JP7421140B2 - 回転往復駆動アクチュエータ - Google Patents

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Description

本発明は、回転往復駆動アクチュエータに関する。
従来、回転往復駆動アクチュエータとして、複合機、レーザービームプリンタ等においてレーザー光を反射して走査対象に照射するミラーの反射角度を変更するガルバノモータが知られている。
ガルバノモータとしては、コイルをミラーに取り付けてコイル可動構造としたタイプ（「コイル可動タイプ」と称する）の他、特許文献１に開示の構造等の様々なタイプのものが知られている。
特許文献１には、４つの永久磁石が、ミラーが取り付けられる回転軸に、回転軸径方向に着磁するように設けられ、コイルが巻回された磁極を有するコアが、回転軸を挟むように配置されたビーススキャナが開示されている。
特許第４７２７５０９号公報
ところで、コイル可動タイプでは、駆動時のコイルの発熱により、ミラーの表面状態、回転軸へのミラーの接合状態、または反りを含むミラーの形状等に悪影響を与える恐れがある。また、コイル可動タイプでは、通電時のコイルの発熱を考慮するとコイルへの入力電流も大きくしにくく、可動体であるミラーの大型化や高振幅化が困難であるという問題がある。更に、可動体であるミラーに対して、コイルへの配線を固定体側に引き出す必要があり組み立て性が悪いという問題がある。
また、特許文献１では、マグネットを可動体側に配置しているので、上述したコイル可動タイプでの問題を解消できるものの、マグネットをコアに対して中立位置に静止させる、つまり、マグネットの磁極の切り替わり部をコアのセンターに位置させるために、コア１極あたりに２極のマグネット、都合、４極のマグネットが必要となっている。
これにより、例えば、２極のマグネットを用いて同様のスキャナを構成する場合と比較して、可動体の振幅が小さくなる、つまり、揺動範囲が減少するという問題がある。また、少なくとも４つのマグネットを用いるので、部品点数が多く複雑な構成であり組立が難しい。
これらを踏まえ、近年、スキャナに用いられる回転往復駆動アクチュエータとして、可動体であるミラーの大型化等を想定して、剛性を備え、耐衝撃性、耐振動性を有するとともに、組み立て性の向上が図られ、高振幅化を実現可能な回転往復駆動アクチュエータが望まれている。
本発明の目的は、製造性が高く、組立精度がよく、可動対象が大型ミラーであっても高振幅で駆動できる回転往復駆動アクチュエータを提供することである。
本発明の回転往復駆動アクチュエータは、
軸部と、前記軸部に固定され、リング形状を有し、軸方向に直交する方向に延在する磁極切り替わり部により区分される前記リング形状の第１半部及び第２半部が相異なる極に着磁された可動マグネットと、を有する可動体と、
前記可動マグネットとの電磁相互作用により前記軸部を中心に前記可動体を往復回転させる一対のコイルと、前記一対のコイルが巻回された一対の芯部と、前記一対の芯部の夫々の一端部に設けられ、前記可動マグネットを軸方向に直交するＸ方向で挟むよう配置された一対の磁極と、前記軸方向に直交するＹ方向で前記可動マグネットの片側でコアに配置され、前記可動マグネットとの間に磁気吸引力を発生して、前記磁極切り替わり部が前記Ｘ方向に対し平行となる前記往復回転の動作基準位置を規定する回転角度位置保持部と、を有する固定体と、
を有し、
前記一対の磁極の夫々は、前記動作基準位置にある前記可動マグネットの前記磁極切り替わり部に対向する対向位置から、前記回転角度位置保持部が配置された側及び前記回転角度位置保持部が配置されていない側の両方へ、前記可動マグネットの外周面に沿って円弧状に形成され、
前記一対の磁極と、前記一対のコイルが巻回された前記一対の芯部と、前記回転角度位置保持部が配置された前記コアと、を含む磁性部材の組立体は、前記軸方向に直交する面において前記可動体を囲む矩形形状を呈し、前記コアは、前記矩形形状の一辺に沿って前記Ｘ方向に延在し、前記一対の芯部は、前記矩形形状において前記一辺とは異なる一対の対向辺に沿って前記Ｙ方向に延在し、
前記一対のコイルの巻回軸は、前記Ｙ方向に沿って延在する、構成を採る。
本発明によれば、製造性が高く、組立精度がよく、可動対象が大型ミラーであっても高振幅で駆動できる。
本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータの外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータの要部構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータの減衰部を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータの減衰部を示す分解斜視図である。 図６Ａは、減衰部による機能によりリンギングが抑制された波形を示す図であり、図６Ｂは、リンギングがある波形を示す図である。 減衰部の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータの磁気回路による回転往復駆動アクチュエータの動作を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータの磁気回路による回転往復駆動アクチュエータの動作を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る回転往復駆動アクチュエータの外観斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る回転往復駆動アクチュエータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る回転往復駆動アクチュエータの外観斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る回転往復駆動アクチュエータの要部構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態４に係る回転往復駆動アクチュエータの外観斜視図である。 回転往復駆動アクチュエータを有するスキャナシステムの第１例の要部構成を示すブロック図である。 回転往復駆動アクチュエータを有するスキャナシステムの第２例の要部構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
以下、本実施形態の回転往復駆動アクチュエータ１を構成する各部については、回転往復駆動アクチュエータ１が駆動しておらず、非動作状態である通常状態時を基準として説明する。また、本実施形態の回転往復駆動アクチュエータ１の構造を説明するにあたり、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用する。後述する図においても共通の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で示している。なお、軸方向はＺ方向とともに－Ｚ方向も含む。
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータ１の外観斜視図であり、図２は、本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータ１の分解斜視図であり、図３は、本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータ１の要部構成を示す平面図である。
