JP2024059147A

JP2024059147A - 揺動装置

Info

Publication number: JP2024059147A
Application number: JP2022166640A
Authority: JP
Inventors: 伸司南澤
Original assignee: Nidec Instruments Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2022-10-18
Filing date: 2022-10-18
Publication date: 2024-05-01

Abstract

【課題】、可動体を２軸周りに揺動させる揺動装置において、可動体のイナーシャを小さくすることにより高い共振周波数でのチルト動作を可能にする。
【解決手段】揺動装置１は、可動体３と、可動体３をＸ軸周りおよびＹ軸周りに揺動可能に支持する揺動支持機構４と、固定体５と、可動体３をＸ軸周りに揺動させる第１磁気駆動機構６と、可動体３をＹ軸周りに揺動させる第２磁気駆動機構７を備える。第１磁気駆動機構６は、Ｚ軸方向（第３軸方向）から見て可動体３と重なる。第２磁気駆動機構７は、Ｚ軸方向から見てＹ軸と重なっており、Ｚ軸方向から見て可動体３のＹ軸方向の両側、もしくは、Ｚ軸方向から見て可動体３のＹ１側およびＹ２側のいずれか一方の位置に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、可動体を揺動させる揺動装置に関する。

従来から、レーザー光などの走査光を射出して反射光を検知し、反射光が戻ってくるまでの時間を計測することで対象物までの距離や方向、形状などを測定する計測装置が用いられている。この種の計測装置では、走査光を反射するミラーを所定の周波数で揺動させるチルト動作を行ってパルス光を射出する。

特許文献１には、走査光を反射するミラーを揺動させるための揺動装置が記載される。特許文献１の揺動装置（光スキャナ装置）は、ミラーが配置される矩形の可動体（可動体）と、可動体を囲む矩形枠状の固定体（固定体）とを板バネで接続した揺動支持機構を備えており、可動体に配置されるコイルと固定体に配置される磁石とを備えた磁気駆動回路の駆動力により、ミラーが回転軸線周りに駆動される。ミラーを駆動する際は、回転軸線周りのチルト動作の共振周波数で磁気駆動回路を駆動する。

走査光を射出する計測装置には、走査光を反射するミラーを互いに直交する２軸周り（第１軸周りおよび第２軸周り）に揺動させる揺動装置を備えるものがある。この種の揺動装置として、可動体と固定体との間に中間可動枠を設け、可動体と中間可動枠を第１軸周りに回転可能に接続し、中間可動枠と固定体とを第２軸周りに回転可能に接続したものがある。可動体には、第１軸周りの駆動力を発生させる第１磁気駆動回路の磁石またはコイルが配置される。中間可動枠には、第２軸周りの駆動力を発生させる第２磁気駆動回路の磁石またはコイルが配置される。

特開２０００－３３００６７号公報

可動体、中間可動枠、固定体を備えた揺動装置において、磁気駆動回路を用いて可動体や中間可動枠を揺動させる場合に、配線接続が必要なコイルを固定体に配置し、配線接続が不要な磁石を可動体や中間可動枠に配置することにより、配線を簡素化するものがある。このような構成では、揺動する部材（可動体、中間可動枠）に重量の大きい磁石が配置されるため、可動体を回転させる際のイナーシャが大きくなる場合がある。イナーシャが大きくなりすぎると、高い周波数で揺動させることが困難になる。

例えば、中間可動枠を揺動させる第２磁気駆動機構の磁石は、中間可動枠の側面（第２軸からの距離が最も遠い箇所）に搭載される。このような磁石配置により、回転軸線から遠い位置に駆動力が加わるため、高いトルクが得られるが、その一方で、第２軸周りに揺動する際のイナーシャが非常に大きくなってしまうため、高い共振周波数で揺動させることが困難になる。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、可動体を２軸周りに揺動させる揺動装置において、可動体のイナーシャを小さくすることにより高い共振周波数でのチルト動作を可能にすることにある。

上記の課題を解決するために、本発明の揺動装置は、可動体と、互いに交差する３軸を第１軸、第２軸、第３軸とする場合に、前記可動体を前記第１軸を中心として揺動可能に支持するとともに、前記可動体を前記第２軸を中心として揺動可能に支持する揺動支持機構と、前記揺動支持機構を介して前記可動体を支持する固定体と、前記可動体を前記第１軸を中心として揺動させる第１磁気駆動機構と、前記可動体を前記第２軸を中心として揺動させる第２磁気駆動機構と、を有し、前記揺動支持機構は、前記可動体と前記固定体との間に配置される支持体と、前記可動体と前記支持体とを前記第１軸を中心として相対回転可能に接続する第１接続機構と、前記支持体と前記固定体とを前記第２軸を中心として相対回転可能に接続する第２接続機構と、を備え、前記第３軸に沿う方向を第３軸方向とする場合に、前記第１磁気駆動機構は、前記第３軸方向から見て前記可動体と重なり、前記第２磁気駆動機構は、前記第３軸方向から見て前記第２軸と重なることを特徴とする。

本発明によれば、第１磁気駆動機構が可動体と第３軸方向で重なるため、可動体の第１軸周りの回転中心である第１軸に近い位置に第１磁気駆動機構の磁石を配置できる。従って、可動体を第１軸周りに揺動させるときのイナーシャを小さくすることができる。また、第２磁気駆動機構が第２軸と第３軸方向で重なるため、可動体の第２軸周りの回転中心と重なる位置に第２磁気駆動機構の磁石を配置できる。従って、可動体および支持体を第２軸周りに揺動させるときのイナーシャを小さくすることができる。イナーシャを小さくできれば、可動体のチルト動作を高い共振周波数で行うことが可能となる。

本発明において、前記第２軸に沿う方向を第２軸方向とする場合に、前記第２磁気駆動機構は、前記可動体の前記第２軸方向の両側のうちの少なくとも一方の位置に配置されることが好ましい。このようにすると、可動体の第２軸周りの回転中心と重なる位置に第２磁気駆動機構を配置できる。また、可動体の第２軸方向の両側に第２磁気駆動機構を配置した場合には、可動体を中心として第２磁気駆動機構を対称に配置できるので、可動体および支持体に対してバランスよく駆動力を加えることができる。従って、安定したチルト動作を行わせることができる。

本発明において、前記支持体は、前記第３軸方向から見て前記可動体と重なる開口部を備える中間可動枠であることが好ましい。このようにすると、中間可動枠を軽量化できるので、可動体および中間可動枠を第２軸周りに揺動させるときのイナーシャを小さくすることができる。また、開口部を介して可動体と固定体とを第３軸方向で対向させることができるので、第３軸方向から見て可動体と重なる第１磁気駆動機構のコイルを固定体に配置することができる。

本発明において、前記第１磁気駆動機構は、前記可動体に配置される第１磁石と、前記固定体に配置されて前記開口部を介して前記第１磁石と前記第３軸方向で対向する第１コイルと、を備え、前記第２磁気駆動機構は、前記中間可動枠に配置される第２磁石と、前記固定体に配置されて前記第２磁石と前記第３軸方向で対向する第２コイルと、を備えることが好ましい。このように、コイルを固定体に配置することにより、配線作業が容易である。また、可動体および支持体に磁石を配置した場合でも、磁石を回転軸（第１軸、第２軸）上あるいはその近傍に配置できるので、イナーシャを小さくできる。

本発明において、前記第１磁石および前記第２磁石の着磁方向は、前記第３軸方向であることが好ましい。このようにすると、コイルに通電した際、コイルと磁石との間に作用するローレンツ力によって可動体を回転させることができる。

本発明において、前記第１軸に沿う方向を第１軸方向とし、前記第２軸に沿う方向を第２軸方向とする場合に、前記第１磁石の着磁方向は、前記第２軸方向であり、前記第２磁
石の着磁方向は、前記第１軸方向であることが好ましい。このようにすると、コイルに通電した際、コイルと磁石との間に作用するローレンツ力によって可動体を回転させることができる。また、また、このような着磁方向では、発生するローレンツ力は、可動体の回転方向の成分を多く含む方向となるので、発生するローレンツ力を効率よく利用できる。従って、少ない消費電流で可動体を揺動させることができる。さらに、このような着磁方向では、第３軸方向と交差する方向に分極着磁した磁石を用いる必要がないので、磁石の部品コストを下げることができる。

