JP2005304098A - 磁気駆動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気駆動アクチュエータの外乱入力時の減衰効果を高める。
【解決手段】板ばねにより支持されたレンズホルダ５が外乱により変位した場合に誘導起電力による減衰効果を発揮するように、レンズホルダに取り付けられた駆動コイル１４の形状、線径、巻数、材質を設定して最適化する。特に、ばね−マス系共振周波数で振動する場合の制振力を大きくする。また、例えば必要な推力を確保するように、素線径を変えずに巻線数を増大してコイルを形成し、かつその印加電流を小さくする。これにより、系全体の減衰係数が増大し、通常の駆動（走査）時に必要な駆動力が確保されると共に、外乱によるレンズホルダ４の変位量を小さくすることができ、投受光制御に対する外乱の影響を小さくすることができるため、良好な駆動特性が得られる。
【選択図】図８

Description

本発明は、外乱振動の影響を低減する磁気駆動アクチュエータに関するものである。

従来、レーザ光を用いた走査装置として、走査型レーザレーダ装置や、レーザスキャナ、レーザプリンタ、レーザマーカ、物体監視装置などが知られている。その中で、例えば車両の衝突防止のための走査型レーザレーダ装置に用いられる車載用レーザ光走査用アクチュエータには、レーザ光を走査するために、レーザ光を通すレンズを保持するレンズホルダを光軸に対して車両の上下左右方向に変位自在にばね支持し、レンズホルダを磁気回路により駆動するようにしたものがある。

上記した車両の衝突防止のための走査型レーザレーダ装置にあっては、車両の外乱入力による振動の影響を受けにくくする必要がある。このような外乱振動は周波数が比較的低く（例えば数十Ｈｚ程度）、そのような低い周波数に対しても効果的に振動を減衰させる減衰機構を設ける必要がある。特に、車両の上下方向に対する減衰特性を高めることが望ましい。制振作用を行うものとして、例えば鋼板の振動を抑制するための非接触電磁制振を行うようにしたものがある。（例えば、特許文献１参照。）

特開平５−２４５５２１号公報

また、減衰特性を高め得るものとして、例えば、アクリル、シリコン等からなる粘弾性材をばねに貼付するという簡単な構造で実現し得るものがある。しかしながら、ばねに粘弾性材を付けることにより、減衰効果を大きくすると、ばね部分における粘性の影響が増大し、駆動時の応答性が低下したり、ヒステリシスが発生したりするといった悪影響が出るという問題がある。また、上記アクリルやシリコン等にあっては、温度によってその減衰特性が大きく変化する（ガラス転位点前後で大幅に特性が変わる）ため、自動車のような冷寒から灼熱の環境変化の中で安定した減衰特性を維持することは困難であるという問題がある。

このような課題を解決して、外乱振動に対する減衰効果が大きく、かつ温度特性が良好であり、また、駆動時のヒステリシスが小さな磁気駆動アクチュエータを実現するために、本発明に於いては、固定部分と、前記固定部分により１軸方向以上に変位自在に支持された可動部分と、前記可動部分を変位させるための磁気回路とを有する磁気駆動アクチュエータであって、前記磁気回路が、前記可動部分に設けられたコイルと、前記コイルを挟むように前記固定部分に設けられた磁石とを有し、外乱による前記可動部分の振動を前記コイルに発生する誘導起電力により減衰させるべく、前記コイルによる制振力が、ばね−マス系の共振周波数で前記可動部分が振動する時に最大となるように設定されているものとした。

外乱が入力して可動部分が振動すると、可動部分に設けられたコイルが磁石の磁力線を横切る運動をして、コイルと駆動用ドライバとが接続された状態であるとコイルに誘導起電力が生じる。その誘導起電力は変位を抑える制振力として作用するため、コイルを含む可動部分のばね−マス系の外部入力による振動を減衰させることができる。例えばコイルの形状、線径、巻数、材質の変更によりコイルの上記誘導起電力を振動周波数に対して任意に設定できるため、アクチュエータの使用環境に対応して減衰効果を高めることができる。また、粘弾性材を用いないため、駆動時には温度変化による特性変化や応答性の低下、ヒステリシスの発生などによる悪影響を受けにくくなる。特に、前記可動部分を変位させる駆動周波数が、該駆動周波数で前記可動部分が変位した場合の前記コイルによる制振力が駆動特性に影響を及ぼすことがないように、前記ばね−マス系の共振周波数から離れた低周波数で発生するように設定されていると良い。

あるいは、固定部分と、前記固定部分により１軸方向以上に変位自在に支持された可動部分と、前記可動部分を変位させるための磁気回路とを有する磁気駆動アクチュエータであって、前記磁気回路が、前記可動部分に設けられたコイルと、前記コイルを挟むように前記固定部分に設けられた磁石とを有し、前記磁気回路が、前記可動部分に設けられたコイルと、前記コイルを挟むように前記固定部分に設けられた磁石とを有し、外乱による前記可動部分のばね−マス系の振動をコイルに発生する誘導起電力により減衰させるべく、付帯コイルを前記コイルに並列に設けると共に前記両コイル間にコンデンサを接続した。

