JP2004237400A - プレーナー型アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固定部1に一対のトーションバー2A,2Bによって揺動可能に支持された可動部3と、該可動部3を駆動する駆動手段4と、を備え、前記トーションバー2A,2Bを、前記可動部3の回りに渦巻状に形成した。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレーナー型アクチュエータに関し、特に、一対のトーションバーで二次元動作を可能にしたプレーナー型アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のプレーナー型アクチュエータには、可動部を、固定部に一対の直線状のトーションバーで揺動可能に軸支し、トーションバーの軸方向に平行な可動部の対辺部分に駆動力を発生させ駆動するようにしたものがある。しかし、このような構成で可動部の大振幅駆動を実現しようとする場合には、トーションバーを長くする必要があり、アクチュエータが大型化する弊害があった。
【0003】
そこで、この問題を解決し可動部の大振幅駆動と小型化を同時に実現するために、可動部を固定部に揺動可能に支持する一対のトーションバーをS字状に屈曲する形状に形成したものがある(例えば、特許文献1参照)。このように構成することにより、可動部と固定部の間隔を大きくすることなく長いトーションバーを確保することができ、大振幅駆動する小型のプレーナー型アクチュエータの提供が可能となる。
【0004】
【特許文献1】
特許第2924200号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のプレーナー型アクチュエータは、各トーションバーの実質的な中心軸線が同一線上にあるため、二次元動作を実現しようとした場合には、内側可動部を内側S字状トーションバーで枠状の外側可動部に支持し、該外側可動部を外側S字状トーションバーで固定部に支持する構成とする必要があり、内側可動部と固定部間に外側可動部及び外側S字状トーションバーが介在し小型化が困難であった。
【0006】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、一対のトーションバーにより支持した可動部で二次元動作を可能とすると共に、大振幅化を可能としたプレーナー型アクチュエータを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項1の発明は、固定部に一対のトーションバーによって揺動可能に支持された可動部と、該可動部を駆動する駆動手段と、を備え、前記トーションバーを、前記可動部の回りに渦巻状に形成した。
【0008】
このような構成により、可動部の回りに設けられた渦巻状のトーションバーで可動部を固定部に揺動可能に支持し、駆動手段で可動部を駆動する。これにより、一対のトーションバーで支持された可動部に二次元動作をさせると共に、大振幅化を可能とする。
【0009】
この場合、請求項2のように前記トーションバーを、可動部の重心を中心に点対称に形成するとよい。また、請求項3のように前記可動部に対して、前記可動部が有する二つの共振モードに相当する二つの共振周波数の振動を付与する構成とするとよい。
【0010】
また、請求項4の構成の場合においては、前記可動部が、外側トーションバーにより前記固定部に揺動可能に支持する枠状の外側可動部と、内側トーションバーにより前記外側可動部に揺動可能に支持する内側可動部とからなり、前記内側及び外側トーションバーの少なくとも一方を渦巻状とした。
【0011】
そして、請求項1〜4のいずれの場合においても、請求項5のように前記渦巻状の各トーションバーを、角状に折曲形成するとよい。または、請求項6のように曲線状に形成してもよい。
【0012】
また、請求項7の構成の場合においては、前記可動部を、枠状の一つの固定部の内側に複数整列配置する構成とした。この場合、請求項8のように前記複数の可動部の各共振周波数が互いに異なるように構成してもよい。
【0013】
そして、前記駆動手段を、請求項9のように前記駆動手段を、前記可動部の周縁部に敷設した駆動コイルと、該駆動コイルに静磁界を作用する静磁界発生手段と、を備え、駆動コイルに駆動電流を供給するよう構成するとよい。または、請求項10のように前記駆動手段を、前記可動部に設けた薄膜磁石と、該薄膜磁石に磁界を作用するコイルと、を備え、該コイルに電流を供給するよう構成してもよい。さらには、請求項11のように前記駆動手段を、前記可動部に設けた電極と、該電極に対向した部位に設けた他の電極と、を備え、該電極間に駆動電圧を印加するよう構成してもよく、または請求項12のように前記固定部に設けた電極と、該電極に対向した部位に設けた他の電極と、を備え、該電極間に駆動電圧を印加するよう構成してもよい。また、請求項13のように前記駆動手段を、前記固定部に圧電素子を備え、該圧電素子に駆動電圧を印加するよう構成してもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1に、本発明に係るプレーナー型アクチュエータの第1実施形態の概略構成図を示す。