この場合に、前記第１コイルおよび前記第２コイルは、空芯コイルであり、前記第１磁石の端部は、前記第１コイルの内側に配置され、前記第２磁石の端部は、前記第２コイルの内側に配置されることが好ましい。このように、コイルの有効辺と磁石とを対向させずに空芯部に磁石を配置すれば、磁石とコイルとの第３軸方向のギャップを確保する必要がない。従って、大きな駆動力を発生させることができる。

本発明において、前記支持体は、前記第３軸方向から見て前記可動体と重なる開口部を備える中間可動枠であり、前記第１軸に沿う方向を第１軸方向とする場合に、前記第１接続機構は、前記可動体から前記第１軸方向の両側へ延びて前記中間可動枠の前記第１軸方向の両端に接続される一対の板ばね部を備え、前記一対の板ばね部のそれぞれは、前記可動体から前記第１軸方向に延びる第１直線部と、前記第１直線部の先端から逆向きに折り返す折り返し部と、前記折り返し部から前記可動体の側へ延びる第２直線部と、を備えることが好ましい。このように、板ばね部を中間可動枠の外側まで延ばしてから可動体の側に折り返した形状にすることで、中間可動枠の外形を小さくして軽量化することができる。これにより、可動体と中間可動枠が一体になって揺動する際のイナーシャを小さくできるので、可動体のチルト動作を高い共振周波数で行うことが可能となる。また、板ばね部を第１軸方向で逆向きに折り返した形状にすることで、第１軸と交差する方向の外乱衝撃が加わった際に板ばね部の撓みにより衝撃を吸収できる。

本発明において、前記一対の板ばね部のそれぞれは、前記第３軸方向を板厚方向とする第１平板部と、前記第２軸方向を板厚方向とする第２平板部と、を備えることが好ましい。このようにすると、高い共振周波数で可動体を揺動させることを目的として、板ばね部が第１軸周りにねじれるときのばね定数を低くするために板ばね部の板厚を薄くした場合であっても、各平板部が板厚方向に撓みやすくなることを交差する平板部が突っ張ることにより規制することができる。これにより、板ばね部の板厚方向の振動の共振周波数が低くなって第１軸周りの共振周波数に近づくことを回避できる。従って、可動体が揺動する際に第１軸（揺動軸線）と交差する方向に可動体が動きやすくなって可動体の動き（第１軸周りの揺動運動）が不安定になることを回避できる。よって、可動体のチルト動作を高い共振周波数で行うことができ、且つ、安定したチルト動作を行うことができる。

本発明において、前記第１軸方向から見た場合に、前記第１平板部と前記第２平板部とが交差する交点と前記第１軸とが重なることが好ましい。このように、交差する２枚の平板部（第１平板部、第２平板部）が交わる交点を回転中心（第１軸）として可動体が揺動する場合には、板ばね部は交点（第１軸）を中心として回転する方向以外の方向に動き難い。従って、安定したチルト動作を行うことができる。

本発明において、前記第１平板部は、前記可動体から前記第１軸方向に延びる第１平板部第１直線部と、前記第１平板部第１直線部の先端から逆向きに折り返す第１平板部折り返し部と、前記第１平板部折り返し部から前記可動体の側へ延びる第１平板部第２直線部と、を備え、前記第２平板部は、前記可動体から前記第１軸方向に延びる第２平板部第１直線部と、前記第２平板部第１直線部の先端から逆向きに折り返す第２平板部折り返し部と、前記第２平板部折り返し部から前記可動体の側へ延びる第２平板部第２直線部と、を
備えることが好ましい。このように、第１平板部と第２平板部をそれぞれ第１軸方向で逆向きに折り返した形状にすると、外乱衝撃が加わった際に各平板部が分離して撓むことにより衝撃を吸収できる。すなわち、第３軸方向の衝撃が加わった際には第２平板部が撓むことにより衝撃を吸収できる。また、第２軸方向の衝撃が加わった際には第１平板部が撓むことにより衝撃を吸収できる。

本発明を適用した実施形態１の揺動装置の外観斜視図である。実施形態１の揺動装置をＺ１方向から見た分解斜視図である。実施形態１の揺動装置をＺ２方向から見た分解斜視図である。実施形態１の揺動装置の断面図（図１のＡ－Ａ位置で切断した断面図）である。変形例の第１磁気駆動機構および第２磁気駆動機構を備える揺動装置の断面図である。磁気駆動機構における磁石の着磁方向、磁力線の方向、およびローレンツ力の方向を示す説明図である。本発明を適用した実施形態２の揺動装置の外観斜視図である。実施形態２の揺動装置をＺ１方向から見た分解斜視図である。実施形態２の揺動装置をＺ２方向から見た分解斜視図である。実施形態２の揺動装置の断面図（図７のＢ－Ｂ位置で切断した断面図）である。実施形態２の揺動装置の断面図（図７のＣ－Ｃ位置で切断した断面図）である。Ｚ１方向から見た可動体、中間可動枠、および第１接続機構の分解斜視図である。Ｚ２方向から見た可動体、中間可動枠、および第１接続機構の分解斜視図である。第１部材および第２部材の平面図および側面図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した揺動装置の実施形態を説明する。

以下の説明では、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする。Ｘ軸は第１軸である。Ｙ軸は第２軸である。Ｚ軸は第３軸である。Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向（第１軸方向）とし、Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向（第２軸方向）とし、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向（第３軸方向）とする。Ｘ軸方向の一方側をＸ１方向とし、Ｘ軸方向の他方側をＸ２方向とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１方向とし、Ｙ軸方向の他方側をＹ２方向とし、Ｚ軸方向の一方側をＺ１方向とし、Ｚ軸方向の他方側をＺ２方向とする。

［実施形態１］
（全体構成）
図１は、本発明を適用した実施形態１の揺動装置１の外観斜視図である。図２は、実施形態１の揺動装置１をＺ１方向から見た分解斜視図である。図３は、実施形態１の揺動装置１をＺ２方向から見た分解斜視図である。図４は、実施形態１の揺動装置１の断面図であり、図１のＡ－Ａ位置で切断した断面図である。

揺動装置１は、反射部材であるミラー２を備える。ミラー２は矩形であり、平坦な反射面２ａを備える。揺動装置１は、ミラー２を反射面２ａと平行な回転軸線周りに揺動させる。揺動装置１は、例えば、レーザー光などの走査光を射出して反射光を受光する計測装置に用いられる。揺動装置１は、走査光を反射するミラー２を所定の周波数で揺動させるチルト動作を行う。

図１、図２、図３、図４に示すように、揺動装置１は、ミラー２を備える可動体３と、揺動支持機構４と、揺動支持機構４を介して可動体３を支持する固定体５を備える。揺動支持機構４は、可動体３をＸ軸周り（第１軸周り）およびＹ軸周り（第２軸周り）に揺動可能に支持する。また、揺動装置１は、可動体３をＸ軸周りに揺動させる第１磁気駆動機構６と、可動体３をＹ軸周りに揺動させる第２磁気駆動機構７を備える。

揺動支持機構４は、可動体３と固定体５との間に配置される中間可動枠８と、可動体３と中間可動枠８とを接続する第１接続機構４１と、中間可動枠８と固定体５とを接続する第２接続機構４２を備える。中間可動枠８は、第１接続機構４１を介して、可動体３をＸ軸周りに回転可能に支持する。すなわち、中間可動枠８は、第１接続機構４１を介して可動体３を支持する支持体である。固定体５は、第２接続機構４２を介して中間可動枠８をＹ軸周りに回転可能に支持する。

実施形態１では、可動体３に配置されるミラー２は、反射面２ａがＺ１方向を向くように設置される。揺動装置１は、例えば、反射面２ａがＺ１方向を向く位置を可動体３の基準位置とし、基準位置を中心としてＸ軸周りに所定の角度範囲でミラー２を揺動させるチルト動作、および、基準位置を中心としてＹ軸周りに所定の角度範囲でミラー２を揺動させるチルト動作を行う。

