WO2019065746A1

WO2019065746A1 - アクチェータ

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Publication number: WO2019065746A1
Application number: PCT/JP2018/035717
Authority: WO
Inventors: 土佐　博
Original assignee: 日本信号株式会社
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2019-04-04
Also published as: KR20200062257A; US11340446B2; US20200271919A1; EP3690514A4; EP3690514A1; JP2019061181A

Abstract

本発明に係るアクチュエータは、被駆動部（１０）を支持する支持部（２０）と、支持部（２０）を回転させる外軸駆動部（ＤＳａ，ＤＳｂ）とを分離独立して設けている。これにより、回転部分の小型化、軽量化を図り、回転モーメントを低減させて、外側の第２軸（ＡＸ２）の周りについて十分な駆動力を得ることを可能としつつ、支持部（２０）の共振周波数を高く設定することが可能になり、例えば、ラスタースキャンによる動作といった高性能な駆動動作が可能になっている。

Description

アクチェータ

　本発明は、例えばＭＥＭＳデバイスを駆動させる際に適用可能なアクチュエータに関する。

　ＭＥＭＳデバイスを駆動させるためのアクチュエータとして、例えば、ミラー等の被駆動部を、駆動コイルを有する内側可動部によって構成するとともに、駆動コイルを有する外側可動部を、内側可動部を囲むように配置することで、被駆動部を２軸駆動させるものが知られている（特許文献１、２参照）。

　しかしながら、特許文献１、２等に開示の技術は、内側可動部と外側可動部との双方において駆動コイルを配線するため、大きくなったり重くなったりする傾向にあった。特に、低速軸を駆動する外側可動部においては、内側可動部を支持しつつ駆動コイルによる回転動作をするものとなっていたため、その傾向が顕著であった。このため、設計によっては、外側可動部についての非共振駆動での動作において十分な駆動力を得られなかったり、外側可動部の共振周波数を十分に高く設定することができなかったりする可能性があった。したがって、例えば、ラスタースキャンによる動作をさせることが困難であったり、不要な振動によって誤動作を生じたりする可能性があった。また、外側可動部での歪みの影響等の問題が発生する可能性もあった。

特開２００９－２１６７８９号公報特許第２７２３３１４号公報

　本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、駆動力や共振周波数についての向上を図り、高性能な駆動動作を可能にするアクチュエータを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に係るアクチュエータは、被駆動部を内側に配置させ、第１軸に沿って延びる内梁を介して被駆動部と接続して支持する支持部と、支持部から独立して設けられ、第１軸と垂直な第２軸に沿って延びる外梁を介して支持部と接続して、支持部を第２軸の周りに回転させる外軸駆動部と、被駆動部を、第１軸の周りに回転させる内軸駆動部とを備える。

　上記アクチュエータでは、従来において被駆動部の支持とコイルによる回転動作との双方を担っていた外側可動部に代えて、被駆動部を支持する支持部と、支持部を回転させる外軸駆動部とを分離独立して設けた構成とすることによって、回転部分の小型化、軽量化を図り、回転モーメントを低減させて、外側の第２軸の周りについて十分な駆動力を得ることを可能としつつ、支持部の共振周波数を高く設定することが可能になり、例えば、ラスタースキャンによる動作といった高性能な駆動動作が可能になる。

　本発明の具体的な側面では、外軸駆動部は、低速軸駆動部であり、内軸駆動部は、高速軸駆動部であり、外軸駆動部及び内軸駆動部は、２軸駆動によるラスタースキャンを被駆動部に行わせる。この場合、ラスタースキャンを可能とすることで、駆動制御を簡易にできる。

　本発明の別の側面では、外軸駆動部は、複数設けられている。この場合、第２軸の周りに回転させる駆動力の性能を高めることができる。

　本発明のさらに別の側面では、外軸駆動部は、第２軸に沿って支持部の両端に設けられる一対構成である。この場合、両端側から第２軸の周りに回転させる駆動力を伝えることができる。また、一対構成とすることで、被駆動部の動作をより安定させることができる。

　本発明のさらに別の側面では、内軸駆動部は、第１軸の周りに回転する第１コイル部と、第１コイル部に第１軸周りの回転力に付与するために一方向に磁界を発生させる第１磁界付与部とを有し、外軸駆動部は、第２軸の周りに回転する第２コイル部と、第２コイル部に第２軸周りの回転力に付与するために一方向に磁界を発生させる第２磁界付与部とを有する。この場合、各磁界付与部を簡易で小型な構造にできる。

　本発明のさらに別の側面では、支持部の固有周波数は、被駆動部のねじれ共振周波数よりも高い。この場合、支持部によって被駆動部に不要な振動を生じさせることを低減できる。

