JPS63117655A - 共振振動数調整装置 - Google Patents

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】 技術分野及び技術的背景 本発明は、共振運動を行う可動エレメントを有する装置
に関する。そのような装置は可動エレメントの慣性及び
ばね定数に基づく特定の共振運動を行う。

そのような共振運動は、例えは、ばねエレメントのばね
定数を調節し、質量を加えることにより調整することが
出来ることが良く知られている。

発明の摘要 本発明は、上記の如き装置にあって、その装置の運動中
に共振振動の振動数を動的に調整（同調）できるように
したエレメントを有する装置を提供するものである。

本発明に係る装置においては、他の共振振動装置の共振
振動に応答して振動数を同調し、それにより、それら装
置の同期化を行うことが出来るようにしている。

実施例 以下、本発明を添付図面に示した実施例に基づき詳細に
説明する。

第１図に示す本発明に係る装置である調整可能共振振動
スキャナ１０は、ビーム１４を走査するための（図示し
ない）オプティカルエレメントを保持する（Ｂｅｎｄｉ
ｘ　Ｃａｒｐ、からフレックシャベアリング［ｆｌｅｘ
ｎｒｅ　ｂｅａｒｉｎｇｓ］の名で販売されているたわ
みサスペンション装置［ｆｌｅｘｕｒｘｌ　５ｕｓｐｅ
＋＋ｓｉ。

ｎ］などの）回転可能の機械的サスペンション装置１２
を有している。サスペンション装置１２の回転軸は（米
国特許第４．０９Ｇ、１１２号及び４．０７６．９９８
号に開示されたものの如き）汎用の回転アクチュエータ
１８によって駆動されるシャフト１６に一致する。アク
チュエータ１８は角度位置若しくは速度センサ（図示せ
ず）を有しており、直接駆動共振振動システム若しくは
フィードバック制御共振振動システム２０として、これ
らサスペンション装置及びアクチュエータの操作を行う
ことが出来る。システム２０は、すべての共振振動シス
テムのように、可動エレメントの慣性（１）及びサスペ
ンション装置１２のばね定数に基づく特定の操作振動を
有している。

選択された共振振動数を維持し若しくは追跡するために
、スキャナｌＯには共振振動チューナ２２が設けられて
いる。チューナはシステムのばねレート内におけるシフ
トの選択可能の程度を設定し、共ＷＲ振動数の連続的な
動的調整を可能とする。チューナ２２は、シャフト１６
と整合された回転シャフト２４によってサスペンション
装置に連結されている。

第２図に示すように、チューナ２２内において、シャフ
ト２４が同心状の円筒形永久磁石２６に連結されており
、該磁石は回転軸線に直角な直径に沿って磁化されてい
る。

中空低炭素鋼製円筒状シェル３０が、磁石２６に対して
同心状に周りを囲んでおり、サスペンション装置１２に
対して所定の回転角度位置に保持されている。（第２図
においては、シェル３０は磁石から引き出されている。

）シェルの１つの機能は、コイル領域における磁界強度
を高めることにある。

２つのコイル３２．３４が、それぞれ、磁石２６のＮ極
及びＳ極の磁界内に設定されている。

第３図を参照するに、磁石２６がその（サスペンション
装置１２の中心回転位置に対応する）中心回転位置にあ
るときに、コイル３２の２つの部分はＮ極に均等にまた
がっており、また、コイル３４の２つの部分はＳ極に均
等にまたがっており、その角度ａは総て約４５°となっ
ている。コイル３２．３４は共に、シェル３０の内壁に
取り付けられている。

コイル３２の部分４４の位置におけるシェル３０と磁石
２６との間の空隙４０内の磁界（Ｂ）強度は、次の式で
表される。

Ｂ４Ｂｒ　ｅｏｓθ　　　　　　　　　　（１）すなわ
ち、この磁界の強さは、部分４４が位置する直径と磁石
の軸線との間の角度Ｉ（すなわち、４５°）に関係する
。Ｂｒは、磁石２６の一定の残留インダクタンス、Ｋは
シェル３０の状態並びに第５図及び第７図を参照するに
、式（１）は次のよにして誘導される。