（固定体）
固定体５は、可動体３および揺動支持機構４を内側に収容する矩形の固定枠５１と、固定枠５１のＺ２方向の端部に固定されて可動体３および揺動支持機構４をＺ２方向から覆うベース５２と、を備える。固定枠５１は、Ｘ軸方向に対向する第１側板部５２１および第２側板部５２２と、Ｙ軸方向で対向する第３側板部５２３および第４側板部５２４を備える。

（第１接続機構）
第１接続機構４１は、可動体３のＸ１方向の端部に接続される板ばね部１０Ａと、可動体３のＸ２方向の端部に接続される板ばね部１０Ｂを備える。第１接続機構４１は、可動体３のＸ軸方向の両側に配置される一対の板ばね部１０Ａ、１０Ｂによって可動体３と中間可動枠８とを接続する。板ばね部１０Ａ、１０ＢはＸ軸方向に延びており、Ｚ軸方向から見た場合にＸ軸と重なる。従って、可動体３は、板ばね部１０Ａ、１０Ｂを回転軸としてＸ軸周りに揺動可能に支持される。

（第２接続機構）
第２接続機構４２は、中間可動枠８のＹ１方向の端部に接続される回転軸２０Ａと、中間可動枠８のＹ２方向の端部に接続される回転軸２０Ｂを備える。回転軸２０Ａ、２０ＢはＸ軸方向に延びており、Ｚ軸方向から見た場合にＹ軸と重なる。回転軸２０Ａの先端は、固定体５の第３側板部５２３に設けられた軸穴２１Ａに配置される。固定体５の第４側
板部５２４には、軸穴２１Ａと対向する位置に軸穴２１Ｂが設けられており、回転軸２０Ｂの先端は軸穴２１Ｂに配置される。従って、中間可動枠８は、回転軸２０Ａ、２０Ｂを中心として、固定体５に対してＹ軸周りに揺動可能に支持される。

（可動体）
可動体３は、矩形のミラー２がＺ１方向の表面に固定される板状の被固定部３０を備える。被固定部３０のＺ２方向の表面には、第１磁気駆動機構６の第１磁石６１が固定される。第１接続機構４１を構成する一対の板ばね部１０Ａ、１０Ｂは、被固定部３０からＸ１方向およびＸ２方向に直線状に延びて、中間可動枠８に接続される。実施形態１では、一対の板ばね部１０Ａ、１０Ｂは被固定部３０と一体に形成される。

（中間可動枠）
中間可動枠８は、可動体３の外周を囲む矩形の枠部８１と、枠部８１からＹ１方向およびＹ２方向へ突出する一対の磁石固定部８２Ａ、８２Ｂを備える。枠部８１の内側に矩形の開口部８０が設けられており、可動体３は開口部８０に配置される。枠部８１は、Ｘ軸方向に対向する第１枠部８１１および第２枠部８１２と、Ｙ軸方向に対向する第３枠部８１３および第４枠部８１４を備える。第１枠部８１１と第２枠部８１２はＹ軸方向に平行に延びており、第３枠部８１３と第４枠部８１４はＸ軸方向に平行に延びている。第３枠部８１３は、第１枠部８１１と第２枠部８１２のＹ１方向の端部を接続する。第４枠部８１４は、第１枠部８１１と第２枠部８１２のＹ４方向の端部を接続する。

枠部８１は、Ｘ軸方向を長辺方向とする長方形である。第１枠部８１１のＹ軸方向の中央には、可動体３からＸ１方向に延びる板ばね部１０Ａの先端が接続される。第２枠部８１２のＹ軸方向の中央には、可動体３からＸ２方向に延びる板ばね部１０Ｂの先端が接続される。第３枠部８１３のＸ軸方向の中央からは、矩形の磁石固定部８２ＡがＹ１方向に突出しており、磁石固定部８２Ａの先端から回転軸２０ＡがＹ１方向に突出する。第４枠部８１４のＸ軸方向の中央からは、矩形の磁石固定部８２ＢがＹ２方向に突出しており、磁石固定部８２Ｂの先端から回転軸２０ＢがＹ２方向に突出する。

実施形態１では、中間可動枠８は、被固定部３０および板ばね部１０Ａ、１０Ｂが一体に形成される第１枠部材８３と、Ｚ１方向の表面に第１枠部材８３が固定される第２枠部材８４を備える。磁石固定部８２Ａ、８２Ｂは、第２枠部材８４に設けられている。

（磁気駆動機構）
第１磁気駆動機構６は、可動体３のＺ２方向に配置される。図２、図３、図４に示すように、第１磁気駆動機構６は、可動体３の被固定部３０にＺ２方向から固定される第１磁石６１と、ベース５２の中央に固定されて第１磁石６１にＺ２方向から対向する第１コイル６２を備える。図２に示すように、第１コイル６２は、Ｘ軸方向に長い長円形の空芯コイルである。図３、図４に示すように、第１磁石６１は、第１コイル６２と対向する方向（すなわち、Ｚ軸方向）を着磁方向とし、第１コイル６２と対向する面で異なる極性の磁極（Ｓ極とＮ極）がＹ軸方向に並ぶように分極着磁される。

第２磁気駆動機構７は、Ｚ軸方向から見てＹ軸と重なる位置に配置される。実施形態１では、Ｚ軸方向から見てＸ軸とＹ軸の交点と重なる位置に可動体３および第１磁気駆動機構６が配置される。従って、第２磁気駆動機構７は、第１磁気駆動機構６とＹ軸方向で並ぶ位置に配置される。図２、図３、図４に示すように、実施形態１では、第１磁気駆動機構６のＹ１側およびＹ２側の２箇所に第２磁気駆動機構７が配置される。

第２磁気駆動機構７は、第１磁気駆動機構６のＹ１側に配置される第２磁石７１Ａおよび第２コイル７２Ａと、第１磁気駆動機構６のＹ２側に配置される第２磁石７１Ｂおよび
第２コイル７２Ｂを備える。第２磁石７１Ａと第２コイル７２Ａ、および第２磁石７１Ｂと第２コイル７２Ｂは、Ｚ軸方向に対向する。第２磁石７１Ａは、中間可動枠８の磁石固定部８２ＡにＺ２方向から固定される。第２磁石７１Ｂは、中間可動枠８の磁石固定部８２ＢにＺ２方向から固定される。第２コイル７２Ａ、７２Ｂは、ベース５２に固定される。図２に示すように、ベース５２のＸ軸方向の中央においては、第２コイル７２Ａ、第１コイル６２、および第２コイル７２Ｂが一列に並んでいる。

図２に示すように、第２コイル７２Ａ、７２Ｂは、Ｙ軸方向に長い長円形の空芯コイルである。図３に示すように、第２磁石７１Ａは、第２コイル７２Ａと対向する方向（すなわち、Ｚ軸方向）を着磁方向とし、第２コイル７２Ａと対向する面で異なる極性の磁極（Ｓ極とＮ極）がＸ軸方向に並ぶように分極着磁される。同様に、第２磁石７１Ｂは、第２コイル７２Ｂと対向する方向（すなわち、Ｚ軸方向）を着磁方向とし、第２コイル７２Ｂと対向する面で異なる極性の磁極（Ｓ極とＮ極）がＸ軸方向に並ぶように分極着磁される。

（実施形態１の主な作用効果）
以上のように、実施形態１の揺動装置１は、可動体３と、可動体３をＸ軸（第１軸）を中心として揺動可能に支持するとともに、可動体３をＹ軸（第２軸）を中心として揺動可能に支持する揺動支持機構４と、揺動支持機構４を介して可動体３を支持する固定体５と、可動体３をＸ軸を中心として揺動させる第１磁気駆動機構６と、可動体３をＹ軸を中心として揺動させる第２磁気駆動機構７を有する。揺動支持機構４は、可動体３と固定体５との間に配置される中間可動枠８と、可動体３と中間可動枠８とをＸ軸を中心として相対回転可能に接続する第１接続機構４１と、中間可動枠８と固定体５とをＹ軸を中心として相対回転可能に接続する第２接続機構４２を備える。第１磁気駆動機構６は、Ｚ軸方向（第３軸方向）から見て可動体３と重なり、第２磁気駆動機構７は、Ｚ軸方向から見てＹ軸と重なる。