第１実施形態に係るアクチュエータについて説明するための図である。アクチュエータの動作について説明するための概念図である。第１実施形態に係るアクチュエータについて可動箇所を抽出した概念図である。比較例として従来例の１つを示した図であり、図３Ａに対応する図である。被駆動部の動きを測定したボード線図である。高速軸側の内軸駆動部での駆動制御について一例を説明する図である。低速側の外軸駆動部での駆動制御について一例を説明する図である。磁界付与部（磁気回路）について説明するための図である。比較例の図である。第２実施形態に係るアクチュエータについて説明するための図である。アクチュエータについて可動箇所を抽出した概念図である。

　〔第１実施形態〕
　以下、図１等を参照して、第１実施形態に係るアクチュエータについて一例を説明する。図１は、本実施形態に係るアクチュエータの一例について説明するためのブロック図である。なお、本実施形態の一態様としてのアクチュエータ１００は、例えばレーザパルス等によるパルス光を対象物に対して走査させることで対象物についての距離画像データを取得可能とする距離画像装置において、光走査を行うための装置として適用可能である。また、光走査に合わせタイミング良くパルス光を照射することでスクリーン上に画像を映し出す表示装置としても適用可能である。

　例えば図１に示すように、アクチュエータ１００は、被駆動部１０と、被駆動部１０を回転させる内軸駆動部ＩＤと、被駆動部１０を支持する支持部２０と、支持部２０を回転させるべく支持部２０の両端に設けられる一対構成の外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂと、外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂにそれぞれ接続し、装置全体を固定する枠体状の固定部５０とを備える。また、アクチュエータ１００は、被駆動部１０と支持部２０とを接続する内梁ＩＢ，ＩＢと、外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂと支持部２０とを接続する外梁ＯＢ，ＯＢとを備える。また、これらのうち、内軸駆動部ＩＤは、回転動作を行わせるための回転駆動源部として、駆動部である第１コイル部ＣＬ１と、第１コイル部ＣＬ１に対して磁界を付与する第１磁界付与部ＭＵ１とを有する。同様に、各外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂは、回転動作を行わせるための回転駆動源部として、駆動部である第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂと、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂに対して磁界を付与する第２磁界付与部ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂとをそれぞれ有する。

　ここで、図１において、平面状に示される装置全体のうち外枠である固定部５０が形成する面を基準面（水平面）とし、基準面のうち、図１での縦方向をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な横方向をＹ方向とする。なお、枠体状の固定部５０は、Ｘ方向に延びる２つの辺とＹ方向に延びる２つの辺とによって矩形状となっている。さらに、Ｘ方向及びＹ方向の双方に垂直な方向すなわち基準面に垂直な方向をＺ方向とする。

　以上の構成を有することで、アクチュエータ１００は、内軸駆動部ＩＤで発生させた加振力と、各外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂで発生させた加振力とを被駆動部１０へ伝達させ、被駆動部１０を、Ｘ方向に沿って延びる第１軸ＡＸ１とＸ方向に垂直なＹ方向に沿って延びる第２軸ＡＸ２との２軸に関して回転可能にしている。

　まず、図示の例では、支持部２０は、被駆動部１０を内側に配置させ、Ｘ方向に平行な第１軸ＡＸ１に沿って延びる内梁ＩＢ，ＩＢを介して被駆動部１０と接続し、これを支持している。さらに、内軸駆動部ＩＤは、回転動作を行わせるための回転駆動源部として、被駆動部１０を、第１軸の周りに回転させるべく駆動力を与えている。以上により、被駆動部１０は、第１軸ＡＸ１を軸として矢印Ｒ１に示す方向に軸回転可能（第１軸ＡＸ１の軸周りに回転可能）となっている。

　また、図示の例では、各外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂは、ＸＹ面内に関して、Ｘ方向に延びる第１軸ＡＸ１と垂直である、すなわちＹ方向に平行である第２軸ＡＸ２に沿って延びる外梁ＯＢ，ＯＢを介して支持部２０と接続し、これを支持している。各外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂと支持部２０とは、第２軸ＡＸ２の軸上に沿って配置されている。さらに、一対の外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂは、端側に設けた一対の棒状の接続部材ＣＰ，ＣＰを介して、固定部５０にそれぞれ接続されている。なお、一対の外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂ、支持部２０及び被駆動部１０は、いずれも第２軸ＡＸ２を中心軸として対称な形状を有している。これにより、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂおよび支持部２０、さらには、支持部２０に支持された被駆動部１０は、第２軸ＡＸ２を軸として矢印Ｒ２に示す方向にそれぞれ軸回転可能（第２軸ＡＸ２の軸周りに回転可能）となっている。