回転往復駆動アクチュエータ１は、可動対象物が接続される可動体１０を軸部１３周りに往復回転駆動させる。回転往復駆動アクチュエータ１は、例えば、可動体１０に可動対象物としてのミラー１６を備え、ライダー（「光検出と測拒」ＬＩＤＡＲ：Laser Imaging Detection and Ranging）等において、走査対象に、ミラー１６でレーザー光等を照射して、その反射光を取得して走査対象の情報を取得する光スキャナとして用いられる。なお、回転往復駆動アクチュエータ１は、複合機、レーザービームプリンタ等の走査装置に適用可能である。特に、回転往復駆動アクチュエータ１は、外力を受ける状況においても好適に機能することができ、走行時に衝撃を受ける可能性のある装置、例えば、車載可能なスキャナ装置に適用されることが好ましい。
回転往復駆動アクチュエータ１は、可動マグネット３０及び軸部１３を有する可動体１０と、軸部１３を回転自在に支持し、コイル４３、及び可動マグネット３０の回転角度位置保持部（以下、「マグネット位置保持部」という）２４を有する固定体２０とを有する。
回転往復駆動アクチュエータ１では、マグネット位置保持部２４と可動マグネット３０との磁気吸引力、所謂、磁気バネにより、常態時では、可動体１０は、動作基準位置に位置するように、回動自在に保持されている。ここで、常態時は、コイル４３に通電されていない状態である。可動体１０が動作基準位置に位置することは、本実施の形態では、可動マグネット３０がコイル４３の励磁する磁極４１２ａ、４１２ｂに対して中立な位置に位置することを意味し、軸回りの一方向と他方向（軸部１３側から見て正転及び逆転）の双方のいずれの方向にも同様な回転が可能な位置である。可動体１０が動作基準位置に位置するとき、可動マグネット３０において磁極が切り替わる部位である磁極の切り替わり部（「磁極切り替わり部」ともいう）３４が、コイル４３側の磁極と対向する位置に位置する。磁極切り替わり部３４は、可動マグネット３０の外周部分に２箇所設けられている。動作基準位置は、可動マグネット３０が軸部１３を中心に回転往復駆動する際に、右回り左回りに同様なトルクで回転可能な位置である。
可動マグネット３０とコイル４３との協働により、可動体１０の軸部１３は、固定体２０に対して動作基準位置から軸回りの一方向と他方向とに適宜移動、本実施の形態では、往復回転駆動、つまり、揺動或いは振動する。
［可動体１０］
可動体１０は、軸部１３、軸部１３に固定された可動マグネット３０の他、後述する回転角度位置検出部７０のエンコーダディスク７２を有し、軸部１３には、ミラーホルダ１５を介してミラー１６が固定されている。ミラー１６は、入射される光であるレーザー光を反射して出射し走査する。なお、本実施の形態の可動体１０ではミラー１６が取り付けられ、ミラーを可動対象物として、軸部１３周りに往復回転振動可能としているが、可動対象物は、ミラー１６でなくてもよいことは勿論である。
軸部１３は、固定体２０に対して軸回りに回転自在に支持されている。軸部１３は、固定体２０に可動自在に軸支されていれば、どのように軸支されてもよく、本実施の形態では、軸受け２３ａ、２３ｂを介して軸支されている。
軸部１３は、耐久性を有する金属（例えば、ＳＵＳ４２０Ｊ２）等により形成され、可動対象に接続される。可動対象とは、往復回転駆動対象となる部材であり、可動体１０自体でもよい。
軸部１３は、軸方向に離れた位置で軸受け２３ａ、２３ｂを介して固定体２０により軸支されている。軸受け２３ａ、２３ｂの間の部位（ここでは中央部分）には、可動対象であるミラー１６がミラーホルダ１５を介して固定されている。また、軸受け２３ａの位置に着目すると、軸受け２３ａは、軸部１３において、可動マグネット３０と可動対象物としてのミラー１６との間に配置されている。
なお、ミラー１６は、反射面１６ａを軸部１３の接線方向に位置するように取り付けられており、軸部１３の回転により、反射面１６ａの角度が変更自在となっている。
軸部１３に取り付けられるミラー１６は、軸部１３の全長において、両端部１３ａ、１３ｂのうちの一方側に寄った位置（変位した位置）に取り付けられても良い。その場合、軸部１３の他端部１３ｂ側で軸受け２３２、２３４（図１２及び図１３の回転往復駆動アクチュエータ１Ｂ参照）を介して固定体２０Ｂに軸支されることが好ましい。
本実施の形態では、軸部１３は、ミラー１６を挟むように、両端部１３ａ、１３ｂ側で軸受け２３ａ、２３ｂを介してベース２２に軸支されている。これにより、片持ちで固定するよりもミラー１６の保持が強固となり、耐衝撃性や対振動が高まるよう構成されている。
また、本実施の形態では、軸部１３の一端部１３ａには可動マグネット３０が固定され、他端部１３ｂには、減衰部の一例であり、固定体２０に取り付けられた減衰器６０が接続されている。
可動マグネット３０は、軸部１３の外周で、軸部１３の回転軸方向と直交する方向に、Ｓ極及びＮ極で交互に着磁された偶数の磁極を有する。可動マグネット３０は、本実施の形態では、２極に着磁されているが、可動時の振幅に応じて２極以上着磁されてもよい。
可動マグネット３０は、リング形状をなしている。可動マグネット３０では、軸部１３の外周で、Ｓ極及びＮ極を成す偶数の磁極３１、３２が交互に着磁されている。
本実施の形態では、可動マグネット３０は、軸部１３を挟み互いに反対側に向く異なる極性の着磁面をそれぞれ有する偶数の磁極３１，３２を有する。磁極３１、３２は、本実施の形態では、軸部１３の軸方向に沿う平面を境界として異なる極性である。
また、これら偶数の磁極３１、３２は、可動マグネット３０において、軸部１３の外周で、等間隔に着磁されて構成されている。
このように可動マグネット３０では、軸部１３の外周に、Ｓ極及びＮ極をなす偶数の磁極３１、３２が交互に配置され、且つ、それぞれの磁極３１、３２は等間隔に配置されている。
可動マグネット３０は、図３に示すように平面視して、それぞれの半円状の部位が異なる磁極３１、３２を構成している。本実施形態の可動マグネット３０では、半円状の部位の円弧状の湾曲面が、異なる磁極３１、３２の着磁面であり、軸回りに周方向に延在するように構成されている。言い換えれば、磁極３１、３２の着磁面は、軸部１３の軸方向と直交する方向に並び、且つ、回転してそれぞれ第１コア４１ａ、第２コア４１ｂの磁極４１２ａ、４１２ｂに対向可能に配置される。
可動マグネット３０の磁極数は、コアの磁極数と等しい。
可動マグネット３０の外周面における磁極３１、３２の切り替わりは、軸部１３の延在方向に沿う磁極切り替わり部３４で切り替わる。
可動マグネット３０の磁極３１、３２の磁極切り替わり部３４は、コイル４３への非通電時において、第１コア４１ａ、第２コア４１ｂの磁極４１２ａ、４１２ｂの幅方向の中心位置と対向する位置に位置する。磁極切り替わり部３４は、磁極４１２ａ、４１２ｂのそれぞれに対して、回転方向の領域が対称となる位置に配置されている。
可動マグネット３０は、軸部１３の回転により、軸回りに磁極３１、３２及び磁極切り替わり部３４が周方向に移動自在である。
［固定体２０］
固定体２０は、軸部１３を軸支して可動体１０を可動自在に支持する。
固定体２０は、ベース２２、軸受け２３ａ、２３ｂ、マグネット位置保持部２４、コア固定プレート２７、コイル４３を有するコアユニット４０、を有する。