これによれば、ある特定の振動周波数に対して付帯コイルを設けたコイル付帯回路のインピーダンスが０になるように前述の付帯コイルとコンデンサとの値を設定できるため、駆動用コイルの駆動ドライバに左右されずに、外乱による特定の周波数の振動に対して最大の減衰力が作用するように設定することができる。これは、外乱振動に対してのみ有効に減衰力が作用し、駆動特性には何ら影響を及ぼすことがない。したがって、例えば車載用レーザレーダなど、外乱の振動周波数がある程度特定される用途には特に有効である。

あるいは、固定部分と、前記固定部分により１軸方向以上に変位自在に支持された可動部分と、前記可動部分を変位させるための磁気回路とを有する磁気駆動アクチュエータであって、前記磁気回路が、前記可動部分に設けられたコイルと、前記コイルを挟むように前記固定部分に設けられた磁石とを有し、外乱による前記可動部分のばね−マス系の振動をコイルに発生する誘導起電力により減衰させるべく、前記誘導起電力を発生させる短絡コイルを、前記可動部分に、前記コイルと略同一面上であって前記磁石に挟まれるように独立させて配設した。

これによれば、外乱により可動部分が変位した時に短絡コイルに誘導起電力が発生し得るため、短絡コイルは高周波側で作用することが可能になる。これは、外乱振動周波数よりも駆動周波数がかなり低い場合、外乱振動に対してのみ有効に減衰力が作用し、駆動特性には何ら影響を及ぼすことがない。その短絡コイルを駆動用コイルと略同一面上に配置することにより、構造的にも大きな変更の必要がない。

特に、前記短絡コイルに前記電気系共振周波数を調整するための付帯コイルとコンデンサとを接続して、ある特定の外乱の振動周波数と同じ周波数でインピーダンスが０になるように前述の付帯コイルとコンデンサの値と同様の値に設定した電気回路とすることにより、その周波数の外乱振動の入力に対して可動部分が変位した時に最大の減衰力が作用するようにすることができる。これは、外乱振動に対してのみ有効に減衰力が作用し、駆動特性には何ら影響を及ぼすことがない。したがって、例えば車載用レーザレーダなど、外乱の振動周波数がある程度特定される用途には特に有効である。

また、前記可動部分が、前記固定部分に板ばねを介して支持されていることにより、容易に１軸方向へ規制した移動を可能にすることができる。また、上記各構成の磁気駆動アクチュエータを外乱振動が入力される環境で用いることにより、その外乱振動に対する減衰効果が発揮され、好適に使用することができる。これは、外乱振動に対してのみ有効に作用し、駆動時には何ら影響を及ぼすことがない。したがって、例えば車載用レーザレーダなど、外乱の振動周波数がある程度特定される用途には特に有効である。

このように本発明によれば、駆動周波数とばね−マス系共振周波数とが大きく異なる磁気駆動アクチュエータにおいて、外乱が入力して可動部分が振動することによりコイルに生じる誘導起電力による振動減衰効果をばね−マス系共振周波数に対して大きく効かせるようにコイルを設定することにより、外乱振動に対しては制振作用が発揮され、駆動時にはその制振作用が影響しないようにすることができる。例えばコイルの形状・線径・巻数・材質を選定してコイルを最適化することにより可能であり、粘弾性材をばねに貼付したものにおける駆動特性に対する悪影響や温度によってその減衰特性が大きく変化するといった問題が生じない。また、例えばコイルの巻数を増やしたものを設けることにより、それによりコイル重量が増大するものの、外乱振動入力時の変位により生じる誘導起電力による電磁制振力を増大し得る。また、コイルの形状・線径・巻数・材質をそれぞれ別個に設定することができ、それにより推力や制振力の変更に対する設計自由度が増し、汎用性が高くなる。

また、通常、磁気駆動アクチュエータにあっては、コイル重量が小さくなるようにするべく、印加電流が大きい状態で必要な推力が得られるように設計している。それに対して、巻き数を増やすことにより印加電流を小さくしても略同一の推力を発生させることができ、コイルの軽量化を目的としたものよりも減衰効果を大きくすることができる。

あるいはコイルに並列に付帯コイルを設け、両コイル間にコンデンサを設けて、ある特定の外乱振動の周波数と同じ周波数で抵抗が０になるように前述の付帯コイルとコンデンサの値を設定することにより、その周波数の外乱振動の入力に対して可動部分が変位した時に最大の減衰力が作用するようにすることができる。したがって、例えば車載用レーザレーダなど、外乱振動の周波数がある程度特定される用途には特に有効である。

