JP2008203567A - 共振周波数調整装置および共振周波数調整方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】共振周波数調整装置は、振動系60の共振周波数を測定する測定手段2と、可動板611の板面上に複数の液種の液滴を付与することができる液滴付与手段4と、測定手段2の測定結果に基づいて、可動板611の板面上における液滴の付与位置、当該付与位置に付与する液種および液滴数の組み合わせを求め、その条件で液滴の付与を実行するように液滴付与手段4を制御する制御手段3とを有し、可動板611の板面上に液滴を付与した後、それを硬化または固化させて、可動板611の回動中心軸X1まわりの慣性モーメントを増加させ、振動系60の共振周波数を調整するように構成されている。
【選択図】図1
Description
このような捩り振動子においては、ミラー基板の回動中心軸まわりの慣性モーメントとねじり梁のバネ定数とで定まる共振周波数と等しい周波数で駆動させることで、ミラー基板の回動角を大きくすることができる。
そこで、このような共振周波数のズレを補正する方法として、ミラー基板の板面に樹脂などの質量片を付着させ、ミラー基板の回動中心軸まわりでの慣性モーメントを増加させることで、捩り振動子の共振周波数を目的の共振周波数に合わせ込む方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
本発明の共振周波数調整装置は、回動可能に支持された可動板を備える振動系の共振周波数を測定する測定手段と、
前記可動板の板面上に、樹脂材料を含む複数の液体のそれぞれの液滴を付与することのできる液滴付与手段と、
前記測定手段の測定結果に基づいて、前記可動板の板面上における前記液滴の付与位置、当該付与位置に付与する液種および液滴数の組み合わせを求め、その条件で前記液滴の付与を実行するように前記液滴付与手段を制御する制御手段とを有し、
前記測定手段の測定結果に基づいて前記液滴付与手段を作動させ、前記可動板の板面上に前記液滴を付与した後、それを硬化または固化させて、前記可動板の回動中心軸まわりの慣性モーメントを増加させ、前記振動系の共振周波数を調整するように構成されていることを特徴とする。
これにより、極めて効率的にかつ正確に前記振動系の共振周波数を調整することができる共振周波数調整装置を提供することができる。
これにより、前記振動系の共振周波数を調整するために必要な液適数を少なくすることができ、極めて効率的に前記振動系の共振周波数を調整することができる。
これにより、前記可動板の平面視にて、前記可動板の重心を前記回動中心軸上のほぼ中央に保つことができる。その結果、極めて優れた回動特性を備える前記振動系を提供することができる。
このように、各付与部位における液滴数の上限値を定めることで、液滴の垂れ、にじみ等を防止することができ、極めて正確に振動系の共振周波数を調整することができる。
本発明の共振周波数調整装置では、前記液滴の付与位置に付与することのできる液滴数には、上限値が定められていることが好ましい。
これにより、前記振動系の共振周波数を調整するために必要な液滴数を少なくすることができ、極めて効率的に前記振動系の共振周波数を調整することができる。
前記制御部は、前記可動板の前記光反射部が設けられている面とは反対の面上にて、前記液滴を付与する付与部位を決定するように構成されていることが好ましい。
これにより、前記可動板の前記光反射部が設けられていない側の板面の全域から、前記液滴の付与位置を決定することができるため、前記振動系の共振周波数を広い範囲にて、かつ、正確に調整することができる。また、前記可動板の小型化を図ることもできる。
前記制御部は、前記可動板の前記光反射部が設けられている面上にて、前記液滴の付与部位を決定するように構成されていることが好ましい。
通常、前記可動板の前記光反射部が設けられた面は、光走査を行うために外部に露出している。そのため、前記可動板の光反射部が設けられた面に前記液滴を付与するように構成することで、極めて簡単に可動板の板面上に液滴を付与することができる。
前記振動系の共振周波数を測定する第1の工程と、
前記第1の工程の測定結果に基づいて、前記可動板の板面上における前記液滴の付与位置、当該付与位置に付与する液種および液滴数の組み合わせを求める第2の工程と、
