
一方の板ばね21は、第1のシャフト4のミラー1側端部に接触し、コイル保持手段6のミラー1側端部に熱絶縁パッド22を介して支持されている。
他方の板ばね21は、第1のシャフト4の反ミラー1側端部に接触し、コイル3より下方でコイル保持手段6に熱絶縁パッド23を介して取り付けられている。
それぞれの板ばね21は、互いに離間して平行に配置されており、コイル保持手段6に対する第1のシャフト4の、軸線方向の移動を可能にするとともに、径方向の移動を規制している。
板ばね21は、板厚が0.1[mm]のばね用ステンレス鋼板である。
板ばね21の中心には、エンドパッド16または第1のシャフト4が貫通する孔21aが形成されている。
板ばね21の周縁部には、コイル保持手段6に取り付けるための貫通した複数の孔21bが形成されている。
板ばね21の第1のシャフト4側の部位とコイル保持手段6側の部位との間には、両部位間の熱伝導を抑制する熱伝導抑制手段であるスリット21cが形成されている。
このスリット21cは、板ばね21を第1のシャフト4の軸線方向から視たときに、半径の異なる円弧形状のものと、半径が同一である円弧形状のものとが、同心に形成されている。
これにより、第1のシャフト4側の部位とコイル保持手段6側の部位との間の熱伝導路の距離が板ばね21の半径より増大し、両部位間の熱伝導を抑制している。
また、熱伝導抑制手段は、板ばね21に形成されたスリット21cに限らず、例えば、板ばね21の、第1のシャフト4側の部位とコイル保持手段6側の部位との間に設けられた熱絶縁体であってもよい。
これにより、板ばね21の、第1のシャフト4側の部位とコイル保持手段6側の部位との間の熱伝導を抑制することができる。
この孔21dにリード線を通すことで、リード線がスリット21cに干渉することを防ぎ、リード線が板ばね21の動作を妨害することを防ぐことができる。
その他の構成は実施の形態1と同様である。
また、エンドパッド16は、球面体磁石18の面に沿って自在に傾くことができるので、ミラー1の法線に対して第1のシャフト4の軸線が傾く方向、またはねじれる方向に第1のシャフト4に力が作用した場合であっても、その力は球面体磁石18には伝達されず、その結果、その力がミラー1に伝達されることを防ぐことができる。
また、球面体磁石18がエンドパッド16の端面上およびミラーパッド17の端面上を転動可能であるので、第1のシャフト4がミラー1に対して、径方向にずれた場合であっても、ミラー1に、第1のシャフト4の径方向への力が伝達されることを防ぐことができる。
この場合、第1のシャフト4は、例えば、スーパーインバー合金、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス等の材料から構成される。
これにより、第1のシャフト4が強磁性体でない場合であっても、エンドパッド16を省略することができる。
図4はこの実施の形態に係るアクチュエータの要部を示す断面図である。
この実施の形態に係るアクチュエータは、ミラー1の裏面に固定されたミラーパッド17を備えている。
第1のシャフト4は、一端部に、ミラー1に点接触する球面形状の突起部4bが形成されている。
第1のシャフト4は、強磁性体であるスーパーインバー合金から構成されている。
なお、第1のシャフト4は、このものに限らず、例えば、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス等の材料から構成されてもよい。
その他の構成は実施の形態2と同様である。
また、第1のシャフト4の突起部4bがミラーパッド17に点接触しているので、実施の形態2に記載のアクチュエータと同様にして、ミラー1の法線に対して第1のシャフト4の軸線が傾く方向、またはねじれる方向に第1のシャフト4に力が作用した場合であっても、その力はミラーパッド17には伝達されず、その結果、その力がミラー1に伝達されることを防ぐことができる。
また、第1のシャフト4の突起部4bがミラーパッド17に点接触しているので、実施の形態2に記載のアクチュエータと同様にして、第1のシャフト4がミラー1に対して、径方向にずれた場合であっても、ミラー1に、第1のシャフト4の径方向への力が伝達されることを防ぐことができる。
Claims (8)
- 複数の円筒形状の磁石を有し、それぞれの前記磁石が同心でかつ径方向に重ねられて構成された円筒形状の磁石体と、
前記磁石体の中心孔に嵌合され、一端部が駆動対象体に取り付けられる第1のシャフトと、
先端面が前記第1のシャフトの他端部の端面に対向して設けられた第2のシャフトと、
前記第1のシャフトの他端部の端面に設けられた第1のセンサ電極と、
前記第2のシャフトの先端面に設けられ、前記第1のセンサ電極とともに容量性センサの変位検出電極対を構成する第2のセンサ電極と、
前記磁石体の軸線方向の外側で、前記磁石体と同心に配置された円筒形状のコイルと、
前記コイルを保持したコイル保持手段と、
前記コイル保持手段に接触して設けられ、前記コイル保持手段の熱を外部に排出する排熱手段と、
前記コイルの反前記駆動対象体側に設けられ、熱絶縁体を介して前記コイル保持手段を支持するとともに、前記第2のシャフトを支持したベースとを備え、
前記磁石体は、磁束が前記コイルに鎖交するように着磁されており、
前記コイルに通電することで、前記コイルに鎖交する磁束と前記コイルを流れる電流との相互作用により、前記磁石体が前記軸線方向に移動することを特徴とするアクチュエータ。 - 前記第2のシャフトと前記ベースとの間に設けられ、前記ベースに対する前記第2のシャフトの前記軸線方向の位置を前記ベースの反前記コイル側から調整可能な調整手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記第1のシャフト、前記第2のシャフトおよび前記ベースの少なくとも1つは、熱膨張率が概ね5[ppm/K]以下の低熱膨張性材料から構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアクチュエータ。
- 前記第1のシャフトの一端部の端面に固定された、強磁性体で構成されたエンドパッドと、
前記駆動対象体に固定される、強磁性体で構成された対象体パッドと、
前記エンドパッドと前記対象体パッドとの間に設けられ、両者を磁気吸着する球面体磁石とをさらに備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載のアクチュエータ。 - 前記第1のシャフトと前記コイル保持手段との間に渡って設けられ、前記コイル保持手段に対する前記第1のシャフトの、前記軸線方向の移動を可能にするとともに径方向の移動を規制する一対の板ばねをさらに備え、
それぞれの前記板ばねは、互いに離間して平行に配置されていることを特徴とする請求項4に記載のアクチュエータ。 - 前記板ばねは、前記第1のシャフト側の部位と前記コイル保持手段側の部位との間に、両部位間の熱伝導を抑制する熱伝導抑制手段を有していることを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。
- 前記熱伝導抑制手段は、前記第1のシャフト側の部位と前記コイル保持手段側の部位との間の熱伝導路の距離が前記板ばねの半径より増大するように前記板ばねに形成されたスリットであることを特徴とする請求項6に記載のアクチュエータ。
- 前記駆動対象体に固定される、強磁性体で構成された対象物パッドをさらに備え、
前記第1のシャフトは、強磁性体から構成され、一端部には、前記対象物パッドに点接触する球面形状の突起部が形成されており、
前記磁石体が生成する磁界の作用により、前記第1のシャフトが磁化して前記対象物パッドを磁気吸着することを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載のアクチュエータ。
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