JP2004064913A

JP2004064913A - ガルバノモータ

Info

Publication number: JP2004064913A
Application number: JP2002221210A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Soeda; 添田　康宏
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】低振動のガルバノモータを提供する。
【解決手段】揺動板の周辺にそれぞれ異なる角度回転させた位置にコイル固定させたことを特徴とするガルバノモータを提供する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば光偏向子のアクチュエータとなるガルバノモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のガルバノモータは走査方式ディスプレイの光偏向子駆動に応用される。図８は走査方式ディスプレイの一般的な構成の部分で画像信号から画像が描画されるまでの原理を説明する図である。画像源１７から出力される画像信号１８は画像処理回路１９にて光源駆動回路２０を駆動する信号２１に変換される。信号２１は光源２３のＯＮあるいはＯＦＦを決定する信号で、信号２０に応じて光源駆動回路２１は電力線２２を通じて光源２３に電力を供給し、光源２３をＯＮあるいはＯＦＦの状態にする。光源から投射された光２４は水平手段２５にて水平に走査され、水平に走査された光２６は垂直走査手段２７に入射され２次元に走査された光２８としてスクリーン２９に投射され２次元画像を描画する。
【０００３】
図８の構成要素のうち垂直走査手段２７はガルバノモータと呼ばれる電気モータの出力軸に光偏向子を固定したものが知られている。
【０００４】
図９は前記ガルバノモータの例を示す図である。図９は、回転子３０、出力軸３１、コイル３２、角度検出手段３３からなる。回転子３０は円筒形の永久磁石で図示しない軸受けにより出力軸３１を軸に回転可能に支持されている。また前記永久磁石は磁界が出力軸３１にほぼ垂直をなすような２極に着磁されている。回転子３０の周辺にはコイル３２が巻装されるが、コイル３２はガルバノモータの固定子側に、回転子３０の出力軸３１を通る断面がなす長方形の周辺に沿うように巻装される。角度検出手段３３は、回転子３０の回転角度を検出するセンサで例えばホール素子などが用いられる。角度検出手段３３の角度信号は、前記ガルバノモータをフィードバック駆動するための信号として使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのようなのガルバノモータでは、光偏向子と共に慣性モーメントの大きな回転子や出力軸も回転運動するため、一般に４０Ｈｚ〜１５０Ｈｚで往復運動させる必要のある２次元走査方式の表示装置の副走査装置に適用する場合に、角速度が変化する回転方向の折り返しにて、瞬間的に大きなトルクを必要とする。このため大きな電力を必要とし、装置が大型になってしまうなどの問題が生じる。また慣性モーメントの大きな部材が往復運動するため、副走査装置で生じる振動等を抑えるための手段が必要となり、表示装置がより大きくなってしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
よって本発明は、