図1において、本第1実施形態のプレーナー型アクチュエータは、枠状の固定部1と、渦巻状の一対のトーションバー2A,2Bと、矩形状の可動部3と、駆動手段4と、を備えて構成する。
【0015】
上記可動部3は、固定部1に一対のトーションバー2A,2Bによって揺動可能に支持されており、半導体基板をその厚み方向に異方性エッチングして固定部1及びトーションバー2A,2Bと一体的に形成される。なお、半導体基板は、半導体微細加工技術を応用して加工するものであればよく、例えばシリコン基板やプラスチック基板などである。
【0016】
ここで、上記渦巻状のトーションバー2A,2Bは、角状に折曲した形状を有して可動部3の重心Gを中心に点対称に可動部3の回りに形成されており、トーションバー2A(または2B)の外側支持部2A1(または2B1)を、対応する内側支部2A2(または2B2)と可動部3の重心Gを結ぶ線Xに対して平面視で可動部3の重心Gを原点として角度θだけずらして設けている。これにより、可動部3には、図1に示す二つの動作軸A,Bの下に揺動する二つの共振モードが現れる。なお、トーションバー2A,2Bが、可動部3の重心Gを中心に点対称に設けられていなくても、可動部3は、所定の共振周波数で二次元動作する。しかし、上述のようにトーションバー2A,2Bを可動部3の重心Gを中心に点対称に設ければ可動部3を動作軸A,Bに対して対称に動作させることが容易となる。
【0017】
一方、上記駆動手段4は、駆動コイル5と静磁界発生手段6A,6Bとを備えてなる。
上記駆動コイル5は、可動部3の周縁部に敷設されており、その両端部は、トーションバー2A,2Bを介して固定部1側に引出され、固定部1上に設けられた電極端子部7に接続している。そして、図示省略の制御装置に接続して駆動電流を供給できるようになっている。
【0018】
また、静磁界発生手段6A,6Bは、上記駆動コイル5に流れる駆動電流に静磁界を作用してローレンツ力を発生させ、可動部3を揺動させるものであり、例えばトーションバー2A,2Bの二つの内側支持部2A2,2B2を結ぶ線に直交する方向で固定部1の外側に可動部3を間にして互いに反対磁極を対向して配置している。そして、例えば永久磁石からなる。
【0019】
次に、本第1実施形態の動作を説明する。
先ず、図1に示す可動部3に敷設した駆動コイル5に対して、図示省略の制御装置から電極端子部7を介して可動部3が有する二つの共振モードに相当する二つの共振周波数の駆動電流を重畳して供給する。一方、駆動コイル5には、静磁界発生手段6A,6Bから静磁界が付与されている。したがって、可動部3は、上記駆動コイル5を流れる駆動電流と可動部3の駆動コイル形成面に平行な静磁界成分との相互作用により発生するローレンツ力をその対辺部に得て揺動する。
【0020】
この場合、一対のトーションバー2A,2Bは、可動部3の回りに折曲した渦巻状に形成し、且つ可動部3の重心Gに対して点対称の位置で可動部3を支持しているので、可動部3には、上記トーションバー2A,2Bのたわみと捩じりの複合動作により、例えば、図1に示すような二つの動作軸A,Bを有する二つの共振モードが発生する。これにより、可動部3は、上記二つの動作軸A,Bの下に対称な二次元の共振動作をすることになる。この場合、トーションバー2A,2Bが、従来の直線状のものよりも長いので、可動部3を大振幅で駆動できる。
【0021】
なお、上述のような二次元駆動する場合には、静磁界発生手段6A,6Bは、図1に示すような一対だけに限られず、可動部3を間にしてトーションバー2A,2Bの二つの内側支持部2A2,2B2を結ぶ線方向に、さらに一対設けてもよい。この場合、可動部3の動作効率がより向上する。
【0022】
また、上記二つの共振モードの内いずれか一方の共振モードに相当する一つの共振周波数の駆動電流を駆動コイル5に供給すると、可動部3は、該共振周波数に相当する共振モードの動作軸AまたはBのみによって一次元動作することになる。この場合、トーションバー2A,2Bが従来の直線状のものより長いので、可動部3を大振幅で駆動できる。
【0023】