このように、実施形態１では、第１磁気駆動機構６が可動体３とＺ軸方向で重なっており、可動体３のＸ軸周りの回転中心であるＸ軸に近い位置に第１磁気駆動機構６の第１磁石６１が配置される。また、第２磁気駆動機構７がＹ軸とＺ軸方向で重なっており、可動体３のＹ軸周りの回転中心と重なる位置に第２磁気駆動機構７の第２磁石７１Ａ、７１Ｂが配置される。従って、可動体３をＸ軸周りに揺動させるときのイナーシャが小さく、且つ、可動体３および中間可動枠８をＹ軸周りに揺動させるときのイナーシャが小さいので、可動体３のチルト動作を高い共振周波数で行うことができる。

実施形態１の第２磁気駆動機構７は、Ｚ軸方向から見て可動体３のＹ軸方向の両側に配置されており、可動体３を中心として２組の第２磁気駆動機構７が対称に配置される。従って、可動体３および中間可動枠８に対してバランスよく駆動力を加えることができるので、安定したチルト動作を行うことができる。

実施形態１では、可動体３とともにＹ軸周りに回転する支持体は、Ｚ軸方向から見て可動体３と重なる開口部８０を備える中間可動枠８である。従って、中間可動枠８を軽量化できるので、可動体３および中間可動枠８をＹ軸周りに揺動させるときのイナーシャを小さくすることができる。また、可動体３は開口部８０を介して固定体５のベース５２とＺ軸方向で対向するので、第１磁気駆動機構６の第１コイル６２をベース５２に配置することができる。

実施形態１の第１磁気駆動機構６は、可動体３に配置される第１磁石６１と、固定体５に配置されて中間可動枠８の開口部８０を介して第１磁石６１とＺ軸方向で対向する第１コイル６２を備える。第２磁気駆動機構７は、中間可動枠８に配置される第２磁石７１Ａ
、７１Ｂと、固定体５に配置されて第２磁石７１Ａ、７１ＢとＺ軸方向で対向する第２コイル７２Ａ、７２Ｂを備える。従って、第１コイル６２および第２コイル７２Ａ、７２Ｂが固定体５に配置されるので、配線作業が容易である。また、可動体３に第１磁石６１を配置し、中間可動枠８に第２磁石７１Ａ、７１Ｂを配置した場合でも、第１磁石６１をＸ軸上あるいはその近傍に配置し、第２磁石７１Ａ、７１ＢをＹ軸上あるいはその近傍に配置できる。従って、可動体３をＸ軸周りおよびＹ軸周りに回転させるときのイナーシャを小さくできる。

実施形態１では、第１磁石６１および第２磁石７１Ａ、７１Ｂの着磁方向は、Ｚ軸方向である。従って、第１コイル６２および第２コイル７２Ａ、７２Ｂに通電した際に発生するローレンツ力によって可動体３を回転させることができる。

（第１磁気駆動機構および第２磁気駆動機構の変形例）
図５は、変形例の第１磁気駆動機構１０６および第２磁気駆動機構１０７を備える揺動装置１００の断面図である。以下、実施形態１と同一の構成は同一の符号を防いて説明を省略し、異なる部分は異なる符号を付して説明する。図５に示すように、変形例の揺動装置１００は、第１磁気駆動機構１０６および第２磁気駆動機構１０７を備える。第１磁気駆動機構１０６は、実施形態１の揺動装置１とは着磁方向および形状が異なる第１磁石１６１を備える。また、変形例の第２磁気駆動機構１０７は、実施形態１の揺動装置１とは着磁方向および形状が異なる第２磁石１７１Ａ、１７１Ｂを備える。

図５に示すように、第１磁石１６１は、Ｚ２方向の端部が第１コイル１６２の内側に配置される。第１磁石６１の着磁方向は、Ｙ軸方向である。このような着磁方向にした場合でも、第１コイル１６２に通電した際、第１コイル１６２と第１磁石１６１との間に作用するローレンツ力によって可動体３をＸ軸周りに回転させることができる。

図５に示すように、第２磁石１７１Ａは、Ｚ２方向の端部が第２コイル１７２Ａの内側に配置され、第２磁石１７１Ｂは、Ｚ２方向の端部が第２コイル１７２Ｂの内側に配置される。第２磁石１７１Ａ、１７１Ｂの着磁方向は、Ｘ軸方向である。このような着磁方向にした場合でも、第２コイル１７２Ａ、１７２Ｂに通電した際、第２磁石１７１Ａと第２コイル１７２Ａとの間、および、第２磁石１７１Ｂと第２コイル１７２Ｂとの間に作用するローレンツ力によって可動体３および中間可動枠８をＹ軸周りに回転させることができる。

図６は、磁気駆動機構における磁石Ｍの着磁方向ＭＤ、磁力線の方向ＭＬ、およびローレンツ力Ｆの方向を示す説明図である。図６（ａ）は磁石Ｍの着磁方向ＭＤがＸ軸方向またはＹ軸方向の場合であり、図５に示す変形例と同じ着磁方向の場合を示す。図６（ｂ）は磁石Ｍの着磁方向ＭＤがＺ軸方向の場合であり、図４に示す実施形態１と同じ着磁方向の場合を示す。

図６（ａ）に示すように、磁石Ｍの着磁方向ＭＤをコイルＣと磁石Ｍとが対向する方向（すなわち、Ｚ軸方向）と直交する方向（すなわち、Ｘ軸方向またはＹ軸方向）にした場合には、磁力線の方向ＭＬはコイルＣの位置でＺ軸方向に対して傾斜した方向になる。ローレンツ力Ｆは磁力線の方向ＭＬに直交する方向となるので、回転方向の成分が大きい。従って、変形例の着磁方向では、発生するローレンツ力Ｆを効率よく利用できる。

図６（ｂ）に示すように、磁石Ｍの着磁方向ＭＤをコイルＣと磁石Ｍとが対向する方向（すなわち、Ｚ軸方向）と一致する方向にした場合には、磁力線の方向ＭＬはコイルＣの位置でＺ軸方向と略一致する。そのため、磁力線の方向ＭＬに直交する方向のローレンツ力Ｆは、回転方向の成分が図６（ａ）の場合よりも小さい。つまり、変形例の着磁方向を
採用することにより、ローレンツ力Ｆの利用効率を実施形態１よりも高めることができる。従って、変形例では、実施形態１よりも少ない消費電力で可動体３を揺動させることができる。

図６（ｂ）に示すように、実施形態１の着磁方向を採用した場合には、可動体３を回転させるために、磁石ＭをＺ軸方向と交差する方向に分極着磁する必要がある。一方で、変形例の着磁方向を採用した場合は、図６（ａ）に示すように、磁石Ｍを分極着磁しなくても可動体３を回転させるローレンツ力Ｆが発生する。従って、変形例の第１磁石１６１および第２磁石１７１Ａ、１７１Ｂは、いずれも、Ｚ軸方向と交差する方向に分極着磁する必要がないので、磁石の部品コストを下げることができる。

変形例では、図５に示すように、第１磁石１６１、第２磁石１７１Ａ、１７１ＢのＺ２方向の端部を空芯コイルの内側に配置する。空芯コイルの有効辺と磁石とを正対させずに空芯部に磁石を配置すれば、磁石とコイルとのＺ軸方向のギャップを確保しなくてもよい。すなわち、磁石とコイルとのＺ軸方向のギャップを確保しなくても、空芯部の内側に磁石が揺動できるスペースが確保されていれば、磁石とコイルは衝突しない。従って、磁石とコイルとが衝突することを回避できる。また、空芯部に磁石を配置すれば、大きなローレンツ力を発生させることができる。従って、少ない消費電力で可動体３を揺動させることができる。

［実施形態２］
図７は、本発明を適用した実施形態２の揺動装置２００の外観斜視図である。図８は、実施形態２の揺動装置２００をＺ１方向から見た分解斜視図である。図９は、実施形態２の揺動装置２００をＺ２方向から見た分解斜視図である。図１０は、実施形態２の揺動装置２００の断面図であり、図７のＢ－Ｂ位置で切断した断面図である。図１１は、実施形態２の揺動装置２００の断面図であり、図７のＣ－Ｃ位置で切断した断面図である。