あるいは可動部分にコイルと略同一面上であって磁石に挟まれるように独立した短絡コイルを設けることにより、可動部分の重量が増大するものの外乱振動が入力して可動部分が変位したときに短絡したコイルにも誘導起電力が発生することから、駆動用のドライバの仕様にかかわらず減衰力を得ることが可能になる。また、その短絡コイルはコイルと略同一面上に配置されるので、構造的にも大きな変更の必要がない。

特に、短絡コイルにある特定の外乱振動の周波数と同じ周波数で抵抗が０になるように前述の付帯コイルのインダクタンスとコンデンサの容量とを設定した電気回路を接続することにより、その周波数の外乱振動の入力に対して可動部分が変位した時に最大の減衰力が作用するようにすることができる。したがって、例えば車載用レーザレーダなど、外乱振動の周波数がある程度特定される用途には特に有効である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用された車両の衝突防止のための走査型レーザレーダ装置に用いられるレーザ光走査用アクチュエータを示す斜視図である。また、図２はレーザ光走査用アクチュエータを示す上面図であり、図３は図２の矢印III線から見た側面図であり、図４は要部分解組み立て斜視図である。なお、図示例のレーザ光走査用アクチュエータにあっては、その前後・上下・左右の各方向を図１の矢印で示されるものとし、その前後を車両への取り付け状態で車両の前後方向に合わせるものとして、以下に説明する。

本レーザ光走査用アクチュエータは、図示されない車両ボディ（フレーム）に固定される固定ベース１と、片持ち支持手段として固定ベース１から延出する４枚の上下方向変位用板ばね２を介して支持された可動支持部としての矩形枠状のコイル支持体３と、コイル支持体３に４枚の左右方向変位用板ばね４を介して支持されたレンズホルダ５とを有する。そのレンズホルダ５には、出射手段としてのレーザダイオード６の出射光を通すための走査用レンズ７と、障害物などで反射して戻ってくる反射光を受光する受光フォトダイオード８に集光するための受光用レンズ９とが一体に設けられている。

上記４枚の上下方向変位用板ばね２は、各主面を１軸方向として図の上下方向に向けて、ベース１の上下方向に延在する立壁部の上下両面に各一端部を固定され、かつ後側へ互いに平行に延出するように配設されている。それら上下方向変位用板ばね２の各他端部がコイル支持体３の上下左右の適所に結合されている。板ばねの撓み方向がその形状から規制されるため、容易に上下方向変位用板ばね２を図の上下方向にのみ撓みようにすることができ、コイル支持体３は、ガイド手段を必要とせずに、ベース１に対して上下方向に変位自在に支持されていることになる。

本図示例のものにあっては、可動部分がレンズホルダ５になり、そのレンズホルダ５に対する固定部をコイル支持体３とみなすことができる。すなわち、レンズホルダ５の絶対的変位は、固定ベース１に対するものであり、その変位方向は上下左右方向となるが、コイル支持体３を固定部とみなした場合の相対的変位は、コイル支持体３に対するものとなり、その変位方向は左右方向となる。

なお、ベース１及びコイル支持体３は合成樹脂製であって良く、図示例では、上下方向変位用板ばね２の長手方向両端部に各一対の孔を設け、結合対象となるベース１及びコイル支持体３の対応する部分に突状ボス部を形成している。そして、突状ボス部に板ばねに設けた孔を嵌合し、板状の押さえ部材１０を板ばねに重ね合わせかつ押さえ部材１０に設けた結合孔を突状ボス部にはめて、板ばねの端部を結合対象に押さえ付けるようにして固定している。このようにして、簡単に組み付け可能にしている。また、これら各部品にあっては、板ばねをインサート成形することにより一体化することができ、その場合にはさらに簡単かつ位置精度が高い組付けを行うことが可能になる。

また、上記４枚の左右方向変位用板ばね４は、各主面を図の左右方向に向けて、コイル支持体３の図における左右の枠部に各一端部を固定され、かつ前側へ互いに平行にベース１を越えて延出するように配設されている。それら左右方向変位用板ばね４の各端端部がレンズホルダ５の適所に結合されている。これにより、左右方向変位用板ばね４が図の左右方向にのみ撓み得るため、レンズホルダ５は、ベース１に対して左右方向に変位自在に支持されていることになる。この左右方向変位用板ばね４の結合対象（コイル支持体３・レンズホルダ５）に対する固定も上記と同様である。なお、各押さえ部材１０は、それぞれ形状の違いがあるが、同一の符号を付している。

このレイアウトによれば、レンズホルダ５はベース１に対して各板ばね２・４を介して上下左右方向に変位自在に支持されている。そして、ベース１から後方に向けて上下方向変位用板ばね２が延出し、上下方向変位用板ばね２に結合されたコイル支持体３から前側へベース１を越えて左右方向変位用板ばね４が延出していることから、上下方向変位用板ばね２よりも左右方向変位用板ばね４の方が長い。すなわち、レンズホルダ５（レンズ７・９）の上下左右方向の各変位代は、左右方向に大きく取れるようにしている。これは、車載用レーダにあっては、進行方向に対する障害物などを検出するには、上下方向よりも左右方向に大きく走査するためである。

