JP4832517B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば可動軸の先端にミラーが搭載されたアクチュエータに係わり、特に可動軸が倒れたときに可動軸の回動支点が倒れ中心点から位置ずれすることを防止すると共に可動軸回りの回転を防止できるようにしたアクチュエータに関する。

ホログラフィ記録媒体に対して２次元的なデジタル信号を多重に記録しまたは再生する方法としては、前記記録媒体に入射する参照光の入射角度又は波長を変えて行う方法が一般的である。そして、光ビーム（参照光）の入射角度を調整する従来のアクチュエータとしては、ガルバノミラーが代表的である（例えば、特許文献１）。

特許文献１は、半導体製造技術を利用した形成される２軸プレーナ型のガルバノミラーである。このガルバノミラーでは、支持体に対し外枠が一方の軸を形成する第１のトーションバーで支持され、また前記外枠に対してミラーを備えた内枠が他方の軸を形成する第２のトーションバーで支持されている。磁気駆動部に電磁力が発生すると、互いに直交配置された前記第１のトーションバーと前記第２のトーションバーを中心とする捩れ変形が発生するため、前記外枠と内枠とがそれぞれシーソー状に傾斜させられることにより、前記ミラーの角度を自在に変更することが可能とされている。
特開２００４−２７１８２１号公報（第６頁、図８−図９）

上記特許文献１に記載されているガルバノミラーの支持手段は、いわゆるジンバル機構であり、第１，第２のトーションバーの捩れ変形により、内枠及び外枠が独立して回動する構成である。このため、制御対象であるミラーの支持中心点は、前記第１のトーションバーの中心と前記第２のトーションバーの中心とが一致する点となる。

しかし、前記２つの中心が一致する点（支持中心点）は、個々のジンバル機構の精度に大きく依存する。しかも捩れ変形を利用する構成であることから、ジンバル機構ごとに支持中心点がばらつきやすく、機構上一点に定めることが困難である。

例えば、ホログラフィ記録媒体の再生時には、ミラーの角度を角度ごとに調整しながら参照光を振ってホログラム記録媒体のスキャンを行う。このとき、前記支持中心点は角度スキャンの中心となるが、前記のように支持中心点が未確定であると、前記参照光のスポットが所望の位置からシフトしてしまい、スキャン時に読み出しエラーが発生するという問題がある。

この点、本願出願時においては未だ出願公開されていないため、先行技術文献として掲げていないが、本願出願人が先に出願した特願２００５−２５９０６０としていわゆる地球ゴマ方式のアクチュエータが存在する。このアクチュエータでは、ミラーを有する可動軸が可動リングに一対の小球（第１の小球）を介して回動自在に取り付けられている。また前記可動リングが一対の小球（第２の小球）を介して固定ベースに回動自在に取り付けられている。前記第１の小球と前記第２の小球とは直交する２軸を形成しており、ミラーを前記２軸回りに揺動させることが可能とされている。

しかし、前記特願２００５−２５９０６０に記載されたアクチュエータは、機構的には優れているのであるがコスト的に高価である。このため、これに代わる安価で機能的にも見劣りしないアクチュエータの開発が望まれている。

本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、角度スキャン時の中心部（支持中心点）の位置ずれを低減することができるアクチュエータを提供することを目的としている。

しかも本発明はコストの低減を図ることのできるアクチュエータを提供することを目的としている。

本発明は、可動部側に設けられた制御対象と、前記制御対象を支持する支持軸と、固定部側に設けられて前記支持軸を揺動自在に支持する支持機構と、前記支持軸を中立位置から傾く姿勢に揺動させる駆動機構とを有するアクチュエータにおいて、
前記支持機構は、開口部を有して前記固定部側に設けられた外側基台と、前記外側基台の前記開口部内に設けられた内輪部材と、前記開口部の内側と前記内輪部材の外側との間に配置された複数の小球とを有し、前記支持軸が前記内輪部材に保持されており、
前記駆動機構は、前記固定部と前記可動部の一方に設けられた磁石および前記磁石の両極に対向配置された一対のヨークと、他方に設けられた複数の駆動コイルとを有しており、一方の前記ヨークから側方に延びる複数の腕部のそれぞれが、前記駆動コイル内に移動自在に配置されていることを特徴とするものである。

本発明のアクチュエータでは、支持軸がアンギュラ玉軸受けの内輪部材に保持されており、前記支持軸は前記内輪部材が傾くことができる範囲内で揺動（傾倒）することが可能とされている。前記内輪部材は、その周囲が外側基台に形成された開口部の内面との間に転動可能な状態で配置された複数の小球により保持されている。このため、前記支持軸及び内輪部材は、アンギュラ玉軸受けの中心（回動支点（支持中心点）Ｏ）中心に揺動することができる（図１等参照）。すなわち、このアクチュエータでは、常に一つの回動支点Ｏを中心にミラーの傾きを変えることができるため、安定した揺動動作を実現することが可能となる。このため、このようなアクチュエータを有するホログラム再生装置では、参照光のスポットが記録媒体上の所望の位置から位置ずれすることを防止することができる。