ベース２２は、回転往復駆動アクチュエータ１において、可動体１０の軸部１３を回動自在に軸支する。ベース２２は、本実施の形態では、軸部１３の軸方向、つまりＺ方向で離間し、且つ、対向配置された一端面部２２２及び他端面部２２４のそれぞれの一辺部（ここでは－Ｙ方向側の一端部）側を、軸方向で延在する本体面部２２６の両端部で接合した形状をなしている。具体的には、ベース２２は、一端面部２２２、他端面部２２４及び本体面部２２６はそれぞれ面状に形成され、本体面部２２６において、軸部１３の軸方向で離間する両端部のそれぞれから一端面部２２２及び他端面部２２４が対向するように突設された形状を有する。すなわち、ベース２２は、全体で側面視略Ｕ字状に形成されている。
軸方向で離間する一端面部２２２及び他端面部２２４にはそれぞれ対向して軸方向（Ｚ方向）で貫通する切欠穴２２２ａ、２２４ａを有する。これら切欠穴２２２ａ、２２４ａのそれぞれには軸受け２３ａ、２３ｂを介して軸部１３が挿通されている。
一端面部２２２と他端面部２２４間には、ミラー１６が回動自在に配置され、ミラー１６は、ベース２２内で回動自在である。
ベース２２の一端面部２２２の軸方向外方の外面（ここでは左面）側には、可動マグネット３０にエアギャップＧを空けて対向するコアユニット４０が配置されている。
コアユニット４０は、コア固定プレート２７に固定され、コア固定プレート２７は、止着材２８を介して一端面部２２２の左面側に固定されている。
他端面部２２４側には、軸部１３の回転角度を検出する回転角度位置検出部７０が配置されている。本実施の形態における回転角度位置検出部７０は、所謂、光エンコーダセンサであり、軸部１３に取り付けられるエンコーダディスク７２とともに、エンコーダディスク７２を用いて軸部１３の回転角度を検出する光学センサ７４が実装されたセンサ用基板７６を有する。
他端面部２２４には、光学センサ７４を実装するセンサ用基板７６が配置される。本実施の形態では、センサ用基板７６はビス等の止着材２８により他端面部２２４に固定されている。回転角度位置検出部７０は、光学センサ７４でエンコーダディスク７２から反射される光を受光することにより軸部１３の回転角度、つまり、ミラー１６の回転角度を検出する。これにより、検出結果を用いて、軸部１３及びミラー１６が往復回転駆動（揺動）する際の揺動範囲を、例えば、固定体２０側に設けられる制御部で制御できる。
コアユニット４０は、コイル４３と、コイル４３が巻回される第１コア４１ａ、第２コア４１ｂ及び架設コア４１ｃを含むコア４１とを有する。
本実施形態では、コアユニット４０の架設コア４１ｃにマグネット位置保持部２４が設けられている。
コイル４３は、通電により、コアを励磁する。コイル４３は、本実施の形態では、コイル４３ａ、４３ｂから構成され、それぞれボビン４４に巻回されている。ボビン４４は、第１コア４１ａの芯部４１１ａ、第２コア４１ｂの芯部４１１ｂに外挿される。
このように、コイル４３ａ、４３ｂは、可動マグネット３０を挟む位置に配置されたコアの双方に各１つ配置されているため、コイル４３寸法を小型化でき、また、コイル４３により発生する磁力バランスの向上を図ることができる。
第１コア４１ａ、第２コア４１ｂ及び架設コア４１ｃは、それぞれ積層コアであり、例えば、フェライト系磁性ステンレス鋼板を積層してなる。
第１コア４１ａ、第２コア４１ｂは、コイル４３が通電されることにより、励磁される偶数（ここでは、２つ）の異なる磁極４１２ａ、４１２ｂを有する。なお、コア４１の磁極の数は、偶数であり、可動マグネット３０の磁極３１、３２と同じ数であれば２つ以上有する構成してもよい。
第１コア４１ａ、第２コア４１ｂは、本実施の形態では、可動マグネット３０を回転軸方向と直交する方向で挟むように、且つ、回転軸方向と直交する方向で平行に配置される芯部（４１１ａ、４１１ｂ）を有する。芯部（４１１ａ、４１１ｂ）のそれぞれには、コイル４３が巻回されたボビン４４が外挿されている。芯部（４１１ａ、４１１ｂ）の一方の端部間に架設コア４１ｃが架設され、芯部（４１１ａ、４１１ｂ）の他方の端部に連続して磁極４１２ａ、４１２ｂが形成されている。
２つの磁極４１２ａ，４１２ｂは、可動マグネット３０の回転方向に並ぶように配置される。
２つの磁極４１２ａ、４１２ｂは、本実施の形態では、可動マグネット３０の外周（磁極３１、３２に相当）から、可動マグネット３０における回転軸と直交する方向で、エアギャップＧを空けて可動マグネット３０を挟むように対向して配置される。
磁極４１２ａ、４１２ｂのそれぞれにおいて、可動マグネット３０の回転方向に沿う長さの中心（以下、それぞれ磁極４１２ａ、４１２ｂの「中心位置」という）どうしが、軸部の軸を挟み対向している。
磁極４１２ａ、４１２ｂの中心位置のそれぞれに対して、可動マグネット３０の磁極切り替わり部３４が対向して配置される。本実施の形態では、磁極４１２ａ、４１２ｂの中心位置と、軸部１３の軸とは平面視して同一直線上に配置されている。
磁極４１２ａ、４１２ｂは、本実施の形態では、可動マグネット３０の外周面に対応して円弧状に形成され、可動マグネット３０をＸ方向で囲むように配置されている。
架設コア４１ｃは、第１コア４１ａ、第２コア４１ｂとともに、可動マグネット３０を、回転軸と直交する方向で囲むように配置される。
架設コア４１ｃには、可動マグネット３０にエアギャップＧを空けて対向して配置されるマグネット位置保持部２４が、可動マグネット３０側に突出して取り付けられている。
マグネット位置保持部２４は、可動マグネット３０との間に発生する磁気吸引力により、可動マグネット３０とともに磁気バネとして機能し、回転する可動マグネット３０の位置を動作基準位置（所定の回転角度位置）に位置させて保持する。
マグネット位置保持部２４は、マグネット或いは磁性体である。本実施の形態では、マグネット位置保持部２４は、可動マグネット３０側に向けて着磁されたマグネットであり、磁性体で構成した場合と比較して可動マグネット３０との間の磁気吸引力を増加させている。本実施の形態では、可動マグネット３０側を着磁方向としたマグネットを適用している。
マグネット位置保持部２４は、マグネットであり、本実施の形態では、動作基準位置において、可動マグネット３０の磁極切り替わり部３４を、磁極４１２ａ、４１２ｂと対向する位置に位置させる。このように、マグネット位置保持部２４は、可動マグネット３０と互いに吸引し合い、可動マグネット３０を動作基準位置に位置させることができる。これにより、可動マグネット３０の磁極切り替わり部３４が、第１コア４１ａ、第２コア４１ｂの磁極４１２ａ、４１２ｂの中心位置と対向する。これにより、可動マグネット３０は動作基準位置で安定し、且つ、その位置で、コイル４３（４３ａ、４３ｂ）は通電されて、最大トルクを発生して可動体１０を駆動できる。
また、可動マグネット３０は、２極着磁されているので、コイル４３との協働により高振幅しやすく、振動性能の向上を図ることができる。
マグネット位置保持部２４は、可動マグネット３０の外周面にエアギャップＧを空けて対向する対向面を有する。対向面は、可動マグネット３０の外周面の形状に対応した湾曲面としている。
マグネット位置保持部２４は、架設コア４１ｃから可動マグネット３０に向かって突出する凸状に形成され、その先端面を対向面としている。
マグネット位置保持部２４は、例えば、対向面をＮ極（図８及び図９参照）に着磁されたマグネットである。
