JPH028810A

JPH028810A - レーザスキャナ駆動装置

Info

Publication number: JPH028810A
Application number: JP63160427A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ota; 一男太田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1988-06-28
Filing date: 1988-06-28
Publication date: 1990-01-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、入射されたレーザ光を偏光ミラーの回転に
より偏光してレーザ光の位置合わせを行なうレーザ加工
慣用回転型スキャナ装置に関し、特にその回転のための
駆！ＪＪ源に圧電アクチュエータを用いたレーザスキｔ
・す駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザ光は、レーザマーカ、レーザトリミング等の半導
体分野の他に、ＯＡＲ器あるい（よ映ｍｌ器等の各種広
範な分野に利用されている。レーザ光を使用する際には
、レーザ光の位置合わせ、すなわちレーザの偏向・走査
が必要となり、従来はガルバノメータ式のレーザスキャ
ナ装置が使用されることが多い。

このガルバノメータ式の装置では、例えば特開昭５３−
１４３９１０号公報に示す如く、固定子および有限回転
する回転子を有する電ｖＪ１１の回転軸にミラーを取り
付け、Ｔｉ　ａ　Ｒに加える指令信号に対し回転軸の周
りに配した静電容量型位置センサの出力をフィードバッ
クすることによりミラーの位置決めを行なうようにして
いる。

〔発明が解決しようとする課題］しかし、かかる従来ＨＵでは、 ■　環境温度の変化に伴ない６００μｒａｄ／”Ｃ程度
の位置ドリフトが発生する。

■　磁力による回転であるので応答性が悪く、特に回転
の立ち上がりが遅い（３〜４ｍ５ｅＣ）。

という問題があった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、立
上がりのよい高速応答をなし得るとともに、位置決め粘
度を温度の変化に関係なく常に一定かつ高水準にするこ
とができるレーザスキャナ駆動装置を提供しようとする
ものである。

〔課題を解決するための手段］そこでこの発明では、入力された駆動（８号に対応する
直動変位を発生する圧電アクチュエータと、圧電アクチ
ュエータの直動変位を回転変位に変換する直動回転変換
部材と、その出力軸に前記偏光ミラーの回転軸が連結さ
れ、前記直動回転変換部材の回転変位を増幅する変位増
幅機構と、前記圧電アクチュエータに偏光ミラーを回転
駆動する駆動信号を入力する制御手段とを具えるように
する。

〔作用〕

かかる構成によれば、圧電アクチュエータの微小直動変
位は直動回転変換部材によって回転変位に変換され、こ
の回転変位はさらに変位ｊ！ｉ幅機構によって増幅され
、該増幅された回転によって偏光ミラーが回転駆動され
る。

〔実施例）以下、この発明を添付図面に示す実施例にしたがって詳
細に説明する。

第１図はこの発明にがかるレーザスキャナ装置の礪構部
の一実施例を示すＩｔ１断面図、第２図はその横断面図
である。

このスキャナ装置は、ミラー１、変位増幅機構としての
差動増速機２、レバー３、ＪＩ電アクチュエータ４、反
力バネ５、位置センサ６、ブラケット７等で構成されて
いる。

圧電アクチュエータ４は、後述する制即回路３０によっ
て作動されるもので、入力された駆動信号に対応する直
動変位（矢印六方向）を発生する。この圧電アクチュエ
ータ４は他のアク。

チュエータに比べ大きな駆動力および高速応答（１ＫＩ
−１７以上）が得られるという利点を持っている。圧電
アクチュエータ４は、ビン８を介してレバー３に当接し
ている。

レバー３は、軸９に固定され、軸９を中心に回転自在と
なっており、その側面にＬ字状のブラケット７が取り付
けられている。軸９は後述する差動増速１２の入力軸（
低速軸）となっている。

また、レバー３にはピストン１０を介して反力バネ５の
力が矢印Ｂ方向に作用しており、レバー３は圧電アクチ
ュエータ４の変位によって反時計方向に回動する力を受
けるとともに、バネ５の反力によって時計方向に回転す
る力を受けている。

すなわち、レバー３は圧電アクチュエータ４の直動変位
Δχを回転変位Δθに変換するものである。第６図に示
すように、軸９の中心から圧電アクチュエータ４の中心
線までの距離をＬとすると、回転変位Δθは以下の関係
式で表わされる。

Δθ＝Δχ／Ｌ非接触式の位置センサ６は、前記レバー３に取り付けら
れたブラケット７までの距離Δχを計測し、該検出した
距離Δχに対応する信号ＶＳ　＜＝に１Δχ）を後述す
る制御回路３０（第５図）に入力する。

次に差動増速ぼ２は、レバー３の微小回動変位を増幅す
るもので、第３図に示すように、内輪軸２ｏ、中間輪ス
プライン２１および外輪スプライン２２で構成されてい
る。内輪軸２０は楕円状のカム２３と、その外周に固定
されたポールベアリング２４によって構成されている。