前記第2の工程で求められた前記組み合わせに基づいて前記可動板の板面上に前記液滴を付与したのち、それを硬化または固化させる第3の工程とを含んでいることを特徴とする。
これにより、極めて効率的にかつ正確に前記振動系の共振周波数を調整することができる。
これにより、前記振動系の共振周波数を調整するために必要な液適数を少なくすることができ、極めて効率的に前記振動系の共振周波数を調整することができる。
これにより、前記可動板の平面視にて、前記可動板の重心を前記回動中心軸上のほぼ中央に保つことができる。その結果、極めて優れた回動特性を備える前記振動系を提供することができる。
これにより、前記振動系の共振周波数を調整するために必要な液滴数を少なくすることができ、極めて効率的に前記振動系の共振周波数を調整することができる。
本発明の共振周波数調整方法では、前記液滴の付与位置に付与することのできる液滴数には、上限値が定められていることが好ましい。
このように、各付与部位における液滴数の上限値を定めることで、液滴の垂れ、にじみ等を防止することができ、極めて正確に振動系の共振周波数を調整することができる。
<第1実施形態>
まず、本発明の共振周波数調整装置の第1実施形態を説明する。
図1は、本発明の共振周波数調整装置の第1実施形態を示す斜視図、図2は、図1に示す共振周波数調整装置で共振周波数の調整が行われるアクチュエータを示す部分断面斜視図、図3は、図2に示すアクチュエータに印加する交流電圧の一例を示す図、図4は、図1に示す共振周波数調整装置が備える測定装置を示すブロック図、図5は、図1に示す共振周波数調整装置が備える液滴付与装置を示す図、図6は、アクチュエータが備える可動板の上面図、図7は、図1に示す共振周波数調整装置の作動を示すフローチャート、図8は、図7に示すS2のサブルーチンを示すフローチャートである。
なお、以下では、説明の便宜上、図1に示すような互いに直交する軸をそれぞれ「X軸」、「Y軸」、「Z軸」とし、さらに、X軸に平行な方向を「X軸方向」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」とする。
図2に示すように、アクチュエータ6は、振動系60を備える基体61と、接合層63を介して基体61を支持する支持基板62と、支持基板62の下面に接合している対向基板64と、対向基板64の上面に設けられた1対の固定電極651、652とを備えている。
可動板611の上面には、光反射性を有する光反射部611aが設けられている。これにより、アクチュエータ6を加速度センサ、角速度センサなどのMEMS応用センサや、光スキャナ、光スイッチ、光アッテネータなどの光学デバイスに用いることができる。
このような可動板611は、1対の連結部613、614を介して支持部612に支持されている。
このような1対の連結部613、614を介して可動板611を支持する支持部612は、枠状をなし、可動板611の平面視にて、可動板611の外周を囲むように設けられている。
以上のような基体61は、接合層63を介して支持基板62と接合している。
このような支持基板62は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。支持基板62は、枠状をなし、可動板611の平面視にて、支持部612とほぼ同一形状をなしている。
支持基板62の下面には、対向基板64が接合されている。このような対向基板64は、板状をなしており、その上面に可動板611を回動駆動させるための1対の固定電極651、652が設けられている。
1対の固定電極651、652は、可動板611の平面視にて、可動板611に対応するように対向基板64の上面に設けられている。また、1対の固定電極651、652は、可動板611の平面視にて、回動中心軸X1を介して互いに離間するように、かつ、回動中心軸X1に対して対称となるように設けられている。
まず、基体61をアースする。そして、例えば、図3(a)に示すような電圧を固定電極651に印加するとともに、図3(b)に示すような電圧を固定電極652に印加する。すなわち、固定電極651にのみ電圧を印加している状態と、固定電極652にのみ電圧を交互に印加している状態とを交互に繰り返す。これにより、可動板611と固定電極651との間に静電引力(クーロン力)が発生している状態と、可動板611と固定電極652との間に静電引力が発生している状態とを交互に繰り返すことができる。その結果、1対の連結部613、614のそれぞれを捩り変形させて可動板611を回動中心軸X1まわりに回動させることができる。このことから、可動板611と1対の連結部613、614とで振動系60を構成していると言える。