マグネット位置保持部２４の磁極となる対向面は、可動マグネット３０の回転方向に沿う部位であって、第１コア４１ａ、第２コア４１ｂの磁極４１２ａ、４１２ｂとが対向する可動マグネット３０の外周面の部位の間の部位に対して、可動マグネット３０の径方向外側で対向する。
マグネット位置保持部２４を磁性体とする場合、架設コア４１ｃに一体的に形成してもよい。これにより、少ない部品点数で磁気バネとしての機能を好適に実現できる。
動作基準位置における可動マグネット３０は、可動マグネット３０の磁極の一方がマグネット位置保持部２４に対向し、可動マグネット３０の磁極の磁極切り替わり部３４が、第１コア４１ａ、第２コア４１ｂの磁極４１２ａ、４１２ｂの中心位置と対向する。
本実施の形態では、コイル４３が励磁するコア４１を、磁極４１２ａを有する第１コア４１ａ、磁極４１２ｂを有する第２コア４１ｂ及び、第１コア４１ａ及び第２コア４１ｂの各磁極４１２ａ、４１２ｂ側とは反対側の端部間に架設される架設コア４１ｃで構成している。すなわち、コア４１は３つの分割体により構成されている。これら分割体のうち、架設コア４１ｃにマグネット位置保持部２４が設けられている。このように、コア４１において、マグネット位置保持部２４を配置するコア部分を別体としているので、マグネット位置保持部２４をコイル４３が巻回される部分を含むコアに一体で構成した場合と比較して、コイル４３、コア４１、可動マグネット３０における相互の組み付けが行いやすく、組立性の向上を図ることができる。
図４は、本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータの減衰部を示す縦断面図であり、図５は、本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータの減衰器を示す分解斜視図である。
減衰部は、コイル４３が通電されることで可動体１０が往復回転駆動する際に鋭い共振が発生する場合、その鋭い共振を減衰する。本実施の形態では、減衰部として減衰器６０は、軸部１３とベース２２との間に設けられ、軸部１３の回転に負荷を与えることで、共振を減衰する。
減衰器６０は、例えば、ベース２２に固定されるケース６２と、マグネット６３と、ケース６２内で回動自在に配置され、軸部１３に固定される回転体６４と、上蓋部６５と、下蓋部６６とを有する。
ケース６２は筒状体であり、内周面にリング状のマグネット６３が周方向に沿って取り付けられている。マグネット６３の内側には、回転体６４がエアギャップＧ２を空けて配置されている。
回転体６４は、円盤部６４１と、円盤部６４１の中央から突出する凹部６４２と、円盤部６４１の外縁側から突出し、凹部６４２の外周側に同心円状に配置される外筒部６４４とを有する磁性体である。回転体６４の凹部６４２内に、軸部１３の他端部１３ｂが挿入されるとともに固定される。外筒部６４４は、ケース６２内においてマグネット６３と、上蓋部６５の内筒部６５２との間で周方向に移動自在に配置される。
ケース６２の下面側は、下蓋部６６により閉塞され、ケース６２の上面側は、回転体６４がケース６２から抜脱しないように、且つ、回転体６４の中央に設けられた凹部６４２の開口端を露出させた状態で、リング状の上蓋部６５により閉塞されている。減衰器６０は、ケース６２の上面側のフランジで、他端面部２２４にネジ等の止着材２９（図２参照）を介して固定されている。本実施の形態では、ケース６２は、他端面部２２４において外面側に突出する図示しないボス部に止着材２９を介して固定され、減衰器６０は、他端面部２２４との間で回転角度位置検出部７０を挟むように配置されている。
ケース６２内には、マグネット６３と回転体６４との間と、上蓋部６５の内筒部６５２と回転体６４との間には磁性流体Ｒが充填されている。
減衰器６０は、可動体１０が往復回転駆動する際に、軸部１３の他端部１３ｂに固定された回転体６４がケース６２内で磁性流体Ｒに接触することによりマグネット６３の磁気吸引力により磁性流体Ｒにより荷重を付与しつつ往復回転駆動することになる。これにより、可動体１０の可動時に、共振が鋭い場合に発生する図６Ｂに示すリンギングを抑制し、図６Ａのようにリンギングがなく好適な波形、所謂、のこぎり波で駆動して、制御し易い振動を実現できる。また、本実施の形態の減衰器６０は、回転体６４と、ケース６２側との間に磁性流体Ｒを介在させた構成として、磁性流体Ｒがマグネット６３により、減衰器６０の外部に漏れることがなく、減衰器６０としての信頼性の向上を図ることができる。
なお、本実施の形態の回転往復駆動アクチュエータ１では、減衰部としての減衰器６０は、所謂、回転体６４と、固定体側であるケース６２との間に磁性流体Ｒを介在させた回転ダンパーとしたが、磁性流体Ｒに換えて、ケース６２に対する回転体６４の回転力を減衰させる流体であってもよい。すなわち、減衰器６０は、可動体１０に接続される回転体６４の回転を減衰し、可動体１０が往復回転駆動する際に発生する鋭い共振を減衰するものであれば、どのように構成されてもよい。
例えば、減衰器６０の構成において、マグネット６３を外し、ケース６２、上蓋部６５及び下蓋部６６との密閉性をシーリングなどにより高めて、磁性流体Ｒの代わりに、オイルを用いた構成としてもよい。
この構成によれば、減衰器６０において、マグネット６３が不要となり、減衰器自体の小型化を図ることができるとともに、組み立て性の向上を図ることができる。
また、減衰部を磁性流体自体とし、可動マグネット３０と磁極４１２ａ、４１２ｂとの間のエアギャップＧや、可動マグネット３０とマグネット位置保持部２４との間のエアギャップＧに配置してもよい。この構成によれば、本実施の形態の減衰器６０のような回転ダンパーを別部品として用いる必要がない。また、磁性流体を、可動マグネット３０と磁極４１２ａ、４１２ｂのそれぞれのエアギャップＧを挟む部位や、可動マグネット３０とマグネット位置保持部２４のそれぞれのエアギャップＧを挟む部位に塗布することで、これらエアギャップＧ間に磁性流体を容易に配置して、共振を減衰する減衰機能を、低コストかつ省スペースで実現できる。
また、減衰部として、例えば、図７に示すように、回転往復駆動アクチュエータ１に駆動信号を供給する電源供給部（駆動信号供給部７７）と回転往復駆動アクチュエータ１との間に、ローパスフィルタ、帯域除去フィルタ、或いはノッチフィルタなどの電気的フィルタ７８を設けて、リンギングが発生する周波数成分を除去するようにしてもよい。なお、電気的フィルタ７８は、コイル４３を駆動する図示しない駆動基板に実装され、駆動基板は固定体２０に設けられる。
電気的フィルタ７８を設けて、共振を減衰することにより、機械的な減衰構造と比較して，温度の影響を受けたり、構成部品の個体差等の影響を受けることなく、好適にリンギングを抑制できる。
［回転往復駆動アクチュエータ１の磁気回路構成］
図８及び図９は、本発明の実施の形態１に係る回転往復駆動アクチュエータの磁気回路による回転往復駆動アクチュエータの動作を示す図であり、図９は、図８においてコイルへの通電方向を逆方向にした場合の回転往復駆動アクチュエータの動作を示している。
回転往復駆動アクチュエータ１では、コイル４３への非通電時において、可動マグネット３０は、マグネット位置保持部２４と可動マグネット３０との磁気吸引力、つまり、磁気ばねにより、可動マグネット３０は動作基準位置（所定の回転角度位置）に位置する。
常態時、つまり、動作基準位置では、可動マグネット３０の磁極３１、３２の一方がマグネット位置保持部２４に吸引されて、磁極切り替わり部３４が、第１コア４１ａ、第２コア４１ｂの磁極４１２ａ、４１２ｂの中心位置と対向する位置に位置する。