中間輪スプライン２１は薄い肉厚の円柱状の金属製弾性
体で、その外周には歯（歯数７１）が形成されている。

外輪スプライン２２はリング状の剛体であり、その内周
には中間輪スプライン２１と同ピツチの歯（歯数７２）
が形成されている。外輪スプライン２２と中間輪スプラ
イン２１の歯数の関係はＺ　　＝Ｚ、＋ｎとなっており
、両者にはｎ個の歯数差が設Ｇノられている。

かかる差動増速機２の原理を減速の場合について簡単に
説明すると、外輪スプライン２２を固定した状態で内輪
軸２０を回すと中間輪スプライン２１が弾性変形し、中
間輪スプライン２１と外輪スプライン２２との歯合位置
が順次移動していく。中間輪スプライン２１は外輪スプ
ライン２２より歯数がｎ個少ないので、内輪軸２ｏが１
回転したとき中間輪スプライン２１はその歯数ｎに対応
する角度だけ、内輪軸２０の回転方向とは逆方向に回転
する。すなわち、外輪スプライン２２を固定し、内輪軸
２０を入力軸とし、中間幅スプライン２１を出力軸とす
ると、減速比ｉ　＝−（Ｚｌ−２２＞　／Ｚ１＝−ｎ／
Ｚ１の減速をなし得る。

増速の場合は、上記とは逆であり、第４図に示すように
、外輪スプライン２２を固定し、中間輪スプライン２１
を入力軸とし、内輪軸２０を出力軸とすることにより、
増速比１＝−２１／ｎの増速をなし得る。

第１図に示した差仙増速別２は第４図に示したものと同
様の増幅構成をとっており、外輪スプライン２２を固定
し、中間輪スプライン２１を低速入力軸９に結合し、内
輪軸２０を高速出力軸１１に結合しである。したがって
、レバー３がΔθ回転変位すると、この回転変位Δθが
低速入力軸９を介して差動増速１２に伝えられることにより、差動増速機２の高速出力軸１１は、前たけ増
幅回転されることになる。この差動増速器２によれば１
００倍程度の大きな増幅率を簡単に得ることができる。

差動増速器２の高速出力軸１１には、偏光ミラー１が取
り付けられており、該偏光ミラー１の回転によって図示
しないレーザ発生源から入射されたレーザ光が偏光走査
される。

第５図は制御系の構成を示すもので、前述した位置セン
サ６の検出出力Ｖｓ　　（＝に１Δχ）は比較器４０に
入力されている。比較器４０には、指令部５０から偏光
ミラー１を回転するための指令信号Ｖｃが入力されてお
り、比較器４０はこれらの偏差ΔＶ　（＝Ｖｃ　−Ｖｓ
　）をとって、これを制御回路３０に入力する。制御回
路３０は入力された偏差信号ΔＶを圧電アクチュエータ
４の駆動信号としてパワーアンプ６０に入力する。パワ
ーアンプ６０で増幅された信＠に２ΔＶは圧電アクチュ
エータ４に入力される。

かかる実施例構成の作用を第７図のフローヂＰ−トを参
照して説明する。

スキャナ装置の駆動開始に伴ない、指令部５０から目標
回転角θに対応する指令部＠ＶＣが比較器４０に入力さ
れ、比較器４０で求められた位置センサ６の検出出力Ｖ
ｓとの偏差信号　　　ΔＶ（＝Ｖｃ　−Ｖｓ　）が、制
御回路３０からパワーアンプ６０に入力される（ステッ
プ１００゜１１０）。パワーアンプ６０はこの偏差信号
Δ■を増幅し、該増幅した出力に２ΔＶを圧電アクチュ
エータ４に入力する（ステップ１２０）。

この駆動信号に２ΔＶの入力により、圧電アクチュエー
タ４は該信号に２Δ■に対応する矢印へ方向に沿った直
動変位Δχを発生する（ステップ１３０）。そしてこの
変位Δχによってレバー３がΔθ（＝Δχ／Ｌ）だけ回
転する（ステップ１４０）。さらに、このレバー３の回
転は差動増速ｄ２によって変位拡大され、該拡大された
回転変位によって偏光ミラー１が回転される（ステップ
１５０）。

一方、上記動作に伴なって位置センサ６はレバー３に取
り付けられたブラケット７までの距離Δχを計測してお
り、該計測値Δχに対応する信号ｖｓ　　（＝に１Δχ
）を比較器４０を介して制御回路３０に入力している（
ステップ１６０）、制御回路３０は、指令信号ＶＣとフ
ィードバック信号Ｖｓとの偏差Δ■が零になったか否か
を判定しており、（ステップ１７０）、ΔＶが零になる
まで偏差信号Δ■を圧電アクチュエータ４に入力する（
ステップ１９０）。そして、ΔＶ＝０になった時点で今
回の位置決め制御を終了する（ステップ１８０）。