なお、静磁界発生手段6A,6Bの配置位置は、前述のようなトーションバー2A,2Bの二つの内側支持部2A2,2B2を結ぶ線に直交する方向またはそれに沿う方向に限定されず、外側駆動コイル5に対して可動部3の駆動コイル形成面に平行な静磁界成分を作用させることができれば、可動部3の外側のいずれの部位に配置してもよい。
【0024】
このように、本第1実施形態によれば、一対のトーションバー2A,2Bを渦巻状に形成し、該トーションバー2A,2Bによって可動部3の重心Gに対して点対称の位置で可動部3を支持する構成としているので、可動部3に二つの動作軸A,Bを有する二つの共振モードが現れ、一対のトーションバー2A,2Bでもって可動部3に二次元の共振動作をさせることができる。これにより、二次元動作を可能とするプレーナー型アクチュエータの小型化を図ることができる。
【0025】
また、一対のトーションバー2A,2Bを渦巻状に形成することにより、可動部3と固定部1の間隔を変えることなくトーションバー2A,2Bの長さを長くすることができる。これにより、プレーナー型アクチュエータの形状を大きくすることなく可動部3の大振幅化を実現することができる。
【0026】
さらに、図2(a)に示すように、直線状の一対のトーションバー2A,2Bで可動部3を軸支した従来のプレーナー型アクチュエータにおいては、図中左右方向からの外力がトーションバー2A,2Bを介して直接可動部3に作用することになるが、本第1実施形態によれば、一対のトーションバー2A,2Bを渦巻状に形成しているので、同図(b)に示すように図中左右または上下方向の外力は、トーションバー2A,2Bのたわみによって緩和され直接可動部3に作用せず、可動部3に対する外力の影響を低減することができる。
【0027】
なお、一般に、従来の直線状の一対のトーションバーで揺動可能に軸支された可動部においても、トーションバーの捩じりの動作軸と、該動作軸に直交するトーションバーのたわみの動作軸とに基づく二つの共振モードが存在する。しかし、この場合、トーションバーの軸方向に直交するたわみの動作軸の共振モードは、トーションバーが短いためにたわみ動作が規制されて現れ難い。したがって、従来の場合、共振駆動したときは、可動部は、主にトーションバーの軸と一致する捩じりの動作軸に基づく共振モードで一次元動作し、二次元動作が抑制される。
【0028】
図3は、第1実施形態の変形例を示すものである。
図3に示すように、トーションバー2A,2Bは、可動部3の対角線方向に引出し、可動部3の回りに略半周して設けてもよく(同図(a)参照)、また可動部3の対角方向の隅部から対辺に直交する方向に引出し、可動部3の回りに略半周して設けてもよく(同図(b)参照)、さらに可動部3の対辺部で対辺中心部から辺部に沿って互いに反対方向に同距離だけずれた位置で可動部3を支持し、可動部3の回りに略半周して設けてもよい(同図(c)参照)。
【0029】
また、図4は、図1に示す矩形状の可動部3と角状に折曲した形状のトーションバー2A,2Bとに替えて、可動部3を円形状とし、トーションバー2A,2Bを可動部3の回りに曲線状に形成した第1実施形態の別の変形例を示すものである。この場合、トーションバー2A(または2B)の外側支持部2A1(または2B1)を、対応する内側支部2A2(または2B2)と可動部3の重心Gを結ぶ線Xに対して二つの共振モードが現れるように十分な角度θだけずらして可動部3の重心Gを原点として設ける。同図(a)はθ=π/2に設定した例、同図(b)はθ=πに設定した例、同図(c)はθ=2πに設定した例、同図(d)はθ=7π/4に設定した例をそれぞれ示す。このようにずらし角度θは、二つの共振モードが現れるに十分な角度であれば任意であり、この角度θを大きくすることによってトーションバー2A,2Bを長くすることができ、より大振幅化を実現することができる。なお、可動部3の形状は、矩形状または円形状に限定されず、楕円状等いかなる形状であってもよい。
【0030】
次に、本発明に係るプレーナー型アクチュエータの第2実施形態を、図5を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第1実施形態と異なる部分について説明する。
【0031】
図5に示す第2実施形態は、可動部3を、外側トーションバー10A,10Bにより固定部1に揺動可能に支持する円形枠状の外側可動部8と、内側トーションバー11A,11Bにより外側可動部8に揺動可能に支持する円形状の内側可動部9とからなるよう構成した。そして、内側トーションバー11A,11Bを曲線状の渦巻状に形成して内側可動部9の重心G1を中心に点対称に設け、また外側トーションバー10A,10Bを曲線状の渦巻状に形成して外側可動部8の重心G2(通常、G1に略一致)を中心に点対称に設けた。