上記において、前記内輪部材と前記外側基台との間には、前記小球を前記基準軸に沿う軸方向に移動させるクリアランスが設けられているものが好ましい。

上記手段では、前記小球の軸方向への移動が許容されるため、前記内輪部材を傾倒させることが可能となる。

また前記内輪部材と前記外側基台の開口部とが共に楕円形状に形成されているものが好ましい。

上記手段では、支持軸の回動時の中心を、さらに回動支点Ｏに近づけることが可能となる。このため、揺動時の軸ずれを小さくできる。

さらに上記においては、前記可動部と固定部との間に、前記支持軸の軸回り方向の回転を規制する回転抑制部材が設けられているものが好ましい。

上記手段では、外側基台に対して内輪部材が軸回り方向に回転することを抑制することができる。このため、特に支持軸に対し傾斜した姿勢で固定されているミラーの傾斜角度の変動を防止できる。

例えば、前記回転抑制部材が、前記支持軸の周囲で且つ前記制御対象と前記固定部との間に架設された複数のワイヤで構成することができる。

または前記回転抑制部材は、最外周部に設けられた固定リングと、その内側に設けられた駆動リングと、最内周部に設けられた拘束リングと、前記固定リングと前記駆動リングを連結する第１の連結部と、前記駆動リングと前記拘束リングを連結する第２の連結部とを有し、前記固定リングが前記固定部側に固定され、前記拘束リングの中心に前記支持軸がされるものとして構成できる。

この場合には、前記第１の連結部と前記第２の連結部は共に一対の蛇腹で形成されており、前記第１の連結部を形成する一対の蛇腹と前記第２の連結部を形成する一対の蛇腹とは互いに９０度異なる位置に設けられているものが好ましい。

あるいは、前記回転抑制部材は、第１の方向に変形可能な変形部を備えた一対の変形部材と、前記第１の方向と直交する第２の方向に変形可能であると共に前記一対の変形部材どうしを連結する連結部材と、前記連結部材に設けられた連結リングとを有し、前記一対の変形部材の両端が固定部側に固定され、連結リングの中心に前記支持軸が保持されるものとして構成できる。

上記いずれの手段においても、一方では軸回り方向の回転動作を制限することができ、他方では支持軸の軸倒れ（揺動動作）を許容することができる。
例えば、前記制御対象はミラーである。

本発明のアクチュエータでは、支持軸を所定の回動支点（支持中心点）を中心として揺動させることができる。またミラーが支持軸回りに回転してしまうことを防止することができる。

このため、本発明のアクチュエータを用いたホログラフィ再生装置などにおいては、ミラーで反射された光のスポットが位置ずれすることを防止できるため、読み出しエラーを少なくできる。

図１は本発明のアクチュエータの実施の形態としてミラーアクチュエータを示す断面図、図２はミラーアクチュエータの斜視図、図３のＡはボビンの平面図、ＢはＡのＢ−Ｂ線における断面図、図４は磁界発生部を図２とは異なる方向から示す斜視図、図５はミラーアクチュエータの動作状態を示す支持機構の拡大断面図である。

以下に説明するミラーアクチュエータは、近年著しい開発が遂げられているホログラムを利用した光記録媒体の再生装置（ホログラフィ再生装置）に搭載されるものである。すなわち、このミラーアクチュエータ１０は、光記録媒体の任意の記録位置（ブック）に対し、光源から射出されたレーザー光で照光する際に、前記記録位置に対するレーザー光の入射角度を調整する装置として用いられる。ホログラフィ再生装置では、ミラーアクチュエータを細かい角度ステップで駆動することにより、角度ごとに記録されているホログラム（ページ）が読み出される。

本実施の形態に示すミラーアクチュエータ１０は、図１及び図２に示すように大きく分けて制御対象であるミラー部２０、支持機構３０および磁気駆動機構４０の３つの部材から構成されている。以下、各機構ごとに詳述する。

前記ミラー部（制御対象）２０は、全反射型のミラー本体２１と、前記ミラー本体２１が取り付けられるステージ２２とを有している。前記ステージ２２の背面（Ｚ２側の面）にはＺ２方向に延びる支持軸２３が一体に形成されている。

この実施の形態では、前記支持軸２３が、所定の基準軸Ｏ１−Ｏ１に一致するように図示している。また前記ステージ２２は前記支持軸２３に対し傾斜する姿勢で設けられている。このため、前記ミラー本体２１の反射面２１ａは前記基準軸Ｏ１−Ｏ１に対して直角ではなく、所定の傾斜姿勢θを有している。

前記支持軸２３は支持機構３０に支持されている。前記支持機構３０はいわゆるアンギュラ軸玉受けである。すなわち、支持機構３０は外側に外側基台３１が設けられ、内側に内輪部材３２が設けられている。

前記外側基台３１はその中心に図示Ｚ方向に貫通する開口部３１Ａが形成されている。また外側基台３１のＸ方向の両端には、図示Ｘ１およびＸ２方向に突出する固定部３１ｂ，３１ｂが設けられている。また内輪部材３２はリング状の部材である。

図１に示すように、前記外側基台３１は固定部材４１に固定されている。すなわち、前記固定部材４１は、略コの字形状からなる金属板又は合成樹脂板などで形成されており、底面４１Ａと、その両端に図示Ｚ１方向に連続的に延びる側壁部４１Ｂ，４１Ｂを有している。そして、この側壁部４１Ｂ，４１Ｂの先端には、図示Ｘ方向に貫通すると共にＹ方向に延びる長穴４１ａ，４１ａが形成されている。前記外側基台３１の固定部３１ｂ，３１ｂは、この長穴４１ａ，４１ａに嵌合されている。