かかる実施例構成によれば、高速応答性を実現するため
に圧電アクチュエータ４を駆動源として使用するように
したので、大きな駆動力と最高２００Ｈｚ程度の高速応
答が実現できるともに、回転の立ち上がりが同一スキャ
ナ角の比較において従来装置より２〜３倍速くなる。ま
た、レバー３と差動増速機２によって圧電アクチュエー
タの直動変位を回転変位に変換かつ増幅するようにした
ので大きな増幅率（１００倍程度）を得られる。

さらに、レバー３に取り付けたブラケット７の変位を非
接触式の位置センサ６によって検出するようにしたので
、スキャナ義構のｖＪ特性に何の影響を与えることなく
変位を検出でき、さらに、この変位を指令信号にフィー
ドバックするようにしたので、高速かつドリフトのない
、再現性のよい（±０．０１＋ａ）位置決め制御をなし
得る。

なお、本発明は前述した実施例に適宜の変更を加え得る
ものであり、例えば直動変位を回転変位に変換が拡大す
る握栴として他にポールスクリュウ等を用いるようにし
てもよく、レバー３および差動増速機２による構成と同
等の機能を達成するものであれば他の任意のｉ構を採用
するようにしてもよい。

また、位置センサ６の変位検出のための構成も実施例に
限定されるものでなく、レバー３の微小回転角に対応す
る値を検出するものであれば、他の任意の構成をとって
もよい。さらに、差動増幅器３の増速のための構成も、
第４図に示したものの他に、例えば内輪軸２０を固定と
して、外輪スプライン２２を入力とし、中間輪スプライ
ン２１を出力とするもの等、種々の変更ができ、実施例
に限定されるものでない。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、圧電アクチュエ
ータの直動変位を回転変位に変換かつ拡大して偏光ミラ
ーを回転駆動するようにしたので、立上がりのよい高速
応答をなし得るとともに、位置決め精度を温度に関係な
く常に一定でき、さらに高精度のレーザ加工をなし得る
。よってレーザ加工機としての生産性および加工対象を
拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例について機構部分の構成を示
す縦断面図、第２図はその横断面図、第３図は差動増速
機の内部構成を示す断面図、第４図は差動増速掘の駆動
態様の一例を示す図、第５図は実施例の制御系部分の構
成例を示すブロック図、第６図は直動一回転変換式を説
明するための図、第７図は実施例の動作を説明するため
のフローチャートである。１・・・偏光ミラー、２・・・差動増速機、３・・・レ
バー４・・・圧電アクチュエータ、５・・・反力バネ、
６・・・非接触式位置センサ、７・・・ブラケット、９
・・・低速入力軸、１０・・・ピストン、］１・・・高
速出力軸、２０・・・内輪軸、２１・・・中間輪スプラ
イン、２２・・・外輪スプライン、２３・・・カム、４・・・ベアリング、３０・・・制御回路。第図第図第図第図第５図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）偏光ミラーの回転駆動によりレーザ光を偏光走査
するレーザスキャナ駆動装置において、入力された駆動
信号に対応する直動変位を発生する圧電アクチュエータ
と、圧電アクチュエータの直動変位を回転変位に変換する直
動回転変換部材と、その出力軸に前記偏光ミラーの回転軸が結合され、前記
直動回転変換部材の回転変位を増幅する変位増幅機構と
、偏光ミラーを回転駆動する駆動信号を前記圧電アクチュ
エータに入力する制御手段と、を具えるレーザスキャナ駆動装置。
（２）前記変位増幅機構はだ円状のカムおよび該カムの外周に取り付けられたボー
ルベアリングを有する第１の軸と、該第１の軸のボール
ベアリングが内周面に当接され、外周面に歯が形成され
た弾性体から成る第２の軸と、前記第２の軸に形成された歯数と異なる歯数を有し、第
２の軸の歯と歯合する歯が内周面に形成された剛体から
成る第３の軸とを具えた差動増速機である請求項（１）記載のレーザス
キャナ駆動装置。
（３）前記差動増速機は、第３の軸が固定され、第２の
軸が入力軸となり、第１の軸が出力軸となる請求項（２
）記載のレーザスキャナ駆動装置。
（４）前記直動回転変換部材は、正転方向に前記圧電ア
クチュエータの力が作用され、逆転方向に所定の弾性体
の力が作用するよう軸支されたレバー部材である請求項
（１）記載のレーザスキャナ駆動装置。
（５）前記制御手段は、前記直動回転変換部材の回転変位を検出する検出手段と
、前記偏光ミラーを回転駆動する指令信号を発生する指令
手段と、前記指令手段の出力と前記検出手段の出力の偏差を求め
、該偏差を前記駆動信号として圧電アクチュエータに入
力する手段と、を具える請求項（１）記載のレーザスキャナ駆動装置。