図８に示すように、例えば、マグネット位置保持部２４が、可動マグネット３０に対向する対向面をＮ極に着磁されている構成では、可動マグネット３０のＳ極に着磁された磁極３２と互いに引き合うように、可動マグネット３０を回転する磁気バネトルク（図８では矢印ＦＭで示す）を発生する。
このように本実施の形態の回転往復駆動アクチュエータ１は、常態時において、つまり、可動マグネット３０が動作基準位置に位置する場合において、可動マグネット３０の磁極切り替わり部３４（詳細には線状の磁極切り替わり部３４の両端部）が、第１コア４１ａ、第２コア４１ｂの磁極４１２ａ、４１２ｂに対して向く位置に配置される。これにより、コイル４３が通電された際に、コイル４３の通電方向に応じたコイル４３の励磁により、可動体１０を所望の回転方向で駆動でき、また、可動体１０を回転駆動するトルクの最大化を実現できる。
コイル４３では、コイル４３に通電が行われると、コイル４３（４３ａ、４３ｂ）は、第１コア４１ａ、第２コア４１ｂを励磁して、第１コア４１ａ、第２コア４１ｂの磁極４１２ａ、４１２ｂがそれぞれ異なる極性となるように巻回されている。
本実施の形態では、図８に示す方向でコイル４３（４３ａ、４３ｂ）が通電されると、コイル４３（４３ａ、４３ｂ）は、第１コア４１ａ、第２コア４１ｂを励磁して、磁極４１２ａはＮ極に磁化され、磁極４１２ｂはＳ極に磁化される。
詳細には、通電されたコイル４３ａ、４３ｂは、それぞれが巻回する芯部（４１１ａ、４１１ｂ）を磁化する。第１コア４１ａでは、例えば、Ｎ極である磁極４１２ａから可動マグネット３０に出射して、可動マグネット３０、マグネット回転位置保持部２４、架設コア４１ｃを順に流れ、芯部４１１ａに入射する磁束が形成される。
また、第２コア４１ｂでは、芯部４１１ｂから架設コア４１ｃ側に出射して、架設コア４１ｃ、マグネット回転位置保持部２４、可動マグネット３０を順に流れ、磁極４１２ｂに入射する磁束が形成される。
これにより、Ｎ極に磁化された磁極４１２ａは、可動マグネット３０のＳ極と引き合い、Ｓ極に磁化された磁極４１２ｂは、可動マグネット３０のＮ極と引き合い、可動マグネット３０には、軸部１３の軸回りのＦ方向のトルクが発生し、Ｆ方向に回転する。これに伴い、軸部１３も回転し、軸部１３に固定されるミラー１６も回転する。
また、コイル４３の通電方向が逆方向に切り替わると、コイル４３により、励磁される第１コア４１ａ、第２コア４１ｂでは、磁極４１２ａ、４１２ｂは、先のコイル４３への通電方向の場合と、異なる磁極で着時される。具体的には、図８に示す通電方向とは異なる方向で通電する（図９参照）と、磁極４１２ａはＳ極に磁化され、磁極４１２ｂはＮ極に磁化され、磁束の流れも逆になる。通電方向の切り替わり時では、マグネット回転位置保持部２４と可動マグネット３０との間の磁気吸引力、つまり磁気バネにより、磁気バネトルクＦＭが発生し可動マグネット３０は動作基準位置に移動する。
これにより、図９に示すように、Ｓ極に磁化された磁極４１２ａは、可動マグネット３０のＮ極と引き合い、Ｎ極に磁化された磁極４１２ｂは、可動マグネット３０のＳ極と引き合い、可動マグネット３０には、軸部１３の軸回りのＦ方向とは逆回りの方向のトルクが発生し、可動マグネット３０はＦ方向とは逆の方向（－Ｆ方向）に回転する。これに伴い、軸部１３も逆方向（－Ｆ方向）に回転移動し、軸部１３に固定されるミラー１６も先の移動方向とは逆の方向（－Ｆ方向）に回転する。これを繰り返すことで、ミラー１６は往復回転駆動する。
このように、回転往復駆動アクチュエータ１は、電源供給部（例えば、図７の駆動信号供給部７７と同様の機能を有する電源供給部）からコイル４３へ入力される交流波によって駆動される。つまり、コイル４３の通電方向は周期的に切り替わり、可動体１０には、軸回りのＦ方向のトルクによるＦ方向の推力と、Ｆ方向とは逆の方向（－Ｆ方向）のトルクによる推力が交互に作用する。これにより、可動体１０は、軸部１３を中心に往復回転駆動、つまり、振動する。なお、可動体１０にＦ方向のトルク及び－Ｆ方向のトルクによる推力が交互に作用する際の切替時では、可動体１０の動作基準位置への移動は、磁気バネトルクＦＭ、－ＦＭが作用する。
以下に、回転往復駆動アクチュエータ１の駆動原理について簡単に説明する。本実施の形態の回転往復駆動アクチュエータ１では、可動体１０の慣性モーメントをＪ［ｋｇ・ｍ２］、磁気ばね（磁極４１２ａ、４１２ｂ、マグネット位置保持部２４及び可動マグネット３０）のねじり方向のバネ定数をＫｓｐとした場合、可動体１０は、固定体２０に対して、下式（１）によって算出される共振周波数Ｆｒ［Ｈｚ］で振動する。
Figure 0007421140000001
可動体１０は、バネ－マス系の振動モデルにおけるマス部を構成するので、コイル４３に可動体１０の共振周波数Ｆｒに等しい周波数の交流波が入力されると、可動体１０は共振状態となる。すなわち、電源供給部からコイル４３に対して、可動体１０の共振周波数Ｆｒと略等しい周波数の交流波を入力することにより、可動体１０を効率良く振動させることができる。
回転往復駆動アクチュエータ１の駆動原理を示す運動方程式及び回路方程式を以下に示す。回転往復駆動アクチュエータ１は、下式（２）で示す運動方程式及び下式（３）で示す回路方程式に基づいて駆動する。
Figure 0007421140000002
Figure 0007421140000003
すなわち、回転往復駆動アクチュエータ１における可動体１０の慣性モーメントＪ［ｋｇ・ｍ２］、回転角度θ（ｔ）［ｒａｄ］、トルク定数Ｋｔ［Ｎ・ｍ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、バネ定数Ｋｓｐ［Ｎ・ｍ／ｒａｄ］、減衰係数Ｄ［Ｎ・ｍ／（ｒａｄ／ｓ）］、負荷トルクＴＬｏｓｓ［Ｎ・ｍ］等は、式（２）を満たす範囲内で適宜変更できる。また、電圧ｅ（ｔ）［Ｖ］、抵抗Ｒ［Ω］、インダクタンスＬ［Ｈ］、逆起電力定数Ｋｅ［Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）］は、式（３）を満たす範囲内で適宜変更できる。
このように、回転往復駆動アクチュエータ１では、可動体１０の慣性モーメントＪと磁気ばねのバネ定数Ｋｓｐにより決まる共振周波数Ｆｒに対応する交流波によりコイル４３への通電を行った場合に、効率的に大きな振動出力を得ることができる。
本実施の形態の回転往復駆動アクチュエータによれば、トルクの発生効率高く、可動対象であるミラーに熱が伝達しにくく、ミラー１６の反射面１６ａの平面度の精度を確保できる。また、製造性が高く、組立精度がよく、可動対象が大型ミラーであっても高振幅で駆動できる。
なお、実施の形態１の回転往復駆動アクチュエータ１及び後述する回転往復駆動アクチュエータ１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、共振駆動が可能であるが、非共振駆動も可能である。また、減衰部を用いて減衰係数を大きくすることにより、リンギングの抑制も可能である。
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係る回転往復駆動アクチュエータ１Ａの外観斜視図であり、図１１は、本発明の実施の形態２に係る回転往復駆動アクチュエータ１Ａの分解斜視図である。