なお、レンズホルダ５は、左右方向変位用板ばね４の各端端部が結合された連結部５ａと、各レンズ７・９を保持するレンズ保持部５ｂとを有し、それら連結部５ａ及びレンズ保持部５ｂを図の左右方向に並列に配置するように例えば合成樹脂材にて一体成形されて形成されている。また、各レンズ７・９は、本図示例では軽量かつコンパクト化に好適なフルネルレンズであるが、それに限られるものではない。

次に、レンズホルダ５を上下左右方向に駆動するための駆動手段の構造について示す。上記コイル支持枠３に、左右方向に長軸を向けた長円形に巻かれた上下駆動用コイル１１が一体に固着されている。図５に併せて示されるように、その上下駆動用コイル１１と共働して磁気回路を構成するヨーク１２が、上下駆動用コイル１１をその長軸回りに外囲するようにベース１の立設壁の後面に固設されている。このヨーク１２とベース１との結合も凹凸のはめ合いによるものであって良い。なお、ヨーク１２は、上下駆動用コイル１１を挟んで対峙する両壁部１２ａ・１２ｂを有している。その一方（図示例ではベース１側）の壁部１２ａには、上下で磁極を変えた一対のマグネット１３ａ・１３ｂが固設されている。このようにして、上下駆動用コイル１１を挟む磁気回路（ヨーク１２、マグネット１３ａ・１３ｂ）が形成されている。

また、図６に併せて示されるように、レンズホルダ５の連結部５ａには、左右方向について各左右方向変位用板ばね４の内側に上下方向に延在する２本の支持枠５ｃが設けられており、それら両支持枠５ｃ間に、上下方向に長軸を向けた長円形に巻かれた左右駆動用コイル１４が設けられている。その左右駆動用コイル１４と共働して磁気回路を構成するヨークは、一対のＵ字状ヨーク１５を左右駆動用コイル１４のコイル軸線を対称軸とする対称形に互いに並列にかつ両者間に隙間を有して設けられている。なお、各コイル１１・１４にあっては、上述した板ばねの他の例と同様にインサート成形しても良く、板ばねの場合と同様に簡単かつ位置精度が高い組付けを行うことが可能になると共に、板ばね及びコイルを共にインサート成形するようにすれば、その効果をより一層高め得る。

両Ｕ字状ヨーク１５の開放端面には上記ヨーク１２と一体に形成されたＬ字状延出部１２ａが結合され、両Ｕ字状ヨーク１５は、各開放端面を延出部１２ａにより閉塞されると共に、延出部１２ａを介してヨーク１２に一体的に支持される。また、各Ｕ字状ヨーク１５の左右駆動用コイル１４を挟んで対峙する各両内面の一方（図示例では左右駆動用コイル１４の外側）には、左右駆動用コイル１４に対して同じ磁極を向けたマグネット１６ａ・１６ｂがそれぞれ固設されている。このようにして、左右駆動用コイル１４を挟む磁気回路（ヨーク１５、マグネット１６ａ・１６ｂ）が形成されている。

本図示例のものにあっては、図７に示されるように、各コイル１１・１４と図示されない外部駆動回路（駆動用ドライバ）とを各板ばね２・４を介して接続するものである。そのために、各板ばね２・４を導電性ばね材により形成すると共に、各板ばね２・４には、図７に良く示されるように、それぞれ一対の端子部２ａ及び４ａが両長手方向端に設けられている。各端子部２ａ・４ａは、各板ばね２・４をそれぞれベース１・コイル支持枠３・レンズホルダ５に結合した状態で露出するようにされている。

例えば、４枚の上下方向変位用板ばね２のベース１側の端子部２ａが外部駆動回路の出力端子とリード線を介して接続される。４枚の板ばね２の内の２枚のベース１側とは相反する側の各端子部２ａに上下駆動用コイル１１のコイル素線の両端が接続されている。また、４枚の板ばね２の残りの２枚のベース１側とは相反する側の各端子部２ａと、４枚の左右方向変位用板ばね４の内の２枚の対応する側（コイル支持体３側）の各端子部４ａとがリード線を介して接続されている。そして、それら２枚の板ばね４のコイル支持体３側とは相反する側の各端子部４ａに左右駆動用コイル１３のコイル素線の両端が接続されている。

このようにして駆動手段が構成されており、上下駆動用コイル１１に流す電流の向きを変えることにより、コイル支持体３をベース１に対して図５の矢印Ａに示されるように上下方向に変位させることができる。同様に、左右駆動用コイル１４に流す電流の向きを変えることにより、レンズホルダ５をコイル支持体３すなわちベース１に対して図６の矢印Ｂに示されるように左右方向に変位させることができる。