【0032】
この場合、上記一対の内側トーションバー11A(または11B)の外側支持部11A1(または11B1)を、対応する内側支部11A2(または11B2)と内側可動部重心G1を結ぶ線Xに対して内側可動部重心G1を原点として平面視で所定の角度θ1(図5ではπ/2)だけずらして設けると共に、上記一対の外側トーションバー10A(または10B)の外側支持部10A1(または10B1)を、対応する内側支部10A2(または10B2)と外側可動部重心G2を結ぶ線Yに対して外側可動部重心G2を原点として平面視で所定の角度θ2(図5ではπ/2)だけずらして設ける。
【0033】
そして、駆動手段を、上記外側及び内側可動部8,9の双方に各可動部の周縁部に敷設した図示省略の駆動コイルと、外側トーションバー10A,10Bの二つの内側支持部10A2,10B2を結ぶ線に直交する方向及び内側トーションバー11A,11Bの二つの内側支持部11A2,11B2を結ぶ線に直交する方向で固定部1の外側にそれぞれ可動部3を間にして互いに反対磁極を対向して配置した静磁界発生手段12A,12B及び13A,13Bと、を備えて構成する。なお、静磁界発生手段12A,12B及び13A,13Bは、駆動コイルに対して可動部3の駆動コイル形成面に平行な静磁界成分を作用させることができれば、可動部3の外側のいずれの部位に配置してもよい。
【0034】
次に、本第2実施形態の動作を説明する。
先ず、上記外側可動部8及び内側可動部9が有するそれぞれ二つの共振モードに相当する共振周波数のうち二つの共振周波数が選択され、この二つの共振周波数の駆動電流が上記各可動部に敷設した図示省略の駆動コイルに対して供給される。一方、上記各駆動コイルには、静磁界発生手段12A,12B及び13A,13Bから静磁界が付与されている。したがって、上記各可動部は、上記各駆動コイルを流れる駆動電流と可動部3の駆動コイル形成面に平行な静磁界成分との相互作用により発生するローレンツ力を得て振動する。そして、外側トーションバー10A,10Bまたは内側トーションバー11A,11Bのたわみと捩じりの複合動作により二つの動作軸の下に二次元の共振動作をする。
【0035】
ここで、図6を参照して、第2実施形態の動作をより具体的に説明する。なお、図6では、内側可動部9に反射ミラーを設けて光を走査する場合を例に説明する。
図6(a)は、例えば内側可動部9が有する二つの共振モードの動作軸A1,B1を表しており、矢印Mは、内側可動部9の動作軸A1回りの揺動による光走査方向を示し、矢印Nは、内側可動部9の動作軸B1回りの揺動による光走査方向を示す。この場合、動作軸A1の共振モードに相当する共振周波数をF11とし、動作軸B1の共振モードに相当する共振周波数をF12とする。また、同様に、同図(b)は、例えば外側可動部8が有する二つの共振モードの動作軸A2,B2を表しており、矢印Oは、外側可動部8の動作軸A2回りの揺動による光走査方向を示し、矢印Pは、外側可動部8の動作軸B2回りの揺動による光走査方向を示す。またこの場合も同様に、動作軸A2の共振モードに相当する共振周波数をF21とし、動作軸B2の共振モードに相当する共振周波数をF22とする。なお、各矢印の大きさは、それぞれ振幅の大きさを表している。
【0036】
ここで、例えば、動作軸A1とA2及び動作軸B1とB2とが互いに一致するように外側トーションバー10A,10B及び内側トーションバー11A,11Bの長さ(外側支持部位置)または断面積等が調整されている場合に、共振周波数F11とF22を選択して内側可動部9の駆動コイルに共振周波数F11の駆動電流を、また外側可動部8の駆動コイルに共振周波数F22の駆動電流を供給すると、内側可動部9が動作軸A1回りに揺動し、外側可動部8が動作軸B2回りに揺動する。その結果、内側可動部9の光走査により、図6(c)に示すような方形範囲の二次元動作像が描かれる。
【0037】
一方、共振周波数F12とF21を選択し、内側可動部9の駆動コイルに共振周波数F12の駆動電流を、また外側可動部8の駆動コイルに共振周波数F21の駆動電流を供給すると、内側可動部9が動作軸B1回りに揺動し、外側可動部8が動作軸A2回りに揺動する。その結果、内側可動部9の光走査により、図6(d)に示すような方形範囲の二次元動作像が描かれる。
【0038】
さらに、図示しないが、共振周波数F11とF12を選択すれば、内側可動部9のみが二次元動作し、矢印M,Nの振幅に基づく二次元動作像が、また共振周波数F21とF22を選択すれば、内側可動部9が外側可動部8と一体的に二次元動作し、矢印O,Pの振幅に基づく二次元動作像が描かれることになる。
【0039】