実施形態２の揺動装置２００は、ミラー２０２を備える可動体２０３と、揺動支持機構２０４と、揺動支持機構２０４を介して可動体２０３を支持する固定体２０５を備える。揺動支持機構２０４は、可動体２０３をＸ軸周り（第１軸周り）およびＹ軸周り（第２軸周り）に揺動可能に支持する。また、揺動装置２００は、可動体２０３をＸ軸周りに揺動させる第１磁気駆動機構２０６と、可動体２０３をＹ軸周りに揺動させる第２磁気駆動機構２０７を備える。実施形態２の揺動装置２００は、実施形態１と同様に、レーザー光などの走査光を射出して反射光を受光する計測装置に用いられ、ミラー２を所定の周波数で揺動させるチルト動作を行う。

図８、図９、図１０、図１１に示すように、揺動支持機構２０４は、可動体２０３と固定体２０５との間に配置される中間可動枠２０８と、可動体２０３と中間可動枠２０８とを接続する第１接続機構２４１と、中間可動枠２０８と固定体２０５とを接続する第２接続機構２４２を備える。中間可動枠２０８は、第１接続機構２４１を介して、可動体２０３をＸ軸周りに回転可能に支持する。すなわち、中間可動枠２０８は、第１接続機構２４１を介して可動体２０３を支持する支持体である。固定体２０５は、第２接続機構２４２を介して中間可動枠２０８をＹ軸周りに回転可能に支持する。

（固定体）
固定体２０５は、可動体２０３および揺動支持機構２０４を内側に収容するカバー２５１と、カバー２５１のＺ２方向の端部に固定されて可動体２０３および揺動支持機構２０４をＺ２方向から覆うベース２５２を備える。カバー２５１およびベース２５２は、非磁性の金属からなる。カバー２５１は、可動体２０３および揺動支持機構２０４をＺ１方向から覆う端板部２５３と、端板部２５３の外縁からＺ２方向に延びる側板部２５４を備え
る。端板部２５３には、ミラー２０２にＺ２方向から重なる部分を切り欠いた開口部２５５が設けられている。

（第１接続機構）
図８、図９に示すように、第１接続機構２４１は、可動体２０３のＸ１方向の端部に接続される板ばね部２１０Ａと、可動体２０３のＸ２方向の端部に接続される板ばね部２１０Ｂを備える。第１接続機構２４１は、可動体２０３のＸ軸方向の両側に配置される一対の板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂによって可動体２０３と中間可動枠２０８とを接続する。板ばね部２１０Ａ、２１０ＢはＸ軸方向に延びており、Ｚ軸方向から見た場合にＸ軸と重なる。従って、可動体２０３は、板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂを回転軸としてＸ軸周りに揺動可能に支持される。板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂは同一形状であり、Ｘ軸方向で逆向きに配置される。

図１２は、Ｚ１方向から見た可動体、中間可動枠、および第１接続機構の分解斜視図である。図１３は、Ｚ２方向から見た可動体、中間可動枠、および第１接続機構の分解斜視図である。実施形態２の第１接続機構２４１は、板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂの形状が直線状ではなく、可動体２０３からＸ軸方向に延びてから逆向きに折り返す形状である。すなわち、板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂは、それぞれ、可動体２０３からＸ軸方向に延びる第１直線部２１１、第１直線部２１１から逆方向を向くように折り返した折り返し部２１２、折り返し部２１２から第１直線部２１１とは逆向きに延びる第２直線部２１３を備える。

図８、図９に示すように、板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂは、第１直線部２１１が中間可動枠２０８の外周側まで延びてから逆向きに折り返した形状をしている。板ばね部２１０Ａの第２直線部２１３の先端は、中間可動枠２０８のＸ１方向の端部に固定される。板ばね部２１０Ｂの第２直線部２１３の先端は、中間可動枠２０８のＸ２方向の端部に固定される。

実施形態２の板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂは、それぞれ、２枚の平板状の板ばねを直交する状態に組み立てて構成される。板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂは、Ｚ軸方向を板厚方向とする第１平板部１１と、Ｚ軸方向を板厚方向とする第２平板部１２を備える。第１平板部１１と第２平板部１２の詳細な構成については後述する。

（第２接続機構）
第２接続機構２４２は、カバー２５１および中間可動枠２０８をＹ軸周りに相対回転可能に接続する。図８、図９、図１１に示すように、第２接続機構２４２は、中間可動枠２０８のＹ軸方向の両側に配置される一対の接点部材４３と、中間可動枠２０８のＹ軸方向の両端に固定される一対の球体４４と、カバー２５１のＹ軸方向の内側面に設けられた一対の接点部材支持部４５（図１１参照）を備える。図１１に示すように、各接点部材支持部４５は、接点部材４３をＹ軸上の位置に保持する。なお、図８、図９においては、接点部材支持部４５の図示を省略している。

接点部材４３は、金属板の曲げ加工により製造した板ばねである。図１１に示すように、接点部材４３は、球体４４が点接触する凹曲面４３０が設けられた第１板部４３１と、第１板部４３１のＺ２方向の端部から略直角に屈曲した接続部４３２と、接続部４３２から略直角に屈曲して第１板部４３１と平行に延びる第２板部４３３を備える。

固定体２０５と中間可動枠２０８とを第２接続機構２４２により接続する際、カバー２５１の内側に保持された一対の接点部材４３のそれぞれにおいて、第１板部４３１を第２板部４３３の側に撓ませて、対向する凹曲面４３０の間隔を広げ、その間に中間可動枠２
０８を挿入する。第１板部４３１は中間可動枠２０８の側に付勢されて球体４４に押し付けられるので、Ｙ軸上において各凹曲面４３０と球体４４とが点接触する状態を維持できる。これにより、中間可動枠２０８がカバー２５１に対してＹ軸周りに回転可能に支持される。

（可動体）
図１２、図１３に示すように、可動体２０３は、円形のミラー２０２がＺ１方向の表面に固定される板状の被固定部２３０を備える。被固定部２３０は、矩形の磁石固定部３１と、磁石固定部３１の外周を囲む環状部２３２と、磁石固定部３１からＸ１方向およびＸ２方向に延びて環状部２３２に接続される一対の接続部２３３を備える。図１１、図１３に示すように、磁石固定部２３１のＺ２方向の表面には、第１磁気駆動機構２０６の第１磁石２６１が磁性板２６３を介して固定される。磁性板２６３は、第１磁石２６１に対するヨークとして機能する。

第１接続機構２４１を構成する一対の板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂは、被固定部２３０からＸ１方向およびＸ２方向に延びてから逆向きに折り返され、中間可動枠２０８に接続される。これにより、可動体２０３が中間可動枠２０８に対してＸ軸周りに回転可能に支持される。

（中間可動枠）
図８、図９、図１２、図１３に示すように、中間可動枠２０８は、可動体２０３とベース２５２との間に配置される略８角形の板部２８１を備える。板部２８１の中央には、Ｘ軸方向に長い略長方形の開口部２８４が設けられている。可動体２０３の磁石固定部３１に固定される第１磁石２６１は、開口部２８４を介して、ベース２５２に固定される第１コイル２６２とＺ軸方向で対向する（図１１参照）。

中間可動枠２０８は、板部２８１のＸ軸方向の両端におけるＹ軸方向の中央から突出する一対の突出部２８２と、板部２８１のＸ軸方向の両端におけるＹ軸方向の両端からそれぞれＺ１方向に屈曲した４箇所の屈曲部２８６と、板部２８１のＹ軸方向の両端からＺ１方向に屈曲した一対の球体支持部２８３を備える。図１１、図１２、図１３に示すように、各球体支持部２８３の先端には、略直角に屈曲した突出部２８５が設けられており、突出部２８５の先端に第２接続機構２４２の球体４４が溶接により固定される（図１１参照）。

図１２、図１３に示すように、一対の突出部２８２のそれぞれには、Ｙ１方向の端部からＺ２方向に屈曲した板ばね固定部２８８が設けられている。また、４箇所の屈曲部２８６のそれぞれの先端には、略直角に屈曲した板ばね固定部２８７が設けられている。

図１２、図１３に示すように、中間可動枠２０８には、板部２８１に設けられた開口部２８４のＸ１側およびＸ２側の縁部分からＺ１方向に立ち上がる２箇所の切り起こし部２８９が設けられている。２箇所の切り起こし部２８９は、板部２８１のＹ軸方向の中央に位置する。各切り起こし部２８９には、幅方向の中央を貫通する溝部９０が設けられている。