なお、本図示例における片持ち支持手段は、固定ベース１と可動部分としてのレンズホルダ５との間にコイル支持体３を介して各板ばね２・４を連結した構造からなるが、板ばねの代わりに線ばねを用い、固定ベース１により線ばねを介して直接的にレンズホルダ５を片持ち支持することができる。このようにしても、上記レイアウトを達成することができる。そして、板ばね２・４と、板ばね２・４により可動支持されている部品（レンズホルダ５・コイル支持体３・コイル１１・１４など）とにより本図示例におけるばね−マス系が構成されている。

このように構成された磁気駆動型アクチュエータを車載用として用いると、外乱が入力した時にコイル支持体３やレンズホルダ５の変位が特にそのばね−マス系の共振周波数で大きくなる。特に外乱振動が大きくその方向が投受光制御を行う方向と同じになる場合には、その方向の制御が困難になる。したがって、外乱振動が入力した時のコイル支持体３やレンズホルダ５の運動を減衰させる必要が生じる。コイルホルダ３に取り付けられた上下駆動用コイル１１やレンズホルダ５に取り付けられた左右駆動用コイル１４の形状、線径、巻数、材質を選定することにより、外乱入力によるばね−マス系の振動に対して誘導起電力による減衰効果を大きくすることが可能である。なお、外乱としては、ステップ状の波形のように入力したり、車体の固有振動として入力したりするものなどがある。

具体例として、レンズホルダ３の上下方向への推力を例えば２．７Ｎとして設定した場合について以下に示す。図８（ａ）の想像線に示される基準コイル２４を、素線径が０．１６mmのものを約２５０ターンで巻線して形成すると、その重量は約５ｇとなり、印加電流Ｉ１を３００ｍＡとすると上記推力２．７Ｎを発生する。基準コイルでの系全体の減衰係数は、内部抵抗が非常に小さい駆動回路を接続した場合には０．２４である。

それに対して、素線径を同じ０．１６mmとして、４６０ターンで巻線してコイルを形成することにより、図８（ａ）に示されるように基準コイル２４よりも大きな上下駆動用コイル１１になり、その重量は１０．３ｇになる。しかしながら、巻数を増大していることから、その印加電流Ｉ２を１６５ｍＡと減少しても、同じ２．７Ｎの推力が得られる。そして、本図示例の上下駆動用コイル１１にあっては、その系全体の減衰係数は、内部抵抗が非常に小さい駆動回路を接続した場合には０．４になる。

このように、例えば基準コイル２４に対して巻数を増大させて同一の推力を得るようにすることで減衰係数を大きくすることができる。したがって、通常の走査時に必要な駆動力を確保し、外乱による振動に対してコイル支持体３の変位量を小さくすることができ、投受光制御に対する外乱振動の影響を小さくすることができるため、良好な走査駆動特性が得られる。

本アクチュエータの動作において、駆動時（走査時）に駆動用ドライバ２５により印加電流Ｉ２を板ばね２に図８（ｂ）に示されるように供給すると、板ばね２・４を介して各コイル１１・１４が通電され、通電方向に応じた方向に電磁力が発生し、コイル支持体３またはレンズホルダ５（レンズ７・９）が変位する。例えば本図示例の車載用レーザレーダ装置の場合には所定の振幅及び周波数（例えば１Ｈｚ）で振らせる。それに対して、外乱入力時には、可動部分（レンズホルダ５・コイル支持体３）が外乱入力方向に変位し、それによりコイル１１・１４が磁気回路内で変位することから、コイル１１・１４に誘導起電力が発生して電流Ｉｂが流れ、外乱振動方向とは反対方向の推力を発生する電磁力が生じる。したがって、可動部分（レンズホルダ５・コイル支持体３）の外乱振動による運動を制止することができ、外乱振動に対して好適に減衰作用が働く。この制振力は、振動周波数が高い（変位速度が高い）ほど、また振幅が大きいほど大きく発揮される。それに対して、駆動周波数は上記例によれば１Ｈｚであり、またこのような車載用レーザレーダ装置では高々１０Ｈｚ程度駆動することになり、そのような低周波数では減衰作用が働いていないとみなせるため、駆動時には何ら問題が生じない。

ここで、通常のターン数（巻数）の少ないコイル（例えば上記基準コイル２４）を搭載したアクチュエータ（Ａ１）と、そのアクチュエータＡ１のばねに粘弾性材を貼り付けた従来例で示したような対策をしたアクチュエータ（Ａ２）と、そして外乱が入力したときに減衰効果が大きくなるようにコイル（例えば上記上下駆動用コイル１１）の形状・線径・巻数・材質を最適化させた本発明のアクチュエータ（Ａ３）とについて、駆動用ドライバによりコイルへの通電可能な状態で外乱振動として１〜１００Ｈｚのサイン波をスイープさせて入力したときの周波数応答線図を図９に示し、１〜１００Ｈｚのサイン波をスイープさせて電流を印加して駆動したときの周波数応答線図を図１０に示す。