図１０及び図１１に示す回転往復駆動アクチュエータ１Ａは、回転往復駆動アクチュエータ１の構成において回転角度位置検出部７０である光学センサに変えて磁気センサを用いた構成としており、その他の構成は、回転往復駆動アクチュエータ１と同様である。よって、回転往復駆動アクチュエータ１Ａの説明において回転往復駆動アクチュエータ１と同様の構成要素については同名称及び同符号を付して説明は省略する。
回転往復駆動アクチュエータ１Ａは、可動マグネット３０Ａ及び軸部１３Ａを有する可動体１０Ａと、軸部１３Ａを回転自在に支持し、コイル４３及びマグネット位置保持部２４を有する固定体２０Ａとを有する。回転往復駆動アクチュエータ１Ａでは、可動体１０Ａにおける可動マグネット３０Ａは、リング形状を成し、軸部１３Ａの外周で、Ｓ極及びＮ極を成す偶数の磁極が交互に着磁されて構成されている。固定体２０Ａにおけるコア４１の２つ偶数の磁極４１２ａ、４１２ｂは、可動マグネット３０Ａと、軸部１３Ａの外周側でエアギャップＧを挟み各々対向して配置されている。また、コア４１の磁極数と可動マグネット３０Ａの磁極数は等しい。
回転往復駆動アクチュエータ１Ａでは、マグネット位置保持部２４と可動マグネット３０Ａとの磁気吸引力、所謂、磁気バネにより、常態時では、可動体１０Ａは、動作基準位置に位置するように、固定体２０Ａに回動自在に保持されている。ここで、常態時は、コイル４３に通電されていない状態である。可動体１０Ａが動作基準位置に位置する状態とは、可動マグネット３０Ａがコイル４３の励磁する磁極に対して中立な位置に位置する状態であり、可動マグネット３０Ａの磁極切り替わり部３４が、コイル４３側の磁極と対向する位置である。
可動体１０Ａは、軸部１３Ａ、軸部１３Ａに固定された可動マグネット３０Ａの他、回転角度位置検出部７０Ａの磁気センサ７４Ａにセンシングされる磁気センサ用マグネット７２Ａを有する。
軸部１３Ａには、ミラーホルダ１５Ａを介してミラー１６が固定されている。
固定体２０Ａは、ベース２２Ａ、軸受け２３ａ、２３ｂ、マグネット位置保持部２４、コア固定プレート２７Ａ、コイル４３を有するコアユニット４０を有する。
ベース２２Ａは、軸方向（Ｚ方向）に離間して対向して配置される一端面部２２２Ａ及び他端面部２２４Ａを、軸方向に延びる本体面部２２６Ａで接合した形状を有する。なお、ベース２２Ａの一端面部２２２Ａには、コアユニット４０が固定されたコア固定プレート２７Ａが、ビス等の止着材２８Ａを介して固定されている。
ベース２２Ａでは、一端面部２２２Ａ及び他端面部２２４Ａの切欠部には軸受け２３ａ、２３ｂが嵌め込まれている。軸受け２３ａ、２３ｂに軸部１３Ａが挿通され、軸部１３Ａは、軸受け２３ａ、２３ｂを介して、ベース２２Ａに回動自在に軸支されている。
他端面部２２４Ａは、軸方向外側に軸部１３Ａを回動自在に支持する。
他端面部２２４Ａの軸方向外側には、回転角度位置検出部７０Ａが配置されている。
回転角度位置検出部７０Ａは、磁気センサ用マグネット７２Ａ、磁気センサ７４Ａ、磁気センサ７４Ａが実装されるセンサ用基板７６Ａを有する。
磁気センサ用マグネット７２Ａは、他端面部２２４Ａから軸方向外方に突出する軸部１３Ａの他端部１３ｂの端面にホルダ７３Ａを介して一体的に固定されている。
磁気センサ７４Ａは、駆動することにより、軸部１３Ａとともに回転する磁気センサ用マグネット７２Ａをセンシングして、軸部１３Ａ、ひいてはミラー１６の回転角度を検出する。センサ用基板７６Ａは、ビス等の止着材２８Ａを介して固定部材７５Ａに固定されている。固定部材７５Ａは、ビス等の止着材２９Ａを介して他端面部２２４Ａに固定されている。これにより、磁気センサ７４Ａは、他端面部２２４Ａにおいて、磁気センサ用マグネット７２Ａと、軸方向で対向する位置に配置される。センサ用基板７６Ａは、磁気センサ７４Ａを駆動し、磁気センサ７４Ａにより取得した軸部１３Ａの回転角度、つまり、回転角度に対応する位置を電源供給部（例えば、図７の駆動信号供給部７７と同様の機能を有する電源供給部）にフィードバック可能にする。
本実施の形態では、回転往復駆動アクチュエータ１と同様の基本的な作用効果を奏することができるとともに、光学センサを用いた場合と比較して簡易な構造となり、また製品コストの削減を図ることができる。
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３に係る回転往復駆動アクチュエータ１Ｂの外観斜視図であり、図１３は、本発明の実施の形態３に係る回転往復駆動アクチュエータ１Ｂの要部構成を示す縦断面図である。
図１２及び図１３に示す回転往復駆動アクチュエータ１Ｂは、回転往復駆動アクチュエータ１と同様の磁気回路構成を有し、ミラー１６Ｂを軸部１３Ｂの一端部側に固定し、軸部１３Ｂの他端部１３ｂ側でベース２２Ｂにより軸支されている。なお、回転往復駆動アクチュエータ１Ｂにおいても、可動体１０Ｂにおけるリング形状の可動マグネット３０は、軸部１３Ｂの外周で、Ｓ極及びＮ極を成す偶数の磁極が交互に着磁されて構成され、固定体２０Ｂにおける２つ偶数の磁極４１２ａ、４１２ｂは、可動マグネット３０の磁極数と等しく、可動マグネット３０と、軸部１３Ｂの外周側でエアギャップＧを挟み各々対向して配置されている。
回転往復駆動アクチュエータ１Ｂは、ミラー１６Ｂを、所謂、ピボット構造にて往復回転駆動可能に構成されている。
具体的には、軸部１３Ｂと、軸部１３Ｂに固定される可動マグネット３０を有する可動体１０Ｂにおいて、軸部１３Ｂにはエンコーダディスク７２と、走査用のミラー１６Ｂとが固定されている。走査用のミラー１６Ｂは、ミラーホルダ１５Ｂを介して軸部１３Ｂに固定されている。
コアユニット４０を有する固定体２０Ｂでは、ベース２２Ｂに形成された貫通部に、軸受け２３２、２３４が隣接して嵌め込まれ、この軸受け２３２、２３４に挿通されている。
ベース２２Ｂは、ＸＹ平面上に配置される板状のベースであり、ベース２２Ｂの一端面側（左側面側）には、コア固定プレート２７を介して、コアユニット４０が固定されている。
ベース２２Ｂの他端面（右側面）、つまり、ベース部２２Ｂにおいてコアユニット４０が設けられる面とは反対側の面には、回転角度位置検出部７０が配置されている。ベース２２Ｂの他端面（右側面）側に、軸部１３Ｂに取り付けられたエンコーダディスク７２と、センサ用基板７６とが配置され、エンコーダディスク７２と対向する光学センサ７４により軸部１３Ｂの回転角度を検出可能となっている。また、ベース２２Ｂの右側面側には、回転角度位置検出部７０よりも右側に位置する減衰器６０が設けられている。
実施の形態１と同様の減衰器６０の回転体６４（図６及び図７参照）には、軸受け２３２，２３４を介してベース２２Ｂを挿通された軸部１３Ｂの他端部１３ｂが接合されている。
このように回転往復駆動アクチュエータ１Ｂでは、軸部１３Ｂは、一端部側でミラー１６Ｂを固定し、他端部側でベース２２Ｂに往復回転可能に支持されている。ベース２２Ｂ側では、軸部１３Ｂにおいて、ベース２２Ｂの一端面側に可動マグネット３０が固定され、軸受け２３４、２３２を介して、ベース２２Ｂの他端面側に回転角度位置検出部７０のエンコーダディスク７２、減衰器６０の回転体が固定されている。
エンコーダディスク７２は、軸受け２３４に隣接して配置されており、回転往復駆動アクチュエータ１Ｂは、ミラー１６Ｂに固定される軸部１３Ｂの長さを、実施の形態１の回転往復駆動アクチュエータ１の軸部１３よりも短くして、ミラー１６Ｂを往復回転駆動させることができる。