そして、共振周波数F11とF21とを選択したときは、内側可動部9は動作軸A1回りに揺動し、外側可動部8は動作軸A2回りに揺動する。その結果、各可動部の揺動方向が互いに一致することになり、図6(e)に示すように各可動部の揺動振幅(矢印M,O)が加算されてより大振幅の一次元動作像が描かれる。またこの場合、共振周波数F12とF22とを選択したときは、内側可動部9は動作軸B1回りに揺動し、外側可動部8は動作軸B2回りに揺動する。その結果、各可動部の揺動方向が互いに一致することになり、同図(f)に示すように(e)に示す方向と直交方向に各可動部の揺動振幅(矢印N,P)が加算されてより大振幅の一次元動作像が描かれる。
【0040】
また、例えば外側可動部8及び内側可動部9の各二つの共振モードが完全に一致するように外側トーションバー10A,10B及び内側トーションバー11A,11Bの長さ及び断面積等を調整して形成した場合には、動作軸A1とA2及び動作軸B1とB2とが互いに一致し、且つ共振周波数F11とF21及びF12とF22とが一致することになる。この場合、内側可動部9の駆動コイルに共振周波数F11,F12の駆動電流を重畳し、同時に外側可動部8の駆動コイルに共振周波数F21,F22の駆動電流を重畳して供給すると、より大振幅の二次元動作像を描くことができる。
【0041】
なお、共振周波数F11,F12,F21,F22から三つを選択してもよい。この場合も、上述と異なる二次元動作像を得ることができる。
【0042】
また、内側可動部9の二つの動作軸と外側可動部8の二つの動作軸を異ならせてもよい。この場合、各可動部の動作に伴って、内側可動部9の光走査により描かれる二次元動作像は菱形状となる。また、選択した二つの共振周波数の駆動電流は、外側可動部8または内側可動部9のいずれか一方の駆動コイルのみに重畳して供給してもよい。この場合も、各可動部に上記共振周波数に相当する共振モードの動作を行わせることができる。
【0043】
このように、本第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果に加えて、外側トーションバー10A,10B及び内側トーションバー11A,11Bをそれぞれ外側可動部8及び内側可動部9の回りに渦巻状に形成しているので、内側可動部9と外側可動部8及び外側可動部8と固定部1の各間隔を狭くすることができ、二つの可動部を有する従来の二次元動作のプレーナー型アクチュエータと同様の構成でありながらより小型化を図ることができる。
【0044】
また、外側可動部8及び内側可動部9の有する各二つの共振モードに相当する共振周波数から少なくとも二つの共振周波数を選択して該共振周波数の駆動電流を供給するようにしているので、二つの共振周波数を選択すれば6通りの組合せが、また三つを選択すれば4通りの組合せが、さらに四つを選択すれば1通りの組合せができ、これにより駆動電流の周波数組合せを選択するだけでプレーナー型アクチュエータの構成を変更することなく可動部3に11通りの動作を行わせることができる。
【0045】
さらに、外側トーションバー10A,10B及び内側トーションバー11A,11Bの長さ及び断面積等を調整し、外側及び内側可動部8,9の二つの共振モードを完全に一致させた場合には、各可動部のそれぞれ二つの動作軸に基づく揺動振幅が加算されてより大振幅の二次元動作を行わせることができる。
【0046】
さらにまた、外側可動部8と内側可動部9の共振周波数比が大きくなるように外側及び内側トーションバー10A,10B及び11A,11Bの長さ及び断面積等を調整して形成した場合には、可動部3に緻密なラスタースキャンの動作を行わせることができる。この場合、外側トーションバー10A,10Bと内側トーションバー11A,11Bのうち少なくとも一方を従来と同じ直線状のトーションバーで形成し、他方を渦巻状とすると共振周波数比をより大きくすることができる。
【0047】
そして、外側または内側可動部8,9の駆動コイルのいずれか一方に直流電流を供給した場合には、外側または内側可動部8,9のいずれか一方の可動部を任意の角度で停止させることもできる。
【0048】
次に、本発明に係るプレーナー型アクチュエータの第3実施形態を、図7を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第1実施形態と異なる部分について説明する。
【0049】
図7の第3実施形態は、図1に示す第1実施形態の可動部3を、例えば3個、整列配置し、それぞれ角状に折曲して渦巻状としたトーションバー2A,2Bで枠状の一つの固定部1に支持する構成とし、アレイ状のプレーナー型アクチュエータを構成している。
【0050】