２相のコイルが巻装された揺動板を、回転軸で支持させる構造のガルバノモータであって、前記２相のコイルは、前記揺動板の周辺に沿って巻装したものであって且つ前記回転軸を中心にそれぞれ異なる角度回転させた位置に固定させたものであることを特徴とするガルバノモータを提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を明らかにするため、図面に沿って具体的に説明する。
【０００８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るガルバノモータの揺動板を図１に模式的に示す。図１には揺動板１、１ａは回転軸、コイル２ａ，２ｂ、磁界Ｂからなる。ｐ１〜ｐ８はコイル２ａ、２ｂ上の点である。揺動板１には回転軸１ａが突出しており、図示しない回転軸受けによって揺動板１を図中矢印で示すように回転（往復つまり揺動）可能に支持されている。２相のコイル２ａ，２ｂは、揺動板１に巻装された平面状コイルであるが、各々のコイル面は異なる角度を成し、各々のコイル面は回転軸１上で交差するようにする。図１に示すと、コイル２ａは、…、位置ｐ１、位置ｐ２、位置ｐ３、位置ｐ４、位置ｐ１…、の順に、コイル２ｂは、…、位置ｐ５、位置ｐ６、位置ｐ７、位置ｐ８、位置ｐ５…、の順に巻装される。以下では揺動板１と共に揺動する揺動板１、回転軸１ａ、コイル２ａ、コイル２ｂを揺動部と記す。前記揺動部には前記回転軸にほぼ垂直な磁界Ｂを図示しない永久磁石により作用させておく。
【０００９】
次に図２ａ〜ｃを使って本実施の形態のガルバノモータにおける駆動原理を示す。図２は図１に示したガルバノモータを回転軸に垂直な平面で切った断面図であり、図１と同等な構成要素には同じ番号を付した。図２では図示しない永久磁石により回転軸１ａに垂直で一様な磁界が作用しているものとし、またコイル２ａ、２ｂが及ぼす磁界Ｂへの影響は無視する。このように簡略化しても、駆動原理の説明の本質が損なわれることは無い。
【００１０】
図２（ａ）は、コイル２ａに電流を流した場合の図で、以下の図では×は図面の垂直下方向に、●は垂直上方向に電流が流れている状態を示す。このとき、コイル２ａの各部では右ねじの法則に従ってローレンツ力が発生するが、回転軸１ａに垂直な面のコイルの形状は対向する２面で同形状とすることでローレンツ力は電流の向きや大きさにかかわらず常に相殺されるため無視できる。
【００１１】
前述に対し回転軸と垂直なコイル部分でのローレンツ力は、回転軸１ａを中心とする偶力Ｆ１、−Ｆ１となり、前記偶力の垂直Ｂ方向の距離をｌとすると回転軸１ａを中心に図中半時計方向のトルクＱ（＝ｌ×Ｆ）を生じさせる。トルクＱにより揺動板１は図中半時計方向に回転し、図２（ｂ）に示すように、前記偶力の磁界Ｂ方向の距離が零となる角度で静止する。
【００１２】
図２（ｃ）は、コイル２ｂに電流を流した場合の平衡状態を示す図で、図２（ａ）の場合と同様に偶力Ｆ２、−Ｆ２が生じ、磁界Ｂ方向の距離が零となる角度で静止する。
図２（ｂ）の状態から図中時計回りに図２（ｃ）間の任意の角度に静止させるには、コイル２ａと２ｂに後述する電流比で電流を流す。揺動板１を揺動させるには、揺動板１の静止角度を時間変化させる。
【００１３】
コイル２ａ、２ｂの電流比は、コイル２ａ、２ｂに働く偶力の大きさの比率を決定し、揺動板１の角度を定める。図２（ａ）におけるのコイルの図面水平方向の長さをｘ、図面垂直方向の長さをｙ、磁界Ｂと揺動板１が垂直となる揺動板１の角度を基準角度とすると、図２（ｄ）に示すように、基準角度から角度θ回転した角度で平衡するための電流比は力学的に求められ。コイル２ａ、２ｂの電流をそれぞれｉａ、ｉｂとすると、
【外１】