駆動用ドライバの電源をオンした状態（コイルに通電可能な状態）で通常のアクチュエータＡ１に外乱が入力すると、本図示例のものにあっては図９の破線のようにばね−マス系共振周波数となる約４０Ｈｚ付近の振れ幅が大きい周波数特性になる。このときの振れ幅をさらに小さくしたい場合には、アクチュエータＡ１のばねに粘弾性材を貼り付けることにより図９の点線のような周波数特性を得ることが可能である（従来のアクチュエータＡ２）。しかし、粘弾性材を使用すると、図１０の点線のように駆動時の周波数応答特性にも影響が及ぶ。

それに対して、アクチュエータＡ１において、ばね−マス系共振周波数と同一の外乱入力周波数での振動に対して大きな制振力が発生するように、コイルの形状・線径・巻数・材質を設計してコイルの最適化を行うことができる。これにより、粘弾性材が無くても、外乱が入力した場合の振れ幅を図９の実線で示されるように従来のアクチュエータＡ２と同等レベルに小さくすることができる。また、粘弾性材を使用した場合における駆動時の周波数応答特性の悪化がないため、図１０の実線で示されるように、駆動時の周波数応答特性は通常のアクチュエータＡ１と同等レベルを確保することが可能になる。なお、コイルの最適化により制振力を大きくする周波数をばね−マス系共振周波数と一致させるものではなく、ばね−マス系共振周波数近辺で誘導起電力が大きくなって大きな制振力が得られるようにコイルを最適化すれば良い。

このように駆動周波数が低く、それに対して外乱入力振動数が高い環境で使用されるアクチュエータにおいて、コイルを最適化することで、外乱振動が入力された時のみにその外乱振動に対して強い減衰効果を得ることができる。そして、低い駆動周波数での変位では誘導起電力の発生が小さいため、駆動周波数に対してはその効果が発揮されないような制振力の周波数応答特性を得ることができる。また、粘弾性材を貼り付けないことから、温度変化による特性変化も小さくすることが可能になり、また部品点数の削減による低コスト化も実現し得る。

次に、本発明による外乱振動に対して減衰効果を高める手段の第２の例を図１１に示す。この第２の例にあっては、コイル１１に並列に付帯コイル２６を設けている。付帯コイル２６の一端がコンデンサ２７を介して、他端が抵抗Ｒ１を介して、コイル１１に接続されている。そして、外乱が入力されて振動すると上述したように逆起電力が発生する。

これらの回路はある特定の周波数で電気共振を起こしてインピーダンスが０になる。そして、その周波数から離れると徐々にインピーダンスが大きくなる。したがって、その外乱振動の周波数にこの電気系共振周波数を一致させることにより、駆動用ドライバがコイルに駆動電流を流していない時でも外乱が入力して振動した時には回路に逆起電力による電流が流れて、可動部分の運動に対して特にばね−マス系共振周波数で強い減衰効果が発揮されるようになる。また、本図示例のように減衰効果を発揮させたい所定の外乱振動周波数と駆動周波数帯域とが大きく異なる場合であれば、その外乱振動周波数に対して大きな制振力が発揮される電気系共振周波数を設定することから、周波数が大きく異なる駆動時には減衰効果が発揮されないように調整することができる。

この第２の例として、付帯コイル２６を４．２ｍＨとし、コンデンサ２７を５ｍＦとし、抵抗Ｒを１００Ωとして、約３５Ｈｚの電気共振周波数を設定した回路を接続したときのアクチュエータ（Ａ４）について、ＤＣ的に駆動したときの電流・変位特性図を図１２に示すと共に、コイルへの駆動電流を流さない状態で外乱振動として１〜１００Ｈｚのサイン波をスイープさせて入力したときの周波数応答線図を図１３に示す。併せて比較のために、駆動用ドライバによりコイルへの通電可能な状態で外乱振動を入力した場合のアクチュエータＡ１とアクチュエータＡ２との周波数応答特性と電流・変位特性とを、図１２・１３にアクチュエータＡ１を破線で、アクチュエータＡ２を点線でそれぞれ示す。