図１に示す実施の形態では、前記外側基台３１に形成された前記開口部３１Ａの図示Ｚ２側に内面には第１の段差部３１ａが形成されている。また前記内輪部材３２のＺ１側に外側には、前記第１の段差部３１ａに対向する第２の段差部３２ａが形成されている。そして、外側基台３１の内面と前記内輪部材３２の外面とが半径方向において対向するスペース内Ｓ１には、軸回り方向（周方向）に並ぶ複数の小球３３が配置されている。

前記スペースＳ１の軸方向（Ｚ方向）の幅寸法、すなわち前記第１の段差部３１ａと前記第２の段差部３２ａとが軸方向（Ｚ方向）において対向する間隔は、前記小球３３の直径よりもわずかに大きい。このため、前記スペースＳ１内には、前記小球３３の軸方向への移動を許容するわずかなクリアランスが設けられている。

なお、前記支持軸２３は前記内輪部材３２の内側に圧入されており、前記支持軸２３と前記内輪部材３２とは一体化されている。

ここで、図１に示すように、支持軸２３に何らの力も作用していない状態において、前記複数の小球３３の中心点を含む平面で前記基準軸Ｏ１−Ｏ１と直交する平面を仮想平面Ｌと定義する。さらに前記仮想平面Ｌと前記基準軸Ｏ１−Ｏ１とが交わる点を回動支点（支持中心点）Ｏと定義する。

例えば、前記内輪部材３２に、図１において回動支点Ｏを中心とするα1またはα２方向の回転力が発生すると、図５に示すように前記複数の小球３３は前記スペースにおいて主として軸方向（Ｚ方向）に転動させられる。このため、前記支持軸２３を回動支点Ｏを中心として傾倒させることが可能とされている。

なお、図５に傾倒後の支持軸２３、小球３３および仮想平面Ｌの様子を点線で示す。
なお、この実施の形態に示す支持機構３０では、基準軸Ｏ１−Ｏ１を基準とする軸回り方向の回転が発生すると、前記複数の小球３３は前記スペースにおいて前記軸回り方向に転動する。このため、前記支持軸２３および前記内輪部材３２とを前記軸回り方向に一体的に回転させることが許容されている。

磁気駆動機構４０は主としてコイル部４３及び磁界発生部４５を有している。
図３のＡ，３Ｂなどに示すように、前記コイル部４３は平面的には略十字形状からなり、樹脂材料などで形成されるボビン４４を有している。前記ボビン４４は中心部に設けられた正方形状の枠部４４Ａと、この枠部４４Ａの外周面からそれぞれ四方向に突出する筒状の４つの巻回部４４Ｂ，４４Ｂ，４４Ｂおよび４４Ｂを有している。前記枠部４４Ａの外周面には、枠部４４Ａの内部から前記巻回部４４Ｂ，４４Ｂ，４４Ｂおよび４４Ｂの内部に抜ける連通部４４ａ，４４ａ，４４ａおよび４４ａがそれぞれ形成されている。また各巻回部４４Ｂの先端には、各巻回部４４Ｂが延びる前記四方向に対して垂直となる方向に広がるフランジ部４４ｂ，４４ｂ，４４ｂ，４４ｂがそれぞれ一体に形成されている。そして、各巻回部４４Ｂの外周で、且つ前記枠部４４Ａの外周面とフランジ部４４ｂとの間には線材を巻き付けて形成した４ヶのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成されている。４ヶのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を備えたボビン４４は、前記固定部材４１の底面４１Ａに固定される。

図１に示すように、磁界発生部４５は第１のヨーク４６と、永久磁石Ｍと、第２のヨーク４７とで構成されている。前記第１のヨーク４６は例えば亜鉛メッキ鋼板（ＳＰＣＣ）など軟磁性体素材からなる金属板で形成されており、永久磁石Ｍの底面積よりも広い八角形状の金属板として形成されている。この実施の形態に示す前記第１のヨーク４６は、その中心部に板厚方向に貫通する貫通孔４６ｂが形成されている。

前記永久磁石Ｍは、前記第１のヨーク４６の図示Ｚ２側の面上の中心部に固定されている。前記永久磁石Ｍは、例えばＺ１側がＳ極、Ｚ２側がＮ極のように面方向に着磁されている。なお、本実施の形態に示す永久磁石Ｍの中央部には、基準軸Ｏ１−Ｏ１に沿って貫通する貫通孔Ｍ１が形成されている。前記永久磁石Ｍは本実施の形態に示すような立方形状をしていてもよいし、中央に孔を有するリング状のものであってもよい。

図４に示すように、第２のヨーク４７も上記同様の軟磁性体素材からなる金属板で形成されており、前記永久磁石Ｍとほぼ同じ面積からなる正方形状の本体部４７Ａと、前記本体部４７Ａの４つの側面から四方向に延びる４本の腕部４７ａ，４７ａ，４７ａ，４７ａを有している。４本の腕部４７ａ，４７ａ，４７ａ，４７ａの先端は第１のヨーク４６に近接する方向（Ｚ１方向）に折り曲げられており、前記第１のヨーク４６と各腕部４７ａ，４７ａ，４７ａ，４７ａの先端部との間にはギャップｇが設けられている。