（板ばね部の詳細な構成）
図１４は、第１部材１３および第２部材１６の平面図および側面図である。図１４（ａ）は平面図であり、図１４（ｂ）は側面図である。上述したように、本形態の板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂは、直交する２枚の板ばね（第１平板部１１と第２平板部１２）を備えている。図１２、図１３、図４に示すように、第１平板部１１は、被固定部２３０と一体に形成されており、被固定部２３０からＸ１方向およびＸ２方向に延びている。すなわち
、揺動装置２００は、被固定部２３０と一対の第１平板部１１とが一体に形成された平板状の第１部材１３を備える。

Ｚ軸方向を板厚方向とする第１平板部１１は、被固定部２３０からＸ１方向およびＸ２方向に延びてからそれぞれ２本に分岐し、Ｙ軸方向の両側に湾曲してから逆向きに折り返した形状をしている。すなわち、第１平板部１１は、被固定部２３０からＸ軸方向に延びる１本の第１平板部第１直線部１１１と、第１平板部第１直線部１１１からＹ軸の両側に分岐して逆方向を向くように湾曲した一対の第１平板部折り返し部１１２と、各第１平板部折り返し部１１２から被固定部２３０に向かってＸ軸方向に延びる第１平板部第２直線部１１３を備える。２本の第１平板部第２直線部１１３の先端には、それぞれ、中間可動枠２０８の板ばね固定部２８７にＺ１方向から当接して固定される当接部１１４が設けられている。

第１部材１３には、第１平板部第１直線部１１１の幅方向の中央を貫通するスリット１１５が設けられている。第１平板部１１と第２平板部１２は、第２平板部１２のＺ１側の端部をＸ軸方向に延びるスリット１１５に配置することにより、Ｘ軸方向から見て十字形の部材を構成するように組み立てられている。第１平板部１１と第２平板部１２は、Ｘ軸方向から見た場合に、第１平板部１１と第２平板部１２とが交差する交点とＸ軸とが重なる。十字形に組み立てられた部分においては、第１平板部１１の板厚方向の撓みが第２平板部１２が面内方向で突っ張ることにより規制され、第２平板部１２の板厚方向の撓みが第１平板部１１が面内方向で突っ張ることにより規制される。

図１３、図１４に示すように、第１部材１３のＺ２側には、被固定部２３０に対して垂直な姿勢（すなわち、Ｙ軸方向を板厚方向とする姿勢）でＸ軸方向に延びる平板状の第２部材１６が配置される。第２部材１６は、磁石固定部２３１との間にＺ軸方向の隙間がある位置で第１磁石２６１Ｓ、２６１Ｎの間をＸ軸方向に延びる中央部１７を備える。一対の板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂの第２平板部１２は、中央部１７と一体に形成されており、中央部１７からＸ１方向およびＸ２方向に延びている。すなわち、揺動装置２００は、中央部１７と一対の第２平板部１２とが一体に形成された平板状の第２部材１６を備える。

第２部材１６の中央部１７は、第１磁石２６１Ｓ、６１Ｎの間に挟まれ、第１磁石２６１Ｎ、６１Ｓを介して磁石固定部２３１に固定される。第２部材１６は、中央部１７のＸ軸方向の両側の部分が、中間可動枠２０８の開口部２８４の縁からＺ１方向へ延びる切り起こし部８９の溝部９０を通過する（図９参照）。

図１３、図１４に示すように、第２平板部１２は、中央部１７からＸ軸方向に延びる第２平板部第１直線部１２１と、第２平板部第１直線部１２１の先端からＺ２方向に湾曲した第２平板部折り返し部１２２と、第２平板部折り返し部１２２から被固定部２３０のＺ２側へ向かってＸ軸方向に延びる第２平板部第２直線部１２３を備える。第２平板部第２直線部１２３の先端には、中間可動枠２０８の板ばね固定部２８８にＹ１方向から当接して固定される当接部１２４が設けられている。

このように、本形態の板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂは、第１平板部１１と第２平板部１２が、それぞれ、可動体３からＸ軸方向に延びてから逆向きに折り返した形状をしている。上述したように、板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂのそれぞれは、第１直線部２１１、折り返し部２１２、および第２直線部２１３を備えているが、本形態の第１直線部２１１は、第１平板部第１直線部１１１と第２平板部第１直線部１２１を備える。また、第１直線部２１１から逆方向を向くように折り返した折り返し部２１２は、Ｙ１方向およびＹ２方向に向かう第１平板部折り返し部１１２と、Ｚ２方向に向かう第２平板部折り返し部１２２
を備える。そして、折り返し部２１２から第１直線部２１１とは逆向きに延びる第２直線部２１３は、２本の第１平板部第２直線部１１３および１本の第２平板部第２直線部１２３を備える。

（磁気駆動機構）
第１磁気駆動機構２０６は、可動体２０３のＺ２方向に配置される。図８、図９、図１１に示すように、第１磁気駆動機構２０６は、可動体２０３の被固定部２３０に磁性板２６３を介して固定される第１磁石２６１と、ベース２５２の中央に固定されて第１磁石２６１にＺ２方向から対向する第１コイル２６２を備える。図８に示すように、第１コイル２６２は、Ｘ軸方向に長い長円形の空芯コイルである。図９、図１１に示すように、第１磁石２６１は、Ｙ軸方向に並ぶ２つの第１磁石２６１Ｎ、６１Ｓを備える。第１コイル２６２は、Ｘ軸方向に延びる２本の有効辺の一方が第１磁石２６１Ｎと対向し、有効辺の他方が第１磁石２６１Ｓと対向する。第１磁石２６１Ｓと第１磁石２６１Ｎは、第１コイル２６２と対向する方向（すなわち、Ｚ軸方向）を着磁方向とし、第１コイル２６２と対向する側の磁極が異なる極性となるように着磁される。図５に示すように、ベース２５２に固定された第１コイル２６２の内側には、可動体２０３のＸ軸周りの揺動角度を検出するためのセンサ２６４が配置される。

第２磁気駆動機構２０７は、Ｚ軸方向から見てＹ軸と重なる位置に配置される。本形態では、Ｚ軸方向から見てＸ軸とＹ軸の交点と重なる位置に可動体３および第１磁気駆動機構２０６が配置される。従って、第２磁気駆動機構２０７は、第１磁気駆動機構２０６とＹ軸方向で並ぶ位置に配置される。図２、図３、図４に示すように、本形態では、第１磁気駆動機構２０６のＹ１側およびＹ２側の２箇所に第２磁気駆動機構２０７が配置される。

第２磁気駆動機構２０７は、第１磁気駆動機構２０６のＹ１側に配置される第２磁石２７１Ａおよび第２コイル２７２Ａと、第１磁気駆動機構２０６のＹ２側に配置される第２磁石２７１Ｂおよび第２コイル２７２Ｂを備える。第２磁石２７１Ａと第２コイル２７２Ａ、および第２磁石２７１Ｂと第２コイル２７２Ｂは、Ｚ軸方向に対向する。図８に示すように、第２コイル２７２Ａ、２７２Ｂは、Ｙ軸方向に長い長円形の空芯コイルである。図９に示すように、第２磁石２７１Ａ、２７１Ｂは、第２コイル２７２Ａ、２７２Ｂと対向する方向（すなわち、Ｚ軸方向）を着磁方向とし、第２コイル２７２Ａ、２７２Ｂと対向する面で異なる極性の磁極（Ｓ極とＮ極）がＸ軸方向に並ぶように分極着磁される。

図９、図１１に示すように、第２磁石２７１Ａ、２７１Ｂは、中間可動枠２０８の板部２８１のＹ軸方向の両端部分に磁性板２７３を介して固定される。磁性板２７３は、第２磁石２７１Ａ、２７１Ｂに対するヨークとして機能する。図８に示すように、第２コイル２７２Ａ、２７２Ｂは、ベース２５２に固定される。図１１に示すように、Ｙ１側の第２コイル２７２Ａの中央には、可動体２０３のＹ軸周りの揺動角度を検出するためのセンサ２７４が配置される。