通常の操作範囲における異方性磁石２６の磁化特性はほ
ぼ次の式で表すことが出来る。

Ｂｍ□−ＨｍＢｒ／Ｈｃ＋Ｂｒ　　　　　　　　（２）
ここで、Ｂｍはインダクション、Ｈｍは磁界強度、Ｂ「
は残留インダクタンス、そして［Ｉｃは保持力。

電流がないと仮定すると、第５図の通路ｑ−ｒ−ｓ−ｔ
に沿ってアンペアの法則φ■・ｄｌ・旧を適用すると、
次の式が導かれる。

Ｂａ２−１φＦ＋Ｈｍ−ｄ−ｃｏｓθ弓　　（３）ここ
でＨａは空隙４０内の磁界強度、ｄは磁石２６の直径、
Ｆは実験的に決められる定数、例えば、１．３である。

ガウスの法則ΦＢ−ｄＡ・０を、材料が完全に異方性で
あり磁界が面ａａ″ｐｐ’及び面ｅｅ’　ｎｕ’の境界
だけを通るａｒ＆’＋ｐ＊Ｐ″、ｎ４’、ｅ、ｅ’によ
って規定される部分の軸方向面に適用できる。これによ
り、Ｂｍ−ｄＡｍ・Ｂａ　・ｄＡｘ　　　　　　　　（
４）となる。ここで、添付文字“ａ”はセクションｉｎ
’　。

ｐｐ’における空隙を意味し、“ｍ”は磁石材料を意味
している。ｄＡｍ−ｄＡｉ　・ｃｏｓ−だから、式（４
）はＢ−ＣＯ５−８１″　　　　　　　　（５）となる
。

この空隙において、 ＢＡ＝ｌμＨａ’　　　　　　　　　　　（６）となる
。ここで、μは空気のパーマビリティである。

式（２）及び（５）を結合すれば、 Ｂａ／ｃｏｓθ□Ｂｒ（１４ｍ／Ｈｃ）　　　　　　　
（７）となり、式（３）及び（６）を結合すれば、２ｇ
ＦＢａ／メ＋Ｈｍ−ｄｃｏｓθ−０（８）となる。

式（７）、（８）から、 Ｂａ−Ｂ「・ｃｏｓθバ１＋Ｂｒ＃ｌ　−２ｇＦ／ｄ）
　　　（９）希土類磁石はＢｒ＃Ｈｃを有しており、も
しｇ／ｄが小さく、代表的には０．３以下であるならば
、式（９）は次の簡易な式となる。

Ｂａ・ｋ−Ｂｒ　・ｃｏｓθ　　　　　　　（１０）こ
こで、Ｌ５＜ｋ＜＋であり式（１）と同じになる。

第４図を参照するに、磁石２６がコイル３２．３４に対
して角度γだけ回転されており、コイル３２の部分Ｕに
おける磁界（Ｂｕ）は式（１）においてθ−４５１１＋
γとすることにより得られる。

Ｂｕ＝０．７０７ｋＢｒ（ｃｏｓγ＋ｓｉｎγ）　　　
（１１）となり、同様に部分Ｖにおける磁界ＢｙはＢｙ
＝０．７０７ＫＢｒ（ｃｏｓγ−５ｉｎγ）　　　（１
２）となる。

電流Ｉから、Ｎ巻きのコイル３２に加わるトルク（Ｔ）
はローレンツ力から導かれる。部分ＵとＶとにおける力
は、そこを流れる電流が反対向きなので、反対向きとな
り、 Ｔ１．７０７ＫＢｒＬＮＩｄ（ｓｉｎγ）　　　　　（
１３）ここで、Ｌは上記コイル部分の長さ、ｄはコイル
部分のある位置の半径の２倍でほぼ磁石の直径となる。

小さな角度に対しては、式（１３）は、はぼ、 Ｔ□Ｏ，７０７ＫＢｒＬＮＩｄγ　　　　　　　（１４
）となる。

コイル３２がシェル３０に取り付けられているので、Ｔ
はスキャナ１０の固定されているフレームに作用するト
ルクとなる。従って反対向きの同じトルクが磁石２６、
従って、シャフト２４にかかる。　式（１４）は、ばね
定数がコイル３２内の電流（１）によって制御されるば
ねを表す。（コイル３４を含む）２つのコイルに対する
等測定数は、次のようになる。

Ｔ／γ＝１．４０ＫｌｌｒＬＮＩｄ　　　　　　　（１
５）例えば、２００１１！共振振動数、３．７９０Ｓ０
００ｄｙ−ａｍ／ｒｘｄのばね定数のサスペンション装
置を有するスキャナにおいて、チューナは以下のパラメ
ータを有することができる。

ｄ＝０．９ｃｍ ｇ・０．４ｃｍ Ｎ・１７５巻き／コイル ｌｌ１ｃｍ Ｂｒ＝１．ｌテスラ に＃０．５ ０．５アンペアの電流における磁気ばねの計算値は６１
−１０−’Ｎ−ｍ／ｒａｄすなわち６１．０００ｄｙ−
ａｍ／ｒａｄ若しくはサスペンション装置のばね定数の
１．６％となる。