駆動手段は、トーションバー2A,2Bを介して各可動部3に敷設した図示省略の駆動コイルと、トーションバー2A,2Bの二つの内側支持部2A2,2B2を結ぶ線に直行方向で固定部1の外側の部位に配置され、3個の可動部3に共通する静磁界発生手段6A,6Bと、を備えて構成し、静磁界発生手段6A,6Bの互いに対向する磁極と反対側の磁極を枠状のヨーク部材14で磁気的に接続している。
【0051】
このような構成において、各可動部3の図示省略の駆動コイルに各可動部3が有する二つの共振モードに相当する共振周波数の駆動電流を重畳して供給すると、静磁界発生手段6A,6Bによる静磁界と上記駆動電流とが相互作用して各可動部3がそれぞれ上記二つの共振モードに基づく二次元の共振動作をする。
【0052】
なお、トーションバー2A,2Bの長さまたは断面積等を調整して、上記複数の可動部3の共振モードをそれぞれ異なるようにしてもよい。また、上記各可動部3の駆動コイルを互いに接続して一つの制御装置から駆動電流を供給するようにしてもよい。この場合、各可動部3の共振モードが異なるときは、各共振モードに相当する複数の共振周波数の駆動電流を重畳して上記駆動コイルに供給するとよい。
【0053】
図8(a)〜(d)は、第3実施形態のプレーナー型アクチュエータの変形例を示している。例えば、(a)は、トーションバー2A,2Bを可動部3の回りに略3/4周して形成したものであり、可動部3の揺動振幅の拡大を図ったものである。また、(b)は、トーションバー2A,2Bの二つの内側支持部2A2,2B2を結ぶ線を静磁界発生手段6A,6Bの対向方向に対して傾けて設けると共に、該静磁界発生手段6A,6Bの対向方向に直交する方向に、可動部3を、例えば3個配列したものである。これにより、同図(b)に示すように隣接するトーションバー2A,2Bの一部が重なるように可動部3を配列することができ、隣接する可動部3をより近接配置することができる。さらに、同図(c)は(a)に示すアレイ状のプレーナー型アクチュエータを静磁界発生手段6A,6Bの対向方向に二列配置し、固定部1の内側の部分を共通化して一つの固定部1を構成したものである。これによりマルチアレイのプレーナー型アクチュエータを構成している。そして、同図(d)は、トーションバー2A,2Bを可動部3の回りに略1/2周して形成し、可動部3を、トーションバー2A,2Bの二つの内側支持部2A2,2B2を結ぶ線に直交する方向に、例えば3個、2列状態に配列したものであり、可動部3の配列方向の両側で固定部1の外側に静磁界発生手段6A,6Bを対向配置してマルチアレイのプレーナー型アクチュエータを構成している。これにより、トーションバー2A,2Bの長さをより長くして同図(c)に示すマルチアレイのプレーナー型アクチュエータよりも大振幅化を図っている。この場合、配列中央部の可動部3は、他の可動部3に比べ静磁界発生手段6A,6Bからの距離が遠くなるため該可動部3に敷設した駆動コイルに作用する静磁界強度が弱くなる。そこで、各可動部3の振幅を揃える場合には、配列中央部の可動部3に敷設する駆動コイルの巻回数を増すなり駆動電流を増加する等の手段により行う。
【0054】
このように、本第3実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果に加えて、一つの枠状の固定部1の内側に複数の可動部3を整列配置した構成としているので、アレイ状のプレーナー型アクチュエータの小型化を実現することができる。
【0055】
次に、本発明に係るプレーナー型アクチュエータの第4実施形態を、図9を参照して説明する。なお、第2実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、第2実施形態と異なる部分について説明する。
【0056】
図9の第4実施形態は、図5に示す第2実施形態の可動部3を、例えば3個、整列配置し、それぞれ角状に折曲して渦巻状とした外側トーションバー10A,10Bで一つの枠状の固定部1に支持する構成とし、アレイ状のプレーナー型アクチュエータを構成している。
【0057】
駆動手段は、各可動部3に敷設した駆動コイルと、可動部3の配列方向の両側、及び配列方向に直交する方向の両側で固定部1の外側にそれぞれ配置した静磁界発生手段12A,12B及び13A,13Bとを備えて構成している。そして、静磁界発生手段12A,12B及び13A,13Bの互いに対向する磁極と反対側の磁極を枠状のヨーク部材14で磁気的に接続している。
【0058】