（実施形態２の主な作用効果）
以上のように、実施形態２の揺動装置２００は、実施形態１と同様に、可動体２０３と、可動体２０３をＸ軸（第１軸）を中心として揺動可能に支持するとともに、可動体２０３をＹ軸（第２軸）を中心として揺動可能に支持する揺動支持機構２０４と、揺動支持機構２０４を介して可動体２０３を支持する固定体２０５と、可動体２０３をＸ軸を中心として揺動させる第１磁気駆動機構２０６と、可動体２０３をＹ軸を中心として揺動させる第２磁気駆動機構２０７を有する。揺動支持機構２０４は、可動体２０３と固定体２０５との間に配置される中間可動枠２０８と、可動体２０３と中間可動枠２０８とをＸ軸を中心として相対回転可能に接続する第１接続機構２４１と、中間可動枠２０８と固定体２０
５とをＹ軸を中心として相対回転可能に接続する第２接続機構２４２を備える。第１磁気駆動機構２０６は、Ｚ軸方向（第３軸方向）から見て可動体２０３と重なり、第２磁気駆動機構２０７は、Ｚ軸方向から見てＹ軸と重なる。

従って、実施形態２においても、第１磁気駆動機構２０６および第２磁気駆動機構２０７の配置は実施形態１と同様であるため、可動体２０３をＸ軸周りに揺動させるときのイナーシャが小さく、且つ、可動体２０３および中間可動枠２０８をＹ軸周りに揺動させるときのイナーシャが小さい。よって、可動体２０３のチルト動作を高い共振周波数で行うことができる。

実施形態２においても、第２磁気駆動機構２０７は、Ｚ軸方向から見て可動体２０３のＹ軸方向の両側に配置されており、可動体２０３を中心として２組の第２磁気駆動機構２０７が対称に配置される。従って、可動体２０３および中間可動枠２０８に対してバランスよく駆動力を加えることができるので、安定したチルト動作を行うことができる。

実施形態２においても、第１磁気駆動機構２０６の第１磁石２６１は可動体３に配置され、第１コイル２６２は固定体５に配置されて中間可動枠２０８の開口部２８４を介して第１磁石２６１とＺ軸方向で対向する。また、第２磁気駆動機構２０７の第２磁石２７１Ａ、２７１Ｂは中間可動枠８に配置され、第２磁石２７１Ａ、２７１Ｂは固定体５に配置されて第２磁石２７１Ａ、２７１ＢとＺ軸方向で対向する。従って、コイルに対する配線作業が容易であるとともに、可動体２０３をＸ軸周りおよびＹ軸周りに回転させるときのイナーシャを小さくできる。

実施形態２においても、可動体２０３とともにＹ軸周りに回転する支持体は、Ｚ軸方向から見て可動体２０３と重なる開口部２８４を備える中間可動枠２０８である。従って、中間可動枠２０８を軽量化できるので、可動体３および中間可動枠２０８をＹ軸周りに揺動させるときのイナーシャを小さくすることができる。また、可動体２０３は開口部２８４を介して固定体２０５のベース２５２とＺ軸方向で対向するので、第１磁気駆動機構２０６の第１コイル２６２をベース２５２に配置することができる。

実施形態２においても、第１磁石２６１および第２磁石２７１Ａ、２７１Ｂの着磁方向は、Ｚ軸方向である。従って、第１コイル２６２および第２コイル２７２Ａ、２７２Ｂに通電した際に発生するローレンツ力によって可動体３を回転させることができる。

なお、実施形態２においても、実施形態１の変形例（図５参照）と同様に、第１磁石２６１の着磁方向をＹ軸方向とし、第２磁石２７１Ａ、２７１Ｂの着磁方向をＸ軸方向にすることができる。また、第１磁石２６１のＺ２方向の端部を第１コイル２６２の空芯部に配置し、第２磁石２７１Ａ、２７１ＢのＺ２方向の端部を第２コイル２７２Ａ、２７２Ｂの空芯部に配置することができる。これにより、ローレンツ力の利用効率を高めることができ、少ない消費電力で可動体２０３を揺動させることができる。

実施形態２の揺動装置２００では、第１接続機構２４１は、可動体２０３からＸ軸方向の両側へ延びて中間可動枠２０８のＸ軸方向の両端に接続される一対の板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂを備える。一対の板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂのそれぞれは、可動体２０３からＸ軸方向に延びる第１直線部２１１と、第１直線部２１１の先端から逆向きに折り返す折り返し部２１２と、折り返し部２１２から可動体２０３の側へ延びる第２直線部２１３と、を備える。このような支持構造では、一対の板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂを回転軸として可動体２０３をＸ軸周りに回転可能に支持できる。また、板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂは、中間可動枠２０８の外側まで延びてから可動体２０３の側に折り返した形状であるため、中間可動枠２０８の外形を小さくして軽量化することができる。これにより、可動
体２０３と中間可動枠２０８が一体になって揺動する際のイナーシャを小さくできるので、可動体２０３のチルト動作を高い共振周波数で行うことが可能となる。また、板ばね部２１０Ａ、２１０ＢをＸ軸方向で逆向きに折り返した形状にすることで、Ｘ軸と交差する方向の外乱衝撃が加わった際に板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂの撓みにより衝撃を吸収できる。

実施形態２では、一対の板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂのそれぞれは、Ｚ軸方向を板厚方向とする第１平板部１１と、第２軸方向を板厚方向とする第２平板部１２と、を備える。このように、交差する２枚の平板部を組み合わせることにより、高い共振周波数で可動体２０３を揺動させることを目的として、板ばね部２１０Ａ、２１０ＢがＸ軸周りにねじれるときのばね定数を低くするために板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂの板厚を薄くした場合であっても、各平板部が板厚方向に撓みやすくなることを交差する平板部が突っ張ることにより規制することができる。これにより、板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂの板厚方向の振動の共振周波数が低くなってＸ軸周りの共振周波数に近づくことを回避できる。従って、可動体２０３が揺動する際にＸ軸（揺動軸線）と交差する方向に可動体２０３が動きやすくなって可動体２０３の動き（Ｘ軸周りの揺動運動）が不安定になることを回避できる。よって、可動体２０３のチルト動作を高い共振周波数で行うことができ、且つ、安定したチルト動作を行うことができる。

実施形態２では、第１平板部１１と第２平板部１２のそれぞれがＸ軸方向で逆向きに折り返した形状をしており、第１平板部１１と第２平板部１２のそれぞれが、第１直線部２１１、折り返し部２１２、および、第２直線部２１３を構成する部分を備える。すなわち、第１平板部１１は、第１平板部第１直線部１１１、第１平板部折り返し部１１２、および第１平板部第２直線部１１３を備える。第２平板部１２は、第２平板部第１直線部１２１、第２平板部折り返し部１２２、および第２平板部第２直線部１２３を備える。このように、第１平板部１１と第２平板部１２がいずれも１回折り返した形状になっているものを一体の板ばねとせずに分離した状態で組み合わせることにより、外乱衝撃が加わった際に、各平板部がそれぞれ撓むことにより衝撃を吸収できる。すなわち、Ｚ軸方向の衝撃が加わった際には第１平板部１１が撓むことにより衝撃を吸収できる。また、第２軸方向の衝撃が加わった際には第１平板部１１が撓むことにより衝撃を吸収できる。

実施形態２では、Ｘ軸方向から見た場合に、第１平板部１１と第２平板部１２とが交差する交点（より具体的には、第１平板部第１直線部１１１と第２平板部第１直線部１２１とが交差する交点）とＸ軸とが重なる。このように、交差する２枚の平板部（第１平板部１１と第２平板部１２）が交わる交点を回転中心（Ｘ軸）として可動体２０３が揺動する場合には、板ばね部２１０Ａ、２１０Ｂは交点（Ｘ軸）を中心として回転する方向以外の方向に動き難い。従って、安定したチルト動作を行うことができる。

（他の実施形態）
（１）実施形態２において、可動体２０３と中間可動枠２０８とを接続する一対の板ばね部は、２枚の板ばねをＸ軸方向から見てＴ字形あるいはＬ字形に組み立てたものであってもよい。あるいは、１枚の平板状の板ばねのみで構成したものであってもよい。いずれの構成においても、平板状の板ばねをそれぞれ、Ｘ軸方向に逆向きに折り返した形状とし、折り返した部分の先端を中間可動枠２０８に接続することにより、中間可動枠２０８の外形を小さくすることができる。