これは、基準振動数の約０．８％すなわち１．６Ｈｚの
調整可能共振振動数レンジとなる。制御ばねの符号は電
流の極性により決まるので、それは機械的ばねに加えら
れるか若しくは引かれる。従って、±（１，５ａｍｐの
制御電流の範囲においては、トータルの調整可能振動数
レンジは２倍で、１．６％若しくは３．２％となる。こ
の予測は３．４３ｔｌｚの測定値に非常に近いものとな
る。

他の実施例も、本発明の範囲内で行える。例えば、トル
クは、コイルの直線部分が設定される領域の磁界の不均
一性に非常に関係するので、角度位置のより強い関数で
ある磁界を有する空隙領域が形成できる。これは特に、
回転の全角度が制限され、例えば、楕円すなわち細長い
円形などの非円筒状にスリーブ３０の内壁を形成するな
ど、種々の方法で達成することが出来るときに、有効で
ある。または、磁石が非円形すなわち不均一な磁性を有
するようにすることもできる。また、それらを組み合わ
せることもできる。

第６図は、他の実施例を示しており、空隙４０の中に駆
動そして若しくは速度センサコイル５０．５２が設定さ
れている。センサコイル５０．５２によって作られた電
気信号が共振振動数と同じ周波数を持つと、それらは非
常に低い割合でこの共振振動数の振動だけをフオツクす
る同調電流から、容易に識別される。（適当な駆動速度
センサは、例えば、米国特許第４．０７６．２９８号及
び同第４．０９Ｇ、１１２号に開示されている）。

再び第１図を参照するに、他の実施例においは、エレメ
ント１８が駆動及び同調の両方の能力を有し、エレメン
ト２２がタコメータ及び同調能力を有し、従って、スキ
ャナＩＯの熱消散能力を本質的に２倍にすることによっ
て、当該システムの同調レンジを２倍にすることができ
る。

第８図を参照するに、他の実施例において、チューナ２
２を、他のスキャナ６２に接続したコントローラ６０に
接続している。コントローラ６０は動的にチューナ２２
を制御して、当該システム２０がスキャナ６２の周波数
に同調されるようにしである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、調整可能の共振振動装置の同大寸法の概略斜
視図、 第２図は、第１図の装置の調整エレメントを分解して示
す同大寸法斜視図、 第３図及び第４図は、それぞれ異なる２つの角度位置に
ある第１図の装置の調整エレメントの概要を示す端面図
、 第５図は、共振振動装置の調整エレメントのロータ及び
ステータの斜視図、 第６図は、第２図のエレメントの他の実施例を示す斜視
図、 第７図は、ネオジムアイロンポロンの磁化曲線を示す図
、 第７ａ図はサマリウムコバルトの磁化曲線を示す図、 第８図は、コントローラ及び他のスキャナに接続された
第１図の装置の概略斜視図である。 ２６−ｍ−磁石； ３２．３４−ｍ−コイル（導体）。 （外４名） 図面の６”！′：（内’ｉ’；’に変更なし）手続補正
＠（方式） 昭和６２年１１月２−６日 特許庁長官　　　小　川　邦夫　　殿 ′：４・、ｈ４ １、事件の表示　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　２′昭和６２年特許願第１９６１４４号 ２、発明の名称 共振振動数調整装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　出　願　人 住所 名　称　　ゼネラルΦスキャニング・インコーホレーテ
ッド４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手
町ビル　２０６号室 ５、補正命令の日付　　昭和６２年１０月２７日　（発
送日）６、補正の対象 出願人の代表音名を記載した願書 方式γ０．）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、共振振動数を有しており、共振振動を行うエレメン
   トと、 該共振振動数を所望の振動数に調整するための手段と、 を有することを特徴とする共振振動数調整装置。 ２、中心位置の両側の範囲を通して共振振動をともなっ
   て動くエレメントを有する機械的システムを所望の振動
   数に動的に調整するための装置において、 上記エレメントに、上記中心位置からの動きに実質的に
   比例し、所定のばね定数に従うばねのような作用を受け
   させる手段と、 上記エレメントが動いている間に上記ばね定数を変える
   ための手段と、 を有することを特徴とする共鳴振動数調整装置。 ３、上記ばねのような作用を受けさせるための手段が、 上記エレメントとともに動くアーマチャであって当該ア
   ーマチャに隣接した領域に磁界を生じるアマーチャと、 上記領域内に位置決めされて、電流を運ぶ導体と、 を有し、上記アーマチャ及び導体が、電流と磁界との相
   互作用によってアーマチャに係る力が、上記中心位置か
   らの動きに伴って変化するようにされている特許請求の
   範囲第２項に記載の共鳴振動数調整装置。