第２のヨーク４７は板金加工により形成される。例えば所定の型を用いて、前記金属板から正方形状の本体部４７Ａと、その周囲に腕部４７ａ，４７ａ，４７ａ，４７ａを有する第２のヨーク４７とが一体化された状態で切断（打抜加工）され、その後に前記腕部４７ａ，４７ａ，４７ａ，４７ａの先端部のみを加圧プレスによって折り曲げることにより形成することができる。

なお、第２のヨーク４７は、前記本体部４７Ａの下面（Ｚ１側の面）と前記永久磁石Ｍの上面（Ｚ２側の面）との間に設けられた接着剤を介して固着されている。

本実施の形態では、前記支持軸２３の他方の端部は、前記第１のヨーク４６の貫通孔４６ｂおよび前記永久磁石Ｍの貫通孔Ｍ１内に挿入されており、その端面が前記第２のヨーク４７のＺ１側の端面に固定されている。ただし、前記第１のヨーク４６および前記永久磁石Ｍに、前記貫通孔４６ｂおよび貫通孔Ｍ１を設けずに、前記支持軸２３の端面を前記第１のヨーク４６のＺ１側の端面に直接固定する構成であってもよい。

本実施の形態では、前記第２のヨーク４７が前記ボビン４４の内部に配置される。すなわち、前記第２のヨーク４７の本体部４７Ａが、ボビン４４の枠部４４Ａの内側に配置されており、前記第２のヨーク４７から延びる腕部４７ａ，４７ａ，４７ａ，４７ａが前記各連通部４４ａの内部に挿入されている。そして、前記腕部４７ａ，４７ａ，４７ａ，４７ａの先端は、各コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４内で移動余裕を有する状態で配置され、且つ前記第１のヨーク４６に対向している。この状態では各コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は各対向ギャップｇ内に配置されている。

なお、前記ボビン４４を構成する枠部４４Ａと４つの各巻回部４４Ｂ，４４Ｂ，４４Ｂおよび４４Ｂとは別体で構成されるものであってもよい。この場合には、あらかじめ４つの各巻回部４４Ｂの周囲に線材を巻き付けて各コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を形成しておき、前記永久磁石Ｍ及び第２のヨーク４７を前記枠部４４Ａ内に装着する。その後に、前記各連通部４４ａを介して枠部４４Ａの外部にそれぞれ突出する各腕部４７ａに対してその周囲を取り囲むように前記各コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を備えた各巻回部４４Ｂ，４４Ｂ，４４Ｂ，４４Ｂを前記枠部４４Ａの４つの外周面にそれぞれ固定する。これにより、４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を一体的に備えたボビン４４とすることができる。

また前記第１のヨーク４６のＺ１側の面と前記外側基台３１との間には、傾倒後の支持軸２３の姿勢を元の状態（基準軸Ｏ１−Ｏ１と一致する状態）に戻す復元力を発生させる圧縮ばねなどからなる付勢部材５１が設けられている。

さらに、本発明では可動部と固定部との間に回転抑制部材が設けられている。
前記回転抑制部材は、前記基準軸Ｏ１−Ｏ１の周囲に、軸対称となる位置に設けられた複数の（本実施の形態では４本）の架設部材５３で構成される。本実施の形態においては、前記複数の架設部材５３が、前記可動部側を形成するステージ２２の背面（Ｚ２側の面）と固定部側を形成する外側基台３１との間に所定の張力を与えられた状態で架設されている。

上記ミラーアクチュエータの動作について説明する。
図１に示すように、前記各腕部４７ａの先端部と第１のヨーク４６とはギャップｇを介して対向配置されおり、このギャップｇ内に４ヶの各コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の一部がそれぞれ配置されている。なお、図１ではコイルＣ１、Ｃ２（第１の磁気駆動部）のみを図示している。

前記磁界発生部４５では、永久磁石ＭのＮ極から発生した磁束φが、第２のヨーク４７内の本体部４７Ａ内を中心から離れる外周方向に進んで各腕部４７ａに導かれる。そして、前記磁束φは各腕部４７ａの先端部の下面（Ｚ１側の面）から外部に抜け出ると共に、これに対向する位置に設けられた前記ギャップｇを通過して第１のヨーク４６に入り込む。さらに磁束φは前記第１のヨーク４６内を中心方向に進んで前記永久磁石ＭのＳ極内に至るという磁気回路（磁路）を形成する。そして、前記磁束φが前記ギャップｇを通過する際には、磁束φと前記各コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４内を流れる電流とが垂直に鎖交する。

ここで、前記磁気駆動機構４０では、基準軸Ｏ１−Ｏ１を線対称とする位置に配置されたコイルＣ１とコイルＣ２とが第１の磁気駆動部を形成し、同じくコイルＣ３とコイルＣ４とが第２の磁気駆動部を形成している。

前記第１の磁気駆動部を形成するコイルＣ１とコイルＣ２に所定方向の電流を流すと、前記コイルＣ１にはフレミングの左手の法則に従う電磁力Ｆ１，Ｆ１が発生する。前記電磁力Ｆ１，Ｆ１は、前記磁界発生部４５を形成する第１のヨーク４６の下面に垂直に設けられた支持軸２３に対し、所定の支持中心点（回動支点）Ｏを中心とするα１方向またはα２方向の回転力として作用する。