駆動周波数が減衰対象の外乱振動周波数と大きく異なる場合であれば、上記付帯コイル２６・コンデンサ２７・抵抗Ｒの回路を接続していても駆動時にその回路による減衰効果は働かず、その結果、印加電流を０から増加して駆動した場合と印加電流を減少させて０に至るまで駆動した場合との特性差（ヒステリシス）は図１２の実線（Ａ４）に示されるように発生しない。この点で、アクチュエータのばねに粘弾性材を貼り付けた従来例のアクチュエータＡ２（図１２の点線）と大きく異なる。したがって、アクチュエータＡ４にあっては温度変化による特性変化も小さい。一方、図１３に示されるように、外乱振動が入力したときには駆動用ドライバが作動していなくても、この回路の働きにより、駆動用ドライバによりコイルへの通電可能な状態のアクチュエータＡ２と同等の減衰効果が得られるようになる。したがって、この構造にあっては、減衰効果が駆動用ドライバ２５の作動状態に依存しないため、駆動用ドライバの内部抵抗が大きい場合などに好適である。

なお、抵抗Ｒの値を調整することにより減衰力の大きさを調整することが可能であるが、設けなくても良い。図１１に示されるように付帯コイル２６とコンデンサ２７とを並列に接続して、この回路による電気系共振周波数を所定の外乱振動周波数に一致させることにより、上述したものと反対のようにする（駆動周波数帯の外乱振動が入力した時には減衰効果を発揮させずに、その他の帯域では減衰効果を発揮させる）ことも可能である。これにより駆動周波数帯での制振作用を防止することができ、効率の良い駆動特性を得られると共に、その他の周波数帯に対する外乱振動に対しては好適に制振力が得られる。

次に、図１４及び図１５に本発明による外乱振動に対して減衰効果を高める手段の第３の例を、上記図示例と同様に上下駆動用コイルについて示す。なお、図１４は図５と同様の図であり、同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この第３の例にあっては、コイル１１を支持するべくコイル支持体３に形成されたコイルボビン３ａにより、例えばコイル１１に外囲されるように短絡コイル２８をコイル１１の内側に設けている。なお、短絡コイル２８は軸線方向に対してコイル１１と略同一面上に配置されている。このようにすることにより、短絡コイル２８をコイル支持体３から突出させることなく配設することができ、搭載場所に対する取り付けスペースに影響を及ぼすことがない。

この第３の例として、駆動用コイル２４の巻数を３００ターンとし、短絡コイル２８の巻数を２６０ターンとしたときのアクチュエータＡ５について、ＤＣ的に駆動したときの電流・変位特性を図１６に、駆動用ドライバを作動させないで外乱振動として１〜１００Ｈｚのサイン波をスイープさせて入力したときの周波数応答線図を図１７に示す。併せて比較のために、駆動用ドライバによりコイルへの通電可能な状態で外乱振動を入力した場合のアクチュエータＡ１とアクチュエータＡ２との電流・変位特性と周波数応答特性とを図１６・１７に、アクチュエータＡ１の場合を破線で、アクチュエータＡ２の場合を点線でそれぞれ示す。

図１６に示されるように、駆動周波数が外乱振動周波数と大きく異なる場合には、短絡コイルを搭載しても駆動時には減衰効果は働かず、ヒステリシスは発生しない。よって、温度変化による特性変化は生じない。一方、図１７に示されるように、外乱振動が入力したときには駆動用ドライバが作動していなくても、短絡コイルを搭載することによって、駆動用ドライバによりコイルへの通電可能な場合のアクチュエータＡ２と同等の大きな減衰効果が発揮されるようになる。したがって、この構造も駆動用ドライバ２５の内部抵抗が大きい場合に好適である。

また、減衰効果を短絡コイル２８により自由に設定できることから、駆動用コイルに制振作用をもたせるものに対して、減衰効果がドライバの特性に依存されない。併せて、駆動用コイルによる制振作用を考慮する必要がないので、駆動用コイルの設計自由度も高い。

次に、図１８に本発明による外乱振動に対して減衰効果を高める手段の第４の例を、上記図示例と同様に上下駆動用コイルについて示す。この第４の例にあっては、上記第３の例の短絡コイル２８に付帯コイル３０とコンデンサ２９とを接続したものである。このようにすることにより、第２の例と同様に、外乱入力時に可動部分が変位すると上下駆動用コイル１１に誘導起電力が生じ、その起電力が制振作用として働く。

これらの回路は、ある特定の周波数で電気共振を起こしてインピーダンスが０になる。そして、その周波数から離れると徐々にインピーダンスが大きくなる。したがって、車載用途のように外乱振動周波数と駆動周波数帯域とが大きく異なるように設定することができる場合には、回路の電気系共振周波数をばね−マス系共振周波数に一致させることにより、駆動用ドライバが作動していないときでも、その周波数の外乱振動が入力されたときのみ回路に逆起電力による電流が流れて、可動部分の運動に対して減衰効果が発揮され、一方駆動時には減衰効果が発揮されることがないため、特に好適に使用することができる。また、この短絡コイル２８とコンデンサ２９との値を調整することにより周波数特性の調整が可能であるため、減衰効果が駆動用ドライバの特性に依存されない。このため、駆動用コイルの設計自由度も高くなる。