【００１４】
前述の通り、本実施形態のガルバノモータの最大振幅は、コイル２ａ、２ｂが回転軸１ａに垂直方向にてなす角度であるが、前記角度が２０度以下の場合、電流比と平衡角度変化はほぼ直線の関係となる。
【００１５】
図３は最大振幅２０度となるようにコイル２ａ、２ｂを巻装した場合の電流比と平衡角度の関係で、横軸は平衡角度、縦軸はコイル電流ｉａのコイル電流ｉｂに対する百分率である。図３横軸の−１０ｄｅｇに図２の（ｃ）が、１０ｄｅｇに図２の（ｂ）がそれぞれ対応する。
【００１６】
（第２の実施の形態）
図４に本発明の第２の実施の形態に係るガルバノモータの模式的分解図を示す。図４は、揺動板３、コイルを角部で押さえるための部材４、コイル５ａ、コイル５ｂ、部材６、基部７、永久磁石８で構成される。
【００１７】
揺動板３は、光偏向子を貼り付けるか、もしくは光偏向子で構成する。部材４には、揺動板１を固定するための枠４ａを突出させておき、揺動板１を回転軸方向に枠４ａに挿入して揺動板と部材４を固定する。また部材４にはコイルを巻装するための切れ込み４ｂを揺動板の回転軸に対して上下左右対称形に設けておく。図は切れ込み４ｂを揺動板１の回転軸方向から見て四角形状になるように表現しているが、例えば三角形状や半円状あるいは楕円状でも可能である。同形の２つの部材４を前述の固定手段で、両側から揺動板を挟み込むように固定する。
【００１８】
コイルは切れ込み４ｂに引っ掛けるように巻装されるが、回転軸付近でコイル５ａ、コイル５ｂを交差させ、回転軸方向にはそれぞれのコイルが平行になるように巻装して回転軸を中心にそれぞれ異なる角度回転させた位置に２相のコイルを形成する。
【００１９】
部材６は揺動板の回転軸となる部材で、コの字状の突起部６ａ、軸６ｂからなる。軸６ｂにはコイル５ａ、コイル５ｂの巻き線を通すための同軸穴６ｃを設けてある。部材６の突起部６ａの、コノ字状開口部の垂直方向の幅と枠４ａの垂直方向の厚みは一致させておき、部材６を回転軸方向にさし込み、コイル５ａ、コイル５ｂの回転軸方向の厚みｄを逃がしつつ部材４に部材６を固定し軸６ｂを突出させ回転軸とする。なお部材６を揺動板に固定する際に、コイル５ａ、コイル５ｂの各巻線を同軸穴６ｃに通して図示しないコイルの給電部に接続する。
【００２０】
基部７には軸受け７ｂを有する突起７ａが突出しており、軸７ｂを回転可能に支持する。
【００２１】
また、基部７の揺動板１の下部には永久磁石８が固定されている。
【００２２】
永久磁石８は、磁界が垂直方向に発生するように例えば上面をＮ極、底面をＳ極とする。
【００２３】
前述の様に構成した本実施の形態のガルバノモータの完成図を図５に示す。図４と同じ構成部には同じ番号を付してある。
【００２４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るディスプレイを、図６を用いて説明する。図６はレーザなどのビーム状の光源を水平、垂直方向にそれぞれ走査して、２次元画像を描画するディスプレイの構成を示す模式図で、光源９から出力される光は水平走査手段１０で水平に走査され、ガルバノモータにより駆動される垂直走査手段１１で垂直走査され、２次元画像１２が描画される。
【００２５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係るディスプレイを、図７を用いて説明する。投射型ディスプレイの構成デバイスの一つとして微小な光偏向子を一列に並べたものが知られている（以下ミラーアレイと称す）。各画素に対応する光偏向子の状態によって、画素の発光状態が定まり、走査を行うことなく１次元の画像を描画する。
【００２６】
本実施形態は、垂直なスリット状の光源１３を前記ミラーアレイ１４で反射させ、このガルバノモータにより駆動される水平走査手段１５で水平走査する。水平走査手段１５で水平に走査しつつ水平画素ごとに前記光偏向子の状態を変化させ２次元画像１６を描画する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のガルバノモータは、揺動部の慣性モーメントを小さくすることができるため低振動のものができる。また揺動部の角速度を変化させるトルクも小さくなり、小電力のものが出来る。さらに構造がシンプルであるため低コスト・小型軽量に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガルバノモータを示す図である。
【図２】ガルバノモータの駆動原理を説明する図である。
【図３】ガルバノモータの電流比と平衡角度を示す図である。
【図４】ガルバノモータの分解図である。
【図５】ガルバノモータの完成図である。
【図６】ガルバノモータを有する走査式ディスプレイを示す図である。
【図７】ガルバノモータを有する走査式ディスプレイを示す図である。
【図８】一般のガルバノモータの応用例を示す図である。
【図９】一般のガルバノモータを示す図である。
【符号の説明】
１、３　揺動板
１ａ、６ｂ　回転軸
２ａ、２ｂ、５ａ、５ｂ、３２　コイル
７　基材
８　永久磁石
９、１３，２３　光源
１０、２５　水平走査手段
１１、１５　本発案のガルバノモータ
１２、１６　２次元画像
１４　ミラーアレイ
１７　画像源
１８　画像信号
１９　画像処理回路
２１　光源駆動回路
２７　垂直走査手段
２９　スクリーン
３０　回転子
３１　出力軸
３３　角度検出手段
Ｂ　磁界
Ｆ１、−Ｆ１、Ｆ２、−Ｆ２　偶力
ｘ　偶力の力と平行な方向の距離
ｌ　偶力の力と直角の方向の距離
Ｑ　トルク

Claims

２相のコイルが巻装された揺動板を、回転軸で支持させる構造のガルバノモータであって、前記２相のコイルは、前記揺動板の周辺に沿って巻装したものであって且つ前記回転軸を中心にそれぞれ異なる角度回転させた位置に固定させたものであることを特徴とするガルバノモータ。
前記揺動板は光偏向子を有するか、或いは前記揺動板自体が光偏向子であることを特徴とする請求項１記載のガルバノモータ。
請求項２に記載のガルバノモータを有することを特徴とするディスプレイ。
請求項２に記載のガルバノモータと、光偏向子を一列に並べたデバイスとを有し、前記ガルバノモータから光偏向された光を前記デバイスが反射することで２次元画像を表示することを特徴とするディスプレイ。