このとき、図５に示すように、前記支持機構３０内に設けられた一方の小球３３ａは、前記スペースＳ１内を一方の軸方向（例えばＺ１方向）に移動する。同時に他方の小球３３ｂは、前記スペースＳ１内を他方の軸方向（例えばＺ２方向）に移動する。このとき、前記小球３３ａ及び小球３３ｂは互いに逆方向に同じ距離だけ移動する。そして、前記小球３３ａ及び小球３３ｂが移動する距離は、前記スペースＳ１に設けられたわずかなクリアランスの範囲内である。このため、前記内輪部材３２は前記支持軸２３とともに回動支点Ｏを中心として揺動することができる。すなわち、支持軸２３が揺動する時の中心を前記回動支点Ｏの一点に定めることができ、ミラー部（制御対象）２０の傾斜角度θを安定的に変更することが可能となっている。

このため、ホログラム再生装置において、光源から発せられた光ビームを前記ミラーアクチュエータで反射することにより参照光を形成する場合に、前記参照光のスポット位置を所望の位置からシフトしてしまうことを防止できる。すなわち、常に前記参照光のスポット位置を所望の位置に設定することができる。このため、このようなホログラム再生装置では、スキャン時の読み出しエラーを低減することが可能となる。

上記の関係は、第２の磁気駆動部を形成するコイルＣ３とコイルＣ４との間でも同様である。すなわち、前記コイルＣ３及びコイルＣ４に流す電流の向きを変えることにより、前記α１およびα２と直交する方向において支持軸を自在に傾倒させることができる。

よって、前記第１の磁気駆動部を形成するコイルＣ１，Ｃ２及び第２の磁気駆動部を形成するＣ３，Ｃ４に流れる電流の向きを所定の方向に設定することにより、支持軸２３を基準軸Ｏ１−Ｏ１に一致する姿勢から所望の方向に自在に傾倒させることが可能である。

なお、前記図５は前記電磁力Ｆ１，Ｆ１（回転力も同様）が発生した面の断面図であり、一方の小球３３ａと前記他方の小球３３ｂとは、前記基準軸Ｏ１−Ｏ１に対し互いに軸対称となる位置に設けられた小球である。

前記支持機構３０は図６に示すような構成であってもよい。
図６は支持部材の他の構成を示す断面図である。

図６では、外側基台３１の内面が凹状の曲面（凹面）で形成され、これに対向する内輪部材３２の外面が凸状の曲面（凸面）で形成されている点が異なっている。なお、外側基台３１の内面と内輪部材３２の外面とは、前記回動支点Ｏを中心とする所定の曲率でそれぞれ形成されたものが好ましい。

この構成では、支持軸２３が揺動すると、小球３３ａと小球３３ｂは前記凹面と前記凸面とが対向するスペースＳ２内を前記回動支点Ｏを中心とする円弧の沿って互いに逆方向に移動する。このため、前記支持軸２３が揺動する時の中心を、さらに前記回動支点Ｏに近づけることができる。

また同様の原理により、コイルＣ１及びコイルＣ２に流す電流の向きをそれぞれ変えると、前記磁界発生部４５を前記α１方向とは逆方向となるα２方向に傾倒（揺動）させることができる。

前記支持軸２３が傾倒するときには、前記第１のヨーク４６と外側基台３１との間に設けられた前記付勢部材５１が変形させられる。前記付勢部材５１は、常に元の状態の復帰しようとする復元力を発生させている。よって、前記各コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に与えた駆動電流を遮断し、前記電磁力Ｆ１，Ｆ１を消滅させることにより、前記支持軸２３を傾倒した姿勢から前記基準軸Ｏ１−Ｏ１に一致する元の姿勢に戻すことができる。

ところで、上記実施の形態に示す支持機構３０では、基準軸Ｏ１−Ｏ１を基準とする軸回り方向の回転が発生すると、前記複数の小球３３は前記スペースにおいて前記軸回り方向に転動する。このため、前記支持軸２３および前記内輪部材３２とを前記軸回り方向に一体的に回転させることが許容されている。

しかし、支持軸２３が軸回り方向に回転すると、その先端に傾斜姿勢で取り付けられているミラー本体２０の傾斜角度が変更されてしまう。このため、支持軸２３は、その軸回り方向の回転を抑えることが必要である。

そこで、本発明では、図１に示すように固定部と可動部との間に複数（本実施の形態では４本）の架設部材５３を架設している。

ここで、図７ＡないしＣは、回転抑制部材の第１の実施の形態としての動作を示す平面図であり、図７Ａは４本の架設部材が静止した状態、図７Ｂは４本の架設部材が回転した状態、図７Ｃは４本の架設部材が一方向に揺動した状態を示している。なお、図７ＡないしＣでは、ハッチングで示す部分が架設部材の上面を示し、ハッチングを有さない部分が架設部材の底面を示している。

前記複数の架設部材５３は、例えば可撓性に優れた金属線（ワイヤ）で形成されている。このように、前記可動部と前記固定部との間に複数の架設部材５３にテンションを与えた状態で架設しておくと、回転軸回りの回転動作を抑制することができる。