ここで、1対の固定電極651、652のそれぞれに印加する電圧の周波数を振動系60の共振周波数と一致させることで、可動板611を大きく回動させることができる。
このような共振周波数調整装置1は、液滴付与装置4を作動させて、可動板611の板面上に液滴を付与した後、それを固化または硬化(以下、単に「固化」という)させて、可動板611の回動中心軸X1まわりの慣性モーメントを増加させ、振動系60の共振周波数を調整するように構成されている。
このような移動装置7の進行方向の途中には、振動系60の共振周波数を測定する測定装置2と、可動板611に液滴を付与するための液滴付与装置4とが設けられている。すなわち、共振周波数調整装置1は、アクチュエータ6をステージ5上に固定した状態で移動装置7を作動させ、測定装置2で振動系60の共振周波数を測定し、液滴付与装置4で可動板611の板面上に複数の液種の液滴を付与するように構成されている。これにより、極めて効率的に振動系60の共振周波数を変更、調整することができる。
移動装置7上には、ステージ5が設けられている。このようなステージ5は、図1に示すように、移動装置7に固定された基台51と、基台51に対して回転可能な回転盤52とを備えている。
そして、固定電極651、652に印加する交流電圧の周波数が所定値(例えば、32KHz)になるまで、可動板611の回転角度の測定を繰り返し行う。この測定結果から、振動系60の共振周波数が求まる。
位置制御装置44は、制御部3からの信号に応じて、液滴吐出部43をY軸方向、およびZ軸方向に沿って移動させる。さらに、位置制御装置44は、制御部3からの信号に応じてZ軸まわりにも液滴吐出部43を回転させる。
以上、共振周波数調整装置1の構成について説明した。
そして、移動装置7を作動し、ステージ5を第2の位置に移動する。そして、測定装置2により振動系60の共振周波数(以下、この共振周波数を「f1」とする)を測定する。測定方法としては、前述した通りであるため、その説明を省略する。測定装置2により測定された振動系60の共振周波数f1のデータは、制御部3に送られ蓄積させる。
IS=M×R2(kg・m2)‥‥‥(1)
この時点で制御部3には、共振周波数f0、共振周波数f1および共振周波数f2のそれぞれのデータが蓄積されていることとなる。そして、制御部3は、この3つの共振周波数f0、f1、f2のデータから共振周波数f1と共振周波数f2とを用いて、振動系60を構成する可動板611の慣性モーメント(以下、この慣性モーメントを「I」とする)と、1対の連結部613、614の捩れバネ定数(以下、このバネ定数を「K」とする)とを求める(S203)。具体的には、以下に示す式(2)に共振周波数f1の値を代入し、同様に、以下に示す式(3)に共振周波数f2の値および慣性モーメントISの値をそれぞれ代入する。その結果、慣性モーメントIとバネ定数Kとを求めることができる。
f1=1/2π√(k/I)‥‥‥(2)
f2=1/2π√{k/(I+IS)}‥‥‥(3)
f0=1/2π√{k/(I+IS+ΔI)}‥‥‥(4)
このような液滴付与可能位置P1〜P30は、回動中心軸X1に平行な複数の線分L1〜L6と、可動板611の平面視にて回動中心軸X1に直交する複数の線分L7〜L11との交点上に位置している。
線分L7は、可動板611の平面視にて、可動板611の重心を通り、回動中心軸X1に直交する線分である。そして、線分L8と線分L9、および、線分L10と線分L11のそれぞれは、線分L7に対して対称である。
そして、線分L3上の液滴付与可能位置P11〜P15および線分L4上の液滴付与可能位置P16〜P20のそれぞれに、前記上限値と等しい滴数の液滴Aを付与した場合の可動板611の回動中心軸X1まわりの慣性モーメントの増加量(以下、この増加量を「ΔIB」とする)と(ΔI−ΔIA)とを比較する(S208)。
ここで、線分L5上の液滴付与可能位置P21〜P25および線分L6の液滴付与可能位置P26〜P30のそれぞれに、前記上限値と等しい滴数の液滴Aを付与した場合の可動板611の慣性モーメントの増加量(以下、この増加量を「ΔIC」とする)は、{ΔI−(ΔIA+ΔIB)}よりも大きい。
(mAρAnA)X2=ΔI‥‥‥(5)