このような構成において、各可動部3の図示省略の駆動コイルに各可動部3が有する四つの共振モードに相当する共振周波数から二つの共振周波数を選択し、該共振周波数の駆動電流を重畳して供給すると、静磁界発生手段6A,6Bによる静磁界と上記駆動電流とが相互作用して各可動部3がそれぞれ上記二つの共振周波数の共振モードに基づく二次元の共振動作をする。なお、各可動部3の駆動コイルを互いに接続して一つの制御装置から上記駆動電流を供給するようにしてもよい。また、上記複数の可動部3の共振モードをそれぞれ異ならせ、各可動部3について選択した二つの共振モードに相当する共振周波数の駆動電流をそれぞれ重畳して上記駆動コイルに供給してもよい。
【0059】
図10は、第4実施形態のプレーナー型アクチュエータの変形例を示したものであり、図9のアレイ状のプレーナー型アクチュエータを共通する一つのヨーク部材14の内側に2列状態に配置してマルチアレイ構造としている。
【0060】
このように、本第4実施形態によれば、第2実施形態と同様の効果に加えて、一つの枠状の固定部1の内側に複数の可動部3を整列配置した構成としているので、アレイ状のプレーナー型アクチュエータの小型化を実現することができる。
【0061】
なお、第3及び第4実施形態において、可動部の配列数は3個に限られず、それ以上であってもよい。また、マルチアレイ構造とする場合は、2列に限られずそれ以上であってもよい。また、可動部3の形状は、矩形形状に限られず、円形または楕円形状等いずれの形状でもよい。
【0062】
また、上述した各実施形態において、上記駆動手段は、可動部3に敷設した駆動コイルと可動部3の外側に配置した静磁界発生手段とを備えてなる電磁駆動方式に限定されず、可動部3に設けた薄膜磁石と、該薄膜磁石に磁界を作用するコイルと、を備える構成とし、上記コイルに対し前述の二つの共振周波数の電流を重畳して供給するようにしてもよい。
【0063】
さらに、駆動手段を、可動部3裏面と該可動部3の法線方向の部位に互いに対向して電極を設け、該電極間に駆動電圧を印加して静電吸引力を発生させる構成とし、上記電極に対し前述の二つの共振周波数の駆動電圧を重畳して供給するようにしてもよい。または固定部1裏面と該固定部1の法線方向の部位に互いに対向して電極を設け上記二つの共振周波数の駆動電圧を重畳して供給し、固定部1に対し振動を付与するようにしてもよい。この場合も、可動部3は、上記二つの共振周波数の共振モードに基づく二次元の共振動作をする。
【0064】
さらにまた、駆動手段4を、上記固定部1のいずれかの部位に設けた圧電素子で構成し、該圧電素子に対し前述の二つの共振周波数の駆動電圧を重畳して供給するようにしてもよい。この場合も、可動部3は、上記二つの共振周波数の共振モードに基づく二次元の共振動作をする。
【0065】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のプレーナー型アクチュエータによれば、可動部を揺動可能に支持する一対のトーションバーを可動部の回りに渦巻状に形成したので、可動部に二つの共振モードが現れるようになり、一対のトーションバーで支持された可動部を二次元動作させることができる。したがって、二次元動作を可能としたプレーナー型アクチュエータの小型化ができる。そして、上記一対のトーションバーを可動部の重心を中心とした点対称に形成すれば、可動部の動作軸に対する対称動作を容易にさせることができる。
【0066】
また、一対のトーションバーを渦巻状に形成することにより、可動部と固定部の間隔を変えることなくトーションバーの長さを長くすることができる。したがって、プレーナー型アクチュエータの形状を大きくすることなく可動部の揺動の大振幅化を実現することができる。
【0067】
さらに、内側可動部を渦巻状の内側トーションバーで枠状の外側可動部に揺動可能に支持し、外側可動部を渦巻状の外側トーションバーで固定部に揺動可能に支持しているので、内側可動部と外側可動部及び外側可動部と固定部の各間隔を狭くすることができ、二つの可動部を有する構成でありながらより小型化を図ることができる。
【0068】
また、内側可動部及び外側可動部を備えたプレーナー型アクチュエータにおいては、内側可動部と外側可動部の共振周波数比が大きくなるように内側及び外側トーションバーの長さまたは断面積等を調整することにより、アクチュエータの形状を大きくすることなく可動部に緻密なラスタースキャンの動作を行わせることができる。
【0069】
そして、一つの枠状固定部の内側に渦巻状のトーションバーに揺動可能に支持された可動部を複数整列配置することにより、大振幅で二次元動作が可能な小型のアレイ状プレーナー型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】
【図1】本発明によるプレーナー型アクチュエータの第1実施形態の概略構成図である。