なお、前記複数の架設部材５３の断面形状は円形でも構わないが、図７ＡないしＣに示すように四角形状である方がより好ましい。このように、断面が四角形状のワイヤは、周囲の各面に平行となる方向の縦弾性係数が、断面が円形のワイヤなどに比較して大きい。このため、上記構成では、捩れ変形に強い架設部材５３とすることができる。このため、図７Ｂに示すように、支持軸２３に対し何らかの力が軸回り方向に作用しても、複数の架設部材５３がこれを妨げる抵抗として作用する。このため、前記支持軸２３に軸回り方向の外力が発生しても、実質的には支持軸２３の軸回りに回転することを阻止することができる。

また図７Ｃに示すように、支持軸２３の回動支点Ｏが、点線で示す基準軸Ｏ１−Ｏ１と一致する姿勢から、実線で示すような位置ずれした状態に揺動動作する時には、複数の架設部材５３が捩れることはない。このため、揺動時に前記複数の架設部材５３から前記支持軸２３に作用する前記抵抗力は小さい。このため、支持軸２３および前記内輪部材３２は、容易に傾倒することが可能となっている。

すなわち、複数の架設部材５３は、軸回り方向の回転を抑制する回転抑制部材として機能する一方で、支持軸２３および前記内輪部材３２の揺動動作を許容する機能を有する。

次に、回転抑制部材の第２の実施形態について説明する。
図８は回転抑制部材の第２の実施の形態を示す平面図である。この実施の形態では支持部材が回転抑制機能を有している。

この実施の形態に示す支持機構３０Ｂは、内側に楕円形状の開口部３１Ａを備えた外側基台３１Ｂと、外形が楕円形状からなる内輪部材３２Ｂとを有している。前記内輪部材３２Ｂは前記開口部３１Ａの内側に配置されている。そして、複数の小球３３が、前記外側基台３１Ｂの内面（開口部３１Ａの内面）と前記内輪部材３２Ｂの外面との間で且つ平面的に見たときに楕円帯状に形成されるスペースＳ３内に軸回り方向に沿って配置されている。

前記支持軸２３は、前記内輪部材３２Ｂの内部に挿通された状態で固定されている。なお、その他の構成は、上記支持機構３０と同様である。

この実施の形態では、軸回り（基準軸Ｏ１−Ｏ１回り）の回転が前記支持軸２３に発生すると、その回転は内輪部材３２Ｂの長軸を開口部３１Ａの短軸（または内輪部材３２Ｂの短軸を開口部３１Ａの長軸）に一致させるものとして作用する。

しかし、内輪部材３２Ｂの長軸が開口部３１Ａの短軸に一致しようとすると、スペースＳ３内の対向距離が部分的に前記小球３３の直径よりも狭くなる。このため、小球３３の軸回り方向への自由な移動が制限されることになる。よって、この支持機構３０Ｂでは、前記内輪部材３２Ｂの自由な回転を制限することができる。すなわち、この支持機構３０Ｂは、支持軸２３の軸回り方向の回転を抑制する回転抑制機能を有している。

また支持軸２３が前記基準軸Ｏ１−Ｏ１を基準として傾倒する揺動動作については、上記同様特に制限されることなく自由に揺動することが可能である。

つまり、この支持機構３０Ｂは、軸回り方向の回転を抑制する回転抑制部材としての機能と、支持軸２３および前記内輪部材３２の揺動動作を許容する機能とを有している。

なお、この場合においても、外側基台３１Ｂの内面と内輪部材３２Ｂの外面とは、それぞれ回動支点Ｏを中心とする所定の曲率とする構成（図６の構成）が好ましいことは上記同様である。

図９は回転抑制部材の第３の実施の形態を示す平面図と側面図であり、図９Ａは支持軸が中立位置にある状態、図９Ｂは支持軸が揺動した後の状態を示している。また図１０は回転抑制部材を構成する連結部に回転による捩れが生じた状態を示す概略図である。

第３の実施の形態を示す回転抑制部材６０は、例えば固定部側を構成する支持機構３０に設けることができる（図１の点線を参照）。図９Ａ，図９Ｂに示すように、この実施の形態に示す回転抑制部材６０は、直径の異なる３つの輪状部材と、前記３つの輪状部材どうしを連結する２種類の連結部とから構成されている。

輪状部材は、最外周部に設けられた固定リング６１と、その内側に設けられた駆動リング６２と、最内周に設けられた拘束リング６３とからなる。図９Ａに示す状態では、前記固定リング６１、駆動リング６２および拘束リング６３は略同心円で形成されている。

前記連結部は前記固定リング６１と前記駆動リング６２とを連結する一対の第１の連結部６５，６５と、前記駆動リング６２と前記拘束リング６３とを連結する第２の連結部６６，６６とを有する。この実施の形態においては、前記第１の連結部６５，６５と前記第２の連結部６６，６６はすべて蛇腹で形成されている。

一方の第１の連結部６５と他方の第１の連結部６５とは、基準軸Ｏ１−Ｏ１を中心とする軸対称となる位置（１８０度の異なる位置）に形成されている。同様に一方の第２の連結部６６と他方の第２の連結部６６とは、基準軸Ｏ１−Ｏ１を中心とする軸対称となる位置（１８０度の異なる位置）に形成されている。そして、前記一対の第１の連結部６５，６５と前記一対の第２の連結部６６，６６とは周方向に９０度ずれた位置に形成されている。