式(5)の関係を満たす場合には、液滴Aの液滴数をnAとし、液滴B、Cの液滴数をそれぞれ0とする。
(mAρAnA)X2<ΔI‥‥‥(6)
そして、制御部3は、液滴AをnAMAX滴、液滴BをnB滴付与した場合の、可動板611の回動中心軸X1まわりの慣性モーメントの増加量がΔIと等しくなるかを求める。すなわち、以下に示す式(7)を満たすか否かを判断する。
(mAρAnAMAX)X2+(mBρBnB)X2=ΔI‥‥‥(7)
式(7)の関係を満たす場合には、液滴Aの液滴数をnAMAXとし、液滴Bの液滴数をnBとし、液滴Cの液滴数を0とする。
(mAρAnAMAX)X2+(mBρBnB)X2<ΔI‥‥‥(8)
そして、制御部3は、液滴AをnAMAX滴、液滴BをnBMAX滴、液滴CをnC滴付与した場合の、可動板611の回動中心軸X1まわりの慣性モーメントの増加量がΔIと等しくなるかを求める。すなわち、以下に示す式(9)を満たすか否かを判断する。
(mAρAnAMAX)X2+(mBρBnBMAX)X2+(mCρCnC)X2=ΔI‥‥‥(9)
式(9)の関係を満たす場合には、液滴Aの液滴数をnAMAXとし、液滴Bの液滴数をnBMAXとし、液滴Cの液滴数をnCとする。
(mAρAnAMAX)X2+(mBρBnBMAX)X2+(mCρCnC)X2<ΔI‥‥‥(10)
このようにして、液滴付与可能位置P1〜P10上に付与すべき液滴A、液滴B、液滴Cのそれぞれの液滴数を算出する。
そして、制御部3は、求められた各液滴A〜Cの液滴数に基づいて、液滴付与可能位置P1〜P10から液滴Aの付与位置と、液滴Bの付与位置と、液滴Cの付与位置とを選択する。このとき、例えば、各液滴付与可能位置P1〜P10には、液滴A〜Cのうち1種の液滴のみを付与することとしてもよいし、液滴A〜Cのうち2種以上の液滴を付与することとしてもよい。
さらに、制御部3は、可動板611の重心を通り、かつ回動中心軸X1に直交する線分(すなわち、線分L7)に対してなるべく対称となるように、各液滴A〜Cの付与位置および、その付与位置にける液滴数を決定する。
このようにして、制御部3は、液滴の付与位置と、その付与位置における液種および液滴数との組み合わせを求める。
そして、決定された組み合わせに基づいて、液滴付与装置4を作動させ、可動板611の板面上に液滴を付与した後、それを前述した図示しない固化手段により固化させる(S3)。
共振周波数調整装置1は、以上の様にして、振動系60の共振周波数を調整する。
また、各液滴付与可能位置P1〜P30から選択された液滴の付与位置における液滴数に、上限値が定められていることで、液滴の垂れ、にじみ等を防止することができ、極めて正確に振動系60の共振周波数を調整することができる。
次に、本発明の共振周波数調整装置の第2実施形態について説明する。
図9は、本発明の共振周波数調整装置の第2実施形態を示す斜視図、図10は、図9に示す共振周波数調整装置によって共振周波数の調整が行われるアクチュエータが備える可動板の下面図である。なお説明の便宜上、図9中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」と言う。
本発明の第2実施形態にかかる共振周波数調整装置1Aは、可動板611の下面(光反射部が設けられている面とは反対の面)に、液滴を付与するように構成されている以外は、第1実施形態の共振周波数調整装置1とほぼ同様である。また、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
ステージ5Aは、移動手段5上に設けられた基台51と、基台51に対してZ軸に回転可能な回転盤52と、回転盤52上に設けられた固定部材53Aとを有している。
固定部材53Aは、アクチュエータ6のうちの基体61を支持するための部材である。ここで、基体61を固定する際には、基体61が備える可動板611の裏面(光反射部611aとは反対側の面)が図9中の上側を向くように基体61を固定する。このように基体61を固定することで、可動板611の裏面に液滴を付与することができる。
また、固定部材53Aには、基体61が備える振動系60を駆動させるための図示しない駆動手段が設けられている。固定部材53Aに固定された基体61には、振動系60を駆動させるための固定電極などの駆動手段が設けられていないため、固定部材53Aに駆動手段を設けることで、ステージ5上にて振動系60を駆動可能とする。