【図2】従来技術と本発明における外力の影響の相違を示す説明図である。
【図3】上記第1実施形態の変形例を示す平面図である。
【図4】上記第1実施形態の別の変形例を示す平面図である。
【図5】本発明によるプレーナー型アクチュエータの第2実施形態の概略構成図である。
【図6】上記第2実施形態について四つの共振周波数から選択した二つの共振周波数の組合わせ例と、その動作像を示す説明図である。
【図7】本発明によるプレーナー型アクチュエータの第3実施形態の概略構成図である。
【図8】上記第3実施形態の変形例を示す平面図である。
【図9】本発明によるプレーナー型アクチュエータの第4実施形態の概略構成図である。
【図10】上記第4実施形態の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
1…固定部
2A,2B…トーションバー
2A1,2B1,10A1,10B1,11A1,11B1…外側支持部
2A2,2B2,10A2,10B2,11A2,11B2…内側支持部
3…可動部
4…駆動手段
5…駆動コイル
6A,6B,12A,12B,13A,13B…静磁界発生手段
8…外側可動部
9…内側可動部
10A,10B…外側トーションバー
11A,11B…内側トーションバー
Claims (13)
- 固定部に一対のトーションバーによって揺動可能に支持された可動部と、
該可動部を駆動する駆動手段と、を備え、
前記トーションバーを、前記可動部の回りに渦巻状に形成したことを特徴とするプレーナー型アクチュエータ。 - 前記トーションバーを、可動部の重心を中心に点対称に形成したことを特徴とする請求項1に記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記可動部に対して、前記可動部が有する二つの共振モードに相当する二つの共振周波数の振動を付与する構成としたことを特徴とする請求項1または2に記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記可動部が、外側トーションバーにより前記固定部に揺動可能に支持する枠状の外側可動部と、内側トーションバーにより前記外側可動部に揺動可能に支持する内側可動部とからなり、前記内側及び外側トーションバーの少なくとも一方を渦巻状としたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記渦巻状の各トーションバーを、角状に折曲形成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記渦巻状の各トーションバーを、曲線状に形成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記可動部を、枠状の一つの固定部の内側に複数整列配置する構成としたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記複数の可動部の各共振周波数が互いに異なるように構成したことを特徴とする請求項7に記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記駆動手段を、前記可動部の周縁部に敷設した駆動コイルと、該駆動コイルに静磁界を作用する静磁界発生手段と、を備え、駆動コイルに駆動電流を供給するよう構成したことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記駆動手段を、前記可動部に設けた薄膜磁石と、該薄膜磁石に磁界を作用するコイルと、を備え、該コイルに電流を供給するよう構成したことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記駆動手段を、前記可動部に設けた電極と、該電極に対向した部位に設けた他の電極と、を備え、該電極間に駆動電圧を印加するよう構成したことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記駆動手段を、前記固定部に設けた電極と、該電極に対向した部位に設けた他の電極と、を備え、該電極間に駆動電圧を印加するよう構成したことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
- 前記駆動手段を、前記固定部に圧電素子を備え、該圧電素子に駆動電圧を印加するよう構成したことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のプレーナー型アクチュエータ。
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