最内周に設けられた拘束リング６３が第２の連結部６６，６６を介して駆動リング６２に支持され、さらに前記駆動リング６２が第１の連結部６５，６５を介して固定リング６１に支持されている。なお、前記回転抑制部材６０は、例えば合成樹脂などによって一体的に形成されている。

前記回転抑制部材６０は、前記固定リング６１の一部が、固定部側を構成する前記支持機構３０の外側基台３１に形成された取付部３１ｃ上に固定される（図１参照）。

そして、前記拘束リング６３の中には前記支持軸２３が挿入されており、前記支持軸２３が接着剤などを介して前記拘束リング６３に保持されている。

前記支持軸２３に対し軸回り方向の回転が発生すると、前記支持軸２３に固定されている拘束リング６３も一緒に回転する。このとき、拘束リング６３は、前記一対の第２の連結部６６，６６、駆動リング６２、前記一対の第１の連結部６５，６５、さらには固定リング６１のそれぞれを軸回り方向に回転させる回転力を与える。

しかし、上記のように最外周部に設けられた前記固定リング６１は、固定部側の取付部３１ｃに固定されている。このため、軸回り方向の力が前記支持軸２３に発生すると、例えば図１０に示すように前記一対の第１の連結部６５，６５や前記一対の第２の連結部６６，６６に無理な捩れ変形などが発生する。そして、このときの変形に対する復元力が、前記軸回りの回転を阻止する抑制力として作用する。このため、軸回り方向の外力が発生しても、実質的に支持軸２３が軸回り方向に回転することを阻止することができる。

また前記一対の第１の連結部６５，６５および前記一対の第２の連結部６６，６６は、蛇腹で形成されているためにある程度伸縮自在である。

このため、図９Ｂに示すように、前記支持軸２３が傾倒した場合には、前記一対の第１の連結部６５，６５のうち一方が収縮され、他方が伸張するように動作する。よって、この回転抑制部材６０は、前記拘束リング６３を前記支持軸２３とともに傾倒する方向に移動することができ、前記支持軸２３の揺動（傾倒動作）を妨げることがない。

すなわち、第３の実施の形態に示す回転抑制部材６０においても、支持軸２３の軸倒れについては許容するが、軸回り方向の回転についてはこれを抑制する機能を有している。

また前記回転抑制部材は、以下のような構成であってもよい。
図１１は回転抑制部材の第４の実施の形態を示す平面図と側面図であり、図１１Ａは支持軸が中立位置にある状態、図１１Ｂは支持軸が揺動した状態を示している。

図１１Ａ，図１１Ｂに示す回転抑制部材７０は、平面的に見ると略Ｈ形状をしており、平行に延びる一対の変形部材７１及び変形部材７２と、前記変形部材７１と変形部材７２とを繋ぐ連結部材７３を有している。

前記変形部材７１及び変形部材７２の各両端には、蛇腹状の変形部７１ａ，７１ｂ及び変形部７２ａ，７２ｂをそれぞれ有している。前記変形部７１ａと変形部７１ｂとの間および前記変形部７２ａと変形部７２ｂとの間には、略Ｔ字形状からなる非変形部７１Ａ，７２Ａが設けられている。

前記連結部材７３は、非変形部７１Ａの中央と前記非変形部７２Ａの中央との間に設けられている。前記連結部材７３の両端にも変形部７３ａ，７３ｂが設けられており、この変形部７３ａ，７３ｂの両端が前記非変形部７１Ａ，７２Ａに繋がっている。

そして、前記変形部材７１及び変形部材７２の各両端が、上記のように固定部側の取付部３１ｃなどに固定されている。また前記変形部７３ａと前記変形部７３ｂとの間に連結リング７３Ａが設けられており、この連結リング７３Ａの中心に前記支持軸２３が保持されている。

図１１Ｂに示すように、前記回転抑制部材７０では、外力が支持軸２３に対し前記変形部材７１及び変形部材７２に沿う第１の方向に平行に作用した場合には、前記変形部７１ａ，７２ａと前記変形部７１ｂ，７２ｂとの一方が収縮し、他方が伸張する。また外力が、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿う方向に作用した場合（連結部材７３に平行に作用した場合）には、前記変形部７３ａと前記変形部７３ｂの一方が収縮し、他方が伸張する。このため、前記回転抑制部材７０は前記支持軸２３の揺動（傾倒動作）を妨げることがない。

また前記支持軸２３に対し、軸回り方向の力が作用した場合には、前記変形部材７１の変形部７１ａ，７１ｂ、前記変形部材７２の変形部７２ａ，７２ｂおよび前記連結部材７３の変形部７３ａ，７３ｂに無理な力が作用することになる。よって、このときの反力が回転を阻止する抑制力として作用する。このため、前記回転抑制部材７０おいても、実質的に支持軸２３が軸回り方向に回転することを阻止することができる。

このように、上記回転抑制部材７０を用いることによっても、支持軸２３の軸倒れを許容し、且つ軸回り方向の回転を抑制することが可能である。

上記実施の形態では、可動側が永久磁石Ｍを有する磁界発生部４５で構成され、固定部側がコイル部４３で形成されたいわゆるムービングマグネット型として示したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、前記磁界発生部４５が設けられた可動部側の位置にコイル部４３が設けられ、前記コイル部４３が設けられた固定部側の位置に磁界発生部４５が設けられるいわゆるムービングコイル型とするものであってもよい。