回転往復駆動アクチュエータ１Ｂは、軸部１３Ｂの一端部１３ａ側にミラー１６Ｂを固定し、軸部１３Ｂの他端部１３ｂ側で２つの軸受け２３２、２３４により軸支している。これにより、軸部１３Ｂに沿って配置されるミラー１６Ｂ、可動マグネット３０、軸受け２３２、２３４をそれぞれ順に隣接して配置させることができ、軸受け２３２、２３４を離間して配置する構成と比較して、回転往復駆動アクチュエータ１Ｂ自体を小型化できる。回転往復駆動アクチュエータ１Ｂは、回転往復駆動アクチュエータ１と同様に、トルクの発生効率高く、可動対象であるミラーに熱が伝達しにくく、ミラー１６Ｂの反射面の平面度の精度を確保できる。また、製造性が高く、組立精度がよく、ミラー１６Ｂを高振幅で駆動できる。
（実施の形態４）
図１４は、本発明の実施の形態４に係る回転往復駆動アクチュエータの外観斜視図である。
図１４に示す回転往復駆動アクチュエータ１Ｃは、回転往復駆動アクチュエータ１と同様の磁気回路構成を有し、回転往復駆動アクチュエータ１と同様の構成において、一軸方向で駆動するミラー１６に代えて、２軸方向で駆動するミラー１６Ｃを適用したものある。よって、回転往復駆動アクチュエータ１Ｃにおいて、回転往復駆動アクチュエータ１と同様の構成要素には同符号同名称を付して説明は省略する。
回転往復駆動アクチュエータ１Ｃでは、電磁相互作用を用いたコアユニット４０及び可動マグネット３０を含むによる駆動源により、二軸で往復回転駆動する反射ミラー部１６２を有するミラー１６Ｃが、軸部１３の軸方向と直交する方向で往復回転駆動可能に設けられている。
ミラー１６Ｃは、ミラー１６Ｃの反射ミラー部１６２を軸部１３に対して、軸部１３の回転方向と直交方向で駆動する別駆動部を含む。
別駆動部を有するミラー１６Ｃは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーであり、例えば、垂直駆動信号供給部２０７（図１６参照）により供給される駆動信号に基づいて、ミラー１６Ｃの反射ミラー部１６２を軸部１３と直交する１軸を中心として高速に回転可能に構成される。これにより、ミラー１６Ｃの反射ミラー部１６２は、コアユニット４０と可動マグネット３０との駆動により軸部１３を軸に往復回転駆動されるとともに、別駆動部により軸方向と直交する方向でも往復回転駆動される。
回転往復駆動アクチュエータ１Ｃは、トルクの発生効率高く、可動対象であるミラー１６Ｃに熱が伝達しにくく、反射面である反射ミラー部１６２の平面度の精度を確保できる。また、製造性が高く、組立精度がよく、ミラー１６Ｃが大型ミラーであっても高振幅で駆動できる。
［スキャナシステムの概略構成］
図１５は、回転往復駆動アクチュエータを有するスキャナシステム２００Ａの第１例の要部構成を示すブロック図であり、図１６は、回転往復駆動アクチュエータを有するスキャナシステム２００Ｂの第２例の要部構成を示すブロック図である。
図１５に示すスキャナシステム２００Ａは、スキャナシステム２００は、レーザー発光部２０１、レーザー制御部２０２、アクチュエータ２０３、駆動信号供給部２０４、位置制御信号計算部２０５を有する。
スキャナシステム２００Ａでは、ミラーを一軸で往復回転駆動可能な回転往復駆動アクチュエータ２０３を用いて対象物を走査するものであり、回転往復駆動アクチュエータ２０３としては、例えば、本実施の形態の回転往復駆動アクチュエータ１～１Ｂを適用できる。
レーザー制御部２０２は、レーザー発光部２０１を駆動して照射するレーザーを制御する。レーザー発光部２０１は、例えば、光源となるＬＤ（レーザーダイオード）並びに出力されるレーザー収束の為のレンズ等である。光源からのレーザー光を、レンズ系を介して、アクチュエータ２０３のミラー１６に出射する。
位置制御信号計算部２０５は、回転角度位置検出部７０が取得した実際の軸部１３（ミラー１６）の角度位置と、目標角度位置とを参照して、軸部１３（ミラー１６）を目標角度位置となるように制御する駆動信号を生成して出力する。例えば、位置制御信号計算部２０５は、取得した実際の軸部１３（ミラー１６）の角度位置と、図示しない波形メモリに格納されるのこぎり波形（図６Ａ参照）データ等を用いて変換された目標角度位置を示す信号とに基づいて位置制御信号を生成して、駆動信号供給部２０４に出力する。
駆動信号供給部２０４は、アクチュエータ２０３のコイル４３に、所望の駆動信号を供給して、アクチュエータ２０３を回転往復駆動して、対象物を走査する。
図１６に示すスキャナシステム２００Ｂは、スキャナシステム２００Ａと同様のレーザー発光部２０１及びレーザー制御部２０２の他、アクチュエータ２０３Ａ、アクチュエータ２０３Ａが備える水平走査角度位置検出部７０２、水平駆動信号供給部２０４Ａ、位置制御信号計算部２０５、垂直走査角度位置検出部２０６、垂直駆動信号供給部２０７、位置制御信号計算部２０８を有する。
スキャナシステム２００Ｂでは、ミラー（具体的には反射ミラー部１６２）を二軸で往復回転駆動可能なアクチュエータ２０３Ａを用いて、対象物を走査するものであり、アクチュエータ２０３Ａとしては、本実施の形態の回転往復駆動アクチュエータ１Ｃを適用できる。
アクチュエータ２０３Ａとしての回転往復駆動アクチュエータ１Ｃは、軸部１３を中心に往復回転駆動することにより、ミラー１６Ｃの反射ミラー部１６２により反射するレーザー光を水平に出射させる。また、回転往復駆動アクチュエータ１Ｃでは、反射ミラー部１６２を、軸部１３と直交する方向に延在する軸を中心に往復回転駆動させる。
水平走査角度位置検出部７０２は、回転角度位置検出部７０と同様の機能を有し、軸部１３、ひいては反射ミラー部１６２の軸部１３周りでの回転角度位置を検出し、位置制御信号計算部２０５に出力する。
位置制御信号計算部２０５は、水平走査角度位置検出部７０２が取得した実際の軸部１３の角度位置（ミラー１６の水平走査における角度位置）と、図示しない波形メモリに格納されるのこぎり波形（図６Ａ参照）データ等を用いて、目標角度位置となるように制御する位置制御信号を生成して、水平駆動信号供給部２０４Ａに出力する。水平駆動信号供給部２０４Ａは、駆動信号供給部２０４と同様の機能を有し、アクチュエータ２０３Ａのコイル４３に、駆動信号を出力して、アクチュエータ２０３の反射ミラー部１６２を水平走査方向に回転往復駆動して、対象物を水平走査する。
垂直走査角度位置検出部２０６は、反射ミラー部１６２において、軸部１３と直交する軸（ここではＸ軸）を中心に回転移動する回転角度位置を検出し、位置制御信号計算部２０８に出力する。
位置制御信号計算部２０８は、垂直走査角度位置検出部２０６が取得した実際の軸部１３、つまりミラー１６の実際の垂直走査における角度位置と、図示しない波形メモリに格納される垂直走査用ののこぎり波形データ等を用いて変換された目標角度位置を示す情報とに基づいて、目標角度位置となるように制御する位置制御信号を生成して、垂直駆動信号供給部２０７に出力する。垂直駆動信号供給部２０７は、アクチュエータ２０３Ａに駆動信号を出力して、アクチュエータ２０３Ａの反射ミラー部１６２を垂直走査方向に回転往復駆動して、対象物を垂直走査する。