（２）実施形態２の揺動装置２００は、第２接続機構２４２として、球体４４と接点部材４３とを点接触させる機構を用いているが、第２接続機構２４２として、一対の板ばね部を用いるものであってもよい。

（３）実施形態１の揺動装置１、および、実施形態２の揺動装置２００は、いずれも、走査光を反射するミラーを揺動させるものであるが、揺動させる部品は、ミラーとは異なる部品であってもよい。すなわち、揺動装置は、走査光を射出して反射光を受光する計測装置以外の用途に用いるものであってもよい。

（４）実施形態１の第２磁気駆動機構７は、Ｚ軸方向から見て可動体３のＹ１側およびＹ２側の２箇所に配置されているが、可動体３のＹ１側およびＹ２側の２箇所のうち、少なくとも一方の位置に第２磁気駆動機構７を配置すればよい。同様に、実施形態２においても、第２磁気駆動機構２０７は、Ｚ軸方向から見て可動体２０３のＹ１側およびＹ２側の２箇所のうち、少なくとも一方の位置に配置すればよい。

１、１００、２００…揺動装置、２、２０２…ミラー、２ａ、２０２ａ…反射面、３、２０３…可動体、４、２０４…揺動支持機構、５、２０５…固定体、６、１０６、２０６…第１磁気駆動機構、７、１０７、２０７…第２磁気駆動機構、８、２０８…中間可動枠、１０Ａ、１０Ｂ、２１０Ａ、２１０Ｂ…板ばね部、１１…第１平板部、１２…第２平板部、１３…第１部材、１６…第２部材、１７…第１中央部、２０Ａ、２０Ｂ…回転軸、２１Ａ、２１Ｂ…軸穴、３０、２３０…被固定部、３１、２３１…磁石固定部、３２、２３２…環状部、３３、２３３…接続部、４１、２４１…第１接続機構、４２、２４２…第２接続機構、４３…接点部材、４４…球体、４５…接点部材支持部、５１…固定枠、５２…ベース、６１、１６１、２６１、２６１Ｓ、２６１Ｎ…第１磁石、６２、１６２、２６２…第１コイル、７１Ａ、７１Ｂ、１７１Ａ、１７１Ｂ、２７１Ａ、２７１Ｂ…第２磁石、７２Ａ、７２Ｂ、１７２Ａ、１７２Ｂ、２７２Ａ、２７２Ｂ…第２コイル、８０…開口部、８１…枠部、８２Ａ、８２Ｂ …磁石固定部、８３…第１枠部材、８４…第２枠部材、８９…切り起こし部、９０…溝部、１１１…第１平板部第１直線部、１１２…第１平板部折り返し部、１１３…第１平板部第２直線部、１１４…当接部、１１５…スリット、１２１…第２平板部第１直線部、１２２…第２平板部折り返し部、１２３…第２平板部第２直線部、１２４…当接部、２１１…第１直線部、２１２…折り返し部、２１３…第２直線部、２５１…カバー、２５２…ベース、２５３…端板部、２５４…側板部、２５５…開口部、２６３…磁性板、２６４…センサ、２７３…磁性板、２７４…センサ、２８１…板部、２８２…突出部、２８３…球体支持部、２８４…開口部、２８５…突出部、２８６…屈曲部、２８７…板ばね固定部、２８８…板ばね固定部、２８９…切り起こし部、４３０…凹曲面、４３１…第１板部、４３２…接続部、４３３…第２板部、５２１…第１側板部、５２２…第２側板部、５２３…第３側板部、５２４…第４側板部、８１１…第１枠部、８１２…第２枠部、８１３…第３枠部、８１４…第４枠部、Ｃ…コイル、Ｆ…ローレンツ力、Ｍ…磁石、ＭＤ…着磁方向、ＭＬ…磁力線の方向

Claims

可動体と、
互いに交差する３軸を第１軸、第２軸、第３軸とする場合に、前記可動体を前記第１軸を中心として揺動可能に支持するとともに、前記可動体を前記第２軸を中心として揺動可能に支持する揺動支持機構と、
前記揺動支持機構を介して前記可動体を支持する固定体と、
前記可動体を前記第１軸を中心として揺動させる第１磁気駆動機構と、
前記可動体を前記第２軸を中心として揺動させる第２磁気駆動機構と、を有し、
前記揺動支持機構は、
前記可動体と前記固定体との間に配置される支持体と、
前記可動体と前記支持体とを前記第１軸を中心として相対回転可能に接続する第１接続機構と、
前記支持体と前記固定体とを前記第２軸を中心として相対回転可能に接続する第２接続機構と、を備え、
前記第３軸に沿う方向を第３軸方向とする場合に、
前記第１磁気駆動機構は、前記第３軸方向から見て前記可動体と重なり、
前記第２磁気駆動機構は、前記第３軸方向から見て前記第２軸と重なることを特徴とする揺動装置。
前記第２軸に沿う方向を第２軸方向とする場合に、
前記第２磁気駆動機構は、前記可動体の前記第２軸方向の両側のうちの少なくとも一方の位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の揺動装置。
前記支持体は、前記第３軸方向から見て前記可動体と重なる開口部を備える中間可動枠であることを特徴とする請求項１に記載の揺動装置。
前記第１磁気駆動機構は、前記可動体に配置される第１磁石と、前記固定体に配置されて前記開口部を介して前記第１磁石と前記第３軸方向で対向する第１コイルと、を備え、
前記第２磁気駆動機構は、前記中間可動枠に配置される第２磁石と、前記固定体に配置されて前記第２磁石と前記第３軸方向で対向する第２コイルと、を備えることを特徴とする請求項３に記載の揺動装置。
前記第１磁石および前記第２磁石の着磁方向は、前記第３軸方向であることを特徴とする請求項４に記載の揺動装置。
前記第１軸に沿う方向を第１軸方向とし、前記第２軸に沿う方向を第２軸方向とする場合に、
前記第１磁石の着磁方向は、前記第２軸方向であり、
前記第２磁石の着磁方向は、前記第１軸方向であることを特徴とする請求項４に記載の揺動装置。
前記第１コイルおよび前記第２コイルは、空芯コイルであり、
前記第１磁石の端部は、前記第１コイルの内側に配置され、
前記第２磁石の端部は、前記第２コイルの内側に配置されることを特徴とする請求項６に記載の揺動装置。
前記支持体は、前記第３軸方向から見て前記可動体と重なる開口部を備える中間可動枠であり、
前記第１軸に沿う方向を第１軸方向とする場合に、
前記第１接続機構は、前記可動体から前記第１軸方向の両側へ延びて前記中間可動枠の前記第１軸方向の両端に接続される一対の板ばね部を備え、
前記一対の板ばね部のそれぞれは、
前記可動体から前記第１軸方向に延びる第１直線部と、
前記第１直線部の先端から逆向きに折り返す折り返し部と、
前記折り返し部から前記可動体の側へ延びる第２直線部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の揺動装置。
前記一対の板ばね部のそれぞれは、前記第３軸方向を板厚方向とする第１平板部と、前記第２軸方向を板厚方向とする第２平板部と、を備えることを特徴とする請求項８に記載の揺動装置。
前記第１軸方向から見た場合に、前記第１平板部と前記第２平板部とが交差する交点と前記第１軸とが重なることを特徴とする請求項９に記載の揺動装置。
前記第１平板部は、
前記可動体から前記第１軸方向に延びる第１平板部第１直線部と、
前記第１平板部第１直線部の先端から逆向きに折り返す第１平板部折り返し部と、
前記第１平板部折り返し部から前記可動体の側へ延びる第１平板部第２直線部と、を備え、
前記第２平板部は、
前記可動体から前記第１軸方向に延びる第２平板部第１直線部と、
前記第２平板部第１直線部の先端から逆向きに折り返す第２平板部折り返し部と、
前記第２平板部折り返し部から前記可動体の側へ延びる第２平板部第２直線部と、を備えることを特徴とする請求項９に記載の揺動装置。