可動板611の裏面には、光反射部611aが設けられていない。そのため、図10に示すように、この裏面には、全域にわたって液滴付与可能位置Pが定められている。したがって、振動系60の共振周波数を広い範囲にて、かつ、正確に調整することができる。また、可動板611の光反射部611aが設けられた面に液滴を付与する場合に比べて可動板611の小型化を図ることもできる。
このような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
また、前述した実施形態では、各液滴付与可能位置に付与する液滴の量(質量)が、液滴数により制御されているものについて説明したが、これに限定されず、例えば、制御部によってノズルから吐出される液滴の吐出量を制御し、1回の吐出で所定量の液滴を付与するように構成されていてもよい。
Claims (12)
- 回動可能に支持された可動板を備える振動系の共振周波数を測定する測定手段と、
前記可動板の板面上に、樹脂材料を含む複数の液体のそれぞれの液滴を付与することのできる液滴付与手段と、
前記測定手段の測定結果に基づいて、前記可動板の板面上における前記液滴の付与位置、当該付与位置に付与する液種および液滴数の組み合わせを求め、その条件で前記液滴の付与を実行するように前記液滴付与手段を制御する制御手段とを有し、
前記測定手段の測定結果に基づいて前記液滴付与手段を作動させ、前記可動板の板面上に前記液滴を付与した後、それを硬化または固化させて、前記可動板の回動中心軸まわりの慣性モーメントを増加させ、前記振動系の共振周波数を調整するように構成されていることを特徴とする共振周波数調整装置。 - 前記制御手段は、前記可動板の板面上における前記可動板の回動中心軸から遠位の部位を優先的に前記液滴の付与位置とするように構成されている請求項1に記載の共振周波数調整装置。
- 前記制御手段は、前記可動板の重心を通り、かつ、前記回動中心軸に直交する線分に近い位置を優先的に前記液滴の付与位置とするように構成されている請求項2に記載の共振周波数調整装置。
- 前記制御手段は、前記複数の液体のうち比重が重いものを優先的に付与するように構成されている請求項1ないし3のいずれかに記載の共振周波数調整装置。
- 前記液滴の付与位置に付与することのできる液滴数には、上限値が定められている請求項1ないし4のいずれかに記載の共振周波数調整装置。
- 前記可動板の一方の面には、光反射性を有する光反射部が設けられており、
前記制御部は、前記可動板の前記光反射部が設けられている面とは反対の面上にて、前記液滴を付与する付与部位を決定するように構成されている請求項1ないし5のいずれかに記載の共振周波数調整装置。 - 前記可動板の一方の面には、光反射性を有する光反射部が設けられており、
前記制御部は、前記可動板の前記光反射部が設けられている面上にて、前記液滴の付与部位を決定するように構成されている請求項1ないし5のいずれかに記載の共振周波数調整装置。 - 可動板の板面上に樹脂材料を含む液体の液滴を付与することで、回動可能に支持された前記可動板を備える振動系の共振周波数を調整する共振周波数調整方法であって、
前記振動系の共振周波数を測定する第1の工程と、
前記第1の工程の測定結果に基づいて、前記可動板の板面上における前記液滴の付与位置、当該付与位置に付与する液種および液滴数の組み合わせを求める第2の工程と、
前記第2の工程で求められた前記組み合わせに基づいて前記可動板の板面上に前記液滴を付与したのち、それを硬化または固化させる第3の工程とを含んでいることを特徴とする共振周波数調整方法。 - 前記第2の工程では、前記可動板の板面上における前記可動板の回動中心軸から遠位の部位を優先的に前記液滴の付与位置とする請求項8に記載の共振周波数調整方法。
- 前記第2の工程では、前記可動板の重心を通り、かつ、前記回動中心軸に直交する線分に近い位置を優先的に前記液滴の付与位置とする請求項8または9に記載の共振周波数調整方法。
- 前記第2の工程では、前記複数の液体のうち比重が重いものを優先的に付与するように構成されている請求項8ないし10のいずれかに記載の共振周波数調整方法。
- 前記液滴の付与位置に付与することのできる液滴数には、上限値が定められている請求項8ないし11のいずれかに記載の共振周波数調整方法。
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