また上記においては、アクチュエータの実施の形態としてミラーアクチュエータを用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、その他様々な分野に応用できることはもちろんである。例えば、平面型のアンテナを電界強度に合わせて様々な方向に向けるアンテナ用のアクチュエータとして用いることも可能である。

本発明のアクチュエータの実施の形態としてミラーアクチュエータを示す断面図、 ミラーアクチュエータの斜視図、 Ａはボビンの平面図、ＢはＡのＢ−Ｂ線における断面図、 磁界発生部を図２とは異なる方向から示す斜視図、 ミラーアクチュエータの動作状態を示す支持機構の拡大断面図、 支持部材の他の構成を示す断面図、 回転抑制部材の第１の実施の形態を示す平面図であり、４本の架設部材が静止した状態、 ４本の架設部材が回転した状態を示す平面図、 ４本の架設部材が一方向に揺動した状態を示す平面図、 回転抑制部材の第２の実施の形態を示す平面図、 回転抑制部材の第３の実施の形態を示す平面図と側面図であり、支持軸が中立位置にある状態、 支持軸が揺動した後の状態を示す回転抑制部材の平面図と側面図、 回転抑制部材を構成する連結部に回転による捩れが生じた状態を示す概略図、 回転抑制部材の第４の実施の形態を示す平面図と側面図であり、支持軸が中立位置にある状態、 支持軸が揺動した後の状態を示す回転抑制部材の平面図と側面図、

符号の説明

１０ ミラーアクチュエータ
２０ ミラー部（制御対象）
２１ ミラー本体
２２ ステージ
２３ 支持軸
３０ 支持機構
３１ 外側基台
３２ 内輪部材
３３，３３ａ，３３ｂ 小球
４０ 磁気駆動機構
４１ 固定部材
４３ コイル部
４４ ボビン
４４Ａ 枠部
４４Ｂ 巻回部
４５ 磁界発生部
４６ 第１のヨーク
４７ 第２のヨーク
４７ａ 腕部
５１ 付勢部材
５３ ワイヤ（架設部材）
６０ 回転抑制部材
６１ 固定リング
６２ 駆動リング
６３ 拘束リング
６５ 第１の連結部
６６ 第２の連結部
７０ 回転抑制部材
７１，７２ 変形部材
７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ 変形部
７３ 連結部材
７３ａ，７３ｂ 変形部
７３Ａ 連結リング
ｇ ギャップ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コイル
Ｍ 永久磁石
Ｍ１ 貫通孔
Ｏ 回動支点
Ｏ１ 基準軸
Ｓ１ スペース

Claims (9)

1. 可動部側に設けられた制御対象と、前記制御対象を支持する支持軸と、固定部側に設けられて前記支持軸を揺動自在に支持する支持機構と、前記支持軸を中立位置から傾く姿勢に揺動させる駆動機構とを有するアクチュエータにおいて、
   前記支持機構は、開口部を有して前記固定部側に設けられた外側基台と、前記外側基台の前記開口部内に設けられた内輪部材と、前記開口部の内側と前記内輪部材の外側との間に配置された複数の小球とを有し、前記支持軸が前記内輪部材に保持されており、
   前記駆動機構は、前記固定部と前記可動部の一方に設けられた磁石および前記磁石の両極に対向配置された一対のヨークと、他方に設けられた複数の駆動コイルとを有しており、一方の前記ヨークから側方に延びる複数の腕部のそれぞれが、前記駆動コイル内に移動自在に配置されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記内輪部材と前記外側基台との間には、前記小球を前記基準軸の軸方向に沿って移動させるクリアランスが設けられている請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記内輪部材と前記外側基台の開口部とが共に楕円形状に形成されている請求項１または２記載のアクチュエータ。
4. 前記可動部と前記固定部との間に、前記支持軸の軸回り方向の回転を規制する回転抑制部材が設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載のアクチュエータ。
5. 前記回転抑制部材が、前記支持軸の周囲で且つ前記制御対象と前記固定部との間に架設された複数のワイヤである請求項４記載のアクチュエータ。
6. 前記回転抑制部材は、最外周部に設けられた固定リングと、その内側に設けられた駆動リングと、最内周部に設けられた拘束リングと、前記固定リングと前記駆動リングを連結する第１の連結部と、前記駆動リングと前記拘束リングを連結する第２の連結部とを有し、前記固定リングが前記固定部側に固定され、前記拘束リングの中心に前記支持軸が保持されている請求項４記載のアクチュエータ。
7. 前記第１の連結部と前記第２の連結部は共に一対の蛇腹で形成されており、前記第１の連結部を形成する一対の蛇腹と前記第２の連結部を形成する一対の蛇腹とは互いに９０度異なる位置に設けられている請求項６記載のアクチュエータ。
8. 前記回転抑制部材は、第１の方向に変形可能な変形部を備えた一対の変形部材と、前記第１の方向と直交する第２の方向に変形可能であると共に前記一対の変形部材どうしを連結する連結部材と、前記連結部材に設けられた連結リングとを有し、前記一対の変形部材の両端が固定部側に固定され、連結リングの中心に前記支持軸が保持されている請求項４記載のアクチュエータ。
9. 前記制御対象はミラーである請求項１ないし８のいずれかに記載のアクチュエータ。

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