なお、上記各例においてコイルとして上下駆動用コイル１１について示したものにあっては、左右駆動用コイル１４についても同様であり、その説明を省略する。

本発明にかかる磁気駆動アクチュエータは、外乱振動に対しては制振作用が発揮され、駆動時にはその制振作用が影響しないようにすることができるため、走査型レーザレーダ装置等として有用である。

本発明が適用されたレーザ光走査用アクチュエータを示す斜視図である。 図１のレーザ光走査用アクチュエータの上面図である。 図２の矢印III線から見た側面図である。 図１のレーザ光走査用アクチュエータの要部分解組み立て斜視図である。 上下方向駆動磁気回路を示す要部破断側面図である。 左右方向駆動磁気回路を示す要部破断平面図である。 板ばねとコイルとの電気的接続状態を示す斜視図である。 （ａ）は本発明に基づくコイルと通常のコイルとを比較して示す模式図であり、（ｂ）はコイルの模式的駆動回路図である。 外乱振動が入力した場合のアクチュエータの周波数応答特性を示す図である。 駆動した場合のアクチュエータの周波数応答特性を示す図である。 第２の例を示すコイルの模式的駆動回路図である。 第２の例におけるＤＣ的に駆動した場合のアクチュエータの変位特性を示す図である。 第２の例における外乱振動が入力した場合のアクチュエータの周波数応答特性を示す図である。 第３の例を示す図５と同様の図である。 第３の例を示す要部模式的斜視図である。 第３の例におけるＤＣ的に駆動した場合のアクチュエータの変位特性を示す図である。 第３の例における外乱振動が入力した場合のアクチュエータの周波数応答特性を示す図である。 第４の例を示す回路図である。

符号の説明

１ 固定ベース
２ 上下方向変位用板ばね
３ コイル支持体
４ 左右方向変位用板ばね
５ レンズホルダ
６ レーザダイオード
７ 走査用レンズ
８ 受光フォトダイオード
９ 受光用レンズ
１０ 押さえ部材
１１ 上下駆動用コイル
１２ ヨーク
１３ａ・１３ｂ マグネット
１４ 左右駆動用コイル
１５ Ｕ字状ヨーク
１６ａ・１６ｂ マグネット
２４ 基準コイル
２５ 駆動用ドライバ
２６ 付帯コイル
２７ コンデンサ
２８ 短絡コイル
２９ コンデンサ
３０ 付帯コイル

Claims (7)

1. 固定部分と、前記固定部分により１軸方向以上に変位自在に支持された可動部分と、前記可動部分を変位させるための磁気回路とを有する磁気駆動アクチュエータであって、
   前記磁気回路が、前記可動部分に設けられたコイルと、前記コイルを挟むように前記固定部分に設けられた磁石とを有し、
   外乱による前記可動部分の振動を前記コイルに発生する誘導起電力により減衰させるべく、前記コイルによる制振力が、ばね−マス系の共振周波数で前記可動部分が振動する時に最大となるように設定されていることを特徴とする磁気駆動アクチュエータ。
2. 前記可動部分を変位させる駆動周波数が、該駆動周波数で前記可動部分が変位した場合の前記コイルによる制振力が駆動特性に影響を及ぼすことがないように、前記ばね−マス系の共振周波数から離れた低周波数で発生するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気駆動アクチュエータ。
3. 固定部分と、前記固定部分により１軸方向以上に変位自在に支持された可動部分と、前記可動部分を変位させるための磁気回路とを有する磁気駆動アクチュエータであって、
   前記磁気回路が、前記可動部分に設けられたコイルと、前記コイルを挟むように前記固定部分に設けられた磁石とを有し、
   外乱による前記可動部分のばね−マス系の振動をコイルに発生する誘導起電力により減衰させるべく、付帯コイルを前記コイルに並列に設けると共に前記両コイル間にコンデンサを接続したことを特徴とする磁気駆動アクチュエータ。
4. 固定部分と、前記固定部分により１軸方向以上に変位自在に支持された可動部分と、前記可動部分を変位させるための磁気回路とを有する磁気駆動アクチュエータであって、
   前記磁気回路が、前記可動部分に設けられたコイルと、前記コイルを挟むように前記固定部分に設けられた磁石とを有し、
   外乱による前記可動部分のばね−マス系の振動をコイルに発生する誘導起電力により減衰させるべく、前記誘導起電力を発生させる短絡コイルを、前記可動部分に、前記コイルと略同一面上であって前記磁石に挟まれるように独立させて配設したことを特徴とする磁気駆動アクチュエータ。
5. 前記短絡コイルに、電気系共振周波数を調整するための付帯コイルとコンデンサとが接続されていることを特徴とする請求項４に記載の磁気駆動アクチュエータ。
6. 前記可動部分が、前記固定部分に板ばねを介して支持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の磁気駆動アクチュエータ。
7. 外乱振動が入力される環境で用いられることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の磁気駆動アクチュエータ。

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