なお、本実施の形態において減衰部として機能する構成は，実施の形態の回転往復駆動アクチュエータ１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいて適宜、変更して適用してもよく、また、適宜、組み合わせて適用してもよい。例えば、磁性流体Ｒを用いた回転ダンパーである減衰器６０、減衰器６０において磁性流体に換えてオイルを用いた回転ダンパーと、ローパスフィルタ、帯域除去フィルタ、或いはノッチフィルタなどの電気フィルタ７８とを組み合わせて備えるようにしてもよい。これにより、共振に対して、一層大きな減衰を得ることができ、リンギングを抑制して制御性の高い回転往復駆動アクチュエータ１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃとなる。よって、回転往復駆動アクチュエータ１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃとしての信頼性の向上を図ることができる。
また、本実施の形態では、固定体２０、２０Ｂ側のコイル４３は、コアユニット４０に設けられた構成したが、これに限らず、コアを有さずに、本実施の形態の回転往復駆動アクチュエータ１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃを構成してもよい。例えば、振動アクチュエータ１において、コア４１を有することなく、軸部１３及び軸部１３に固定された可動マグネット３０を有する可動体と、コイル４３を有し軸部１３を回転自在に支持する固定体とを有し、コイル４３と可動マグネット３０との電磁相互作用により固定体に対して軸部１３を中心に可動体１０を往復回転駆動する回転往復駆動アクチュエータとしてもよい。このとき、可動マグネットは、可動マグネット３０と同様に、リング形状を成し、軸部１３の外周で、Ｓ極及びＮ極を成す偶数の磁極３１、３２が交互に着磁されて形成される。また、コイルは、コイル４３と同様に、固定体において、可動マグネットに対して電磁相互作用により前記可動マグネットを回転するトルクが発生する位置に配置されている。例えば、コイルは、可動マグネットとの間の電磁相互作用により偶数の磁極のそれぞれとで、可動マグネットを往復回転させるトルクを発生する位置に配置されている。
よって、コア４１を有さず、その他の構成は振動アクチュエータ１と同様に構成される振動アクチュエータにおいて、可動マグネットは、可動マグネット３０と同様の作用効果を得ることができる。また、この振動アクチュエータにおいて、コイル４３により磁化される磁極数と可動マグネットの磁極数は等しい。また、コイルにより磁化される偶数の磁極は、可動マグネット３０と、軸部の径方向でエアギャップＧを挟み各々対向して配置される。加えて、固定体には、可動マグネット３０とエアギャップＧを挟み対向して配置され、可動マグネット３０間で発生する磁気吸引力により、可動マグネット３０の回転角度位置を保持する回転角度位置保持部２４を有する構成とする。この構成により、製造性が高く、組立精度がよく、可動対象を高振幅で駆動できる。
以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。
２０１８年６月２６日出願の特願２０１８－１２１１６７の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明に係る回転往復駆動アクチュエータは、製造性が高く、組立精度がよく、可動対象が大型ミラーであっても高振幅で駆動できる効果を有し、特に、耐久性が必要な、ミラーを回転させるスキャナに用いるものとして有用である。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 回転往復駆動アクチュエータ
１０、１０Ａ、１０Ｂ 可動体
１３、１３Ａ、１３Ｂ 軸部
１３ａ 一端部
１３ｂ 他端部
１５、１５Ａ、１５Ｂ ミラーホルダ
１６、１６Ｂ、１６Ｃ ミラー
１６２ 反射ミラー部
１６ａ 反射面
２０、２０Ｂ 固定体
２２、２２Ａ、２２Ｂ ベース
２２２、２２２Ａ 一端面部
２２２ａ、２２４ａ 切欠穴
２２４、２２４Ａ 他端面部
２２６、２２６Ａ 本体面部
２３ａ、２３ｂ、２３２、２３４ 軸受け
２４ マグネット位置保持部
２７、２７Ａ コア固定プレート
２８、２８Ａ、２９、２９Ａ 止着材
３０ 可動マグネット
３１、３２ 磁極
３４ 磁極切り替わり部
４０ コアユニット
４１ コア
４１ａ 第１コア
４１ｂ 第２コア
４１ｃ 架設コア
４１１ａ、４１１ｂ 芯部
４１２ａ、４１２ｂ 磁極
４３、４３ａ、４３ｂ コイル
４４ ボビン
６０ 減衰器
６２ ケース
６３ マグネット
６４ 回転体
６４１ 円盤部
６４２ 凹部
６４４ 外筒部
６５ 上蓋部
６５２ 内筒部
６６ 下蓋部
７０、７０Ａ 回転角度位置検出部
７０２ 水平走査角度位置検出部
７２ エンコーダディスク
７２Ａ 磁気センサ用マグネット
７３Ａ ホルダ
７４ 光学センサ
７４Ａ 磁気センサ
７５Ａ 固定部材
７６、７６Ａ センサ用基板
７７ 駆動信号供給部
７８ 電気フィルタ
２００Ａ、２００Ｂ スキャナシステム
２０１ レーザー発光部
２０２ レーザー制御部
２０３、２０３Ａ アクチュエータ
２０４ 駆動信号供給部
２０４Ａ 水平駆動信号供給部
２０５、２０８ 位置制御信号計算部
２０６ 垂直走査角度位置検出部
２０７ 垂直駆動信号供給部

Claims (3)

  1. 軸部と、前記軸部に固定され、リング形状を有し、軸方向に直交する方向に延在する磁極切り替わり部により区分される前記リング形状の第１半部及び第２半部が相異なる極に着磁された可動マグネットと、を有する可動体と、
    前記可動マグネットとの電磁相互作用により前記軸部を中心に前記可動体を往復回転させる一対のコイルと、前記一対のコイルが巻回された一対の芯部と、前記一対の芯部の夫々の一端部に設けられ、前記可動マグネットを軸方向に直交するＸ方向で挟むよう配置された一対の磁極と、前記軸方向に直交するＹ方向で前記可動マグネットの片側でコアに配置され、前記可動マグネットとの間に磁気吸引力を発生して、前記磁極切り替わり部が前記Ｘ方向に対し平行となる前記往復回転の動作基準位置を規定する回転角度位置保持部と、を有する固定体と、
    を有し、
    前記一対の磁極の夫々は、前記動作基準位置にある前記可動マグネットの前記磁極切り替わり部に対向する対向位置から、前記回転角度位置保持部が配置された側及び前記回転角度位置保持部が配置されていない側の両方へ、前記可動マグネットの外周面に沿って円弧状に形成され、
    前記一対の磁極と、前記一対のコイルが巻回された前記一対の芯部と、前記回転角度位置保持部が配置された前記コアと、を含む磁性部材の組立体は、前記軸方向に直交する面において前記可動体を囲む矩形形状を呈し、前記コアは、前記矩形形状の一辺に沿って前記Ｘ方向に延在し、前記一対の芯部は、前記矩形形状において前記一辺とは異なる一対の対向辺に沿って前記Ｙ方向に延在し、
    前記一対のコイルの巻回軸は、前記Ｙ方向に沿って延在する、
    回転往復駆動アクチュエータ。
  2. 前記回転角度位置保持部は、前記可動マグネットの外周面の形状に対応した湾曲面を有し、前記湾曲面を前記可動マグネットの外周面に沿わせて配置された、
    請求項１に記載の回転往復駆動アクチュエータ。
  3. 前記固定体は、前記一対のコイルが夫々巻回される一対のボビンを有し、
    前記一対のボビンは、前記Ｘ方向の両側から前記可動マグネット及び前記回転角度位置保持部を間に挟むよう前記Ｙ方向に延在して配置された、
    請求項１に記載の回転往復駆動アクチュエータ。
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