　以上により、アクチュエータ１００は、被駆動部１０を、第１軸ＡＸ１と第２軸ＡＸ２との２軸について回転可能にし、光走査を行わせるものとしている。

　以下、アクチュエータ１００を構成する各部についてより具体的に説明する。

　被駆動部１０は、平面部分（図示の場合、楕円形状の面部分）を有する部材であり、例えば平面部分あるいはその一部を可動するミラー面（光反射面）として形成し、これを既述のように２軸回転駆動させることで、光を入反射させつつ光走査を行う。被駆動部１０は、支持部２０の内側に配置され、内梁ＩＢ，ＩＢを介して支持部２０に接続されることで、内梁ＩＢ，ＩＢを軸とする軸回転可能な状態で支持されている。

　内軸駆動部ＩＤは、既述のように、被駆動部１０を回転させるための回転駆動源部として、第１コイル部ＣＬ１と、第１磁界付与部ＭＵ１とを有していることにより、支持部２０により軸回転可能な状態で支持されている被駆動部１０に対して、回転させるべく力を付与している。

　内軸駆動部ＩＤのうち、第１コイル部ＣＬ１は、例えば金や銅等の比較的導電率の高い材料を用いた巻き線を矩形状に設けたループ状の構成となっている。ここでは、例えば第１コイル部ＣＬ１は、被駆動部１０のうちミラー面（光反射面）として形成される面の裏側の面に設けられており、矩形状の部分を構成する４つの辺のうち２つの辺について、Ｘ方向に沿って延び、この方向について電流（交流電流）が流れ、当該電流が、第１磁界付与部ＭＵ１において発生する磁界の向きを横切るようになっている。これにより、第１コイル部ＣＬ１は、第１磁界付与部ＭＵ１からローレンツ力を受け、被駆動部１０を、必要な走査範囲や速さ等に応じて適度に調整された振れ角や速度で第１軸ＡＸ１を回転軸として軸回転させる。

　内軸駆動部ＩＤのうち、第１磁界付与部ＭＵ１は、例えば複数の永久磁石ＭＧ，ＭＧ（図では２つ）を組み合わせて第１コイル部ＣＬ１を間に挟むように構成されており、上記のように、第１コイル部ＣＬ１に対して磁界を付与する。なお、永久磁石ＭＧ，ＭＧの一部をヨークに代替することでも磁界を付与することが可能である。図示の例では、適宜永久磁石ＭＧ，ＭＧを組み合わせて設置して、第１磁界付与部ＭＵ１において－Ｙ方向の向きに磁界を発生させている。

　第１コイル部ＣＬ１は、第１磁界付与部ＭＵ１によってＹ方向の向きに発生させた磁界を横切るように±Ｘ方向について電流が流れることで、±Ｚ方向についての力を受ける（フレミング左手の法則）。以上について、見方を変えると、第１磁界付与部ＭＵ１は、第１コイル部ＣＬ１を第１軸ＡＸ１の軸周りについて回転させる回転力に対応する一方向（－Ｙ方向）に磁界を発生させている。

　以上のように、被駆動部１０は、内軸駆動部ＩＤの第１コイル部ＣＬ１において発生した加振力に相当する回転駆動の力あるいは回転トルクを受け（伝達され）、第１軸ＡＸ１を回転中心軸として回転動作をする。

　支持部２０は、既述のように、被駆動部１０を内側に配置させ、内梁ＩＢ，ＩＢを介してこれを支持するとともに、外梁ＯＢ，ＯＢを介して一対の外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂとそれぞれ接続されている。

　外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂのうち、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂは、例えば金や銅等の比較的導電率の高い材料を用いた巻き線を枠体に沿って矩形状に設けたループ状の構成となっている。第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂにおいて、矩形状の部分を構成する４つの辺のうち２つの辺が、Ｙ方向に沿って延び、この方向について電流（交流電流）が流れ、当該電流が、第２磁界付与部ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂにおいて発生する磁界の向きを横切るようになっている。これにより、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂは、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂからローレンツ力をそれぞれ受け、被駆動部１０において必要な走査範囲や速さ等に応じて適度に調整された振れ角や速度で軸回転させるべく、支持部２０を回転させる。

　外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂのうち、第２磁界付与部ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂは、例えば複数の永久磁石ＭＧ，ＭＧ（図では２つ）を組み合わせて第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂを間に挟むようにそれぞれ構成されており、上記のように、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂに対して磁界を付与する。図示の例では、適宜永久磁石ＭＧ，ＭＧを組み合わせて設置して、第２磁界付与部ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂにおいて－Ｘ方向の向きに磁界をそれぞれ発生させている。

　第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂは、第２磁界付与部ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂによってＸ方向の向きに発生させた磁界を横切るように±Ｙ方向について電流が流れることで、±Ｚ方向についての力を受ける（フレミング左手の法則）。以上について、見方を変えると、第２磁界付与部ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂは、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂを第２軸ＡＸ２の軸周りについてそれぞれ回転させる回転力に対応する一方向（－Ｘ方向）に磁界をそれぞれ発生させている。

　以上のように、支持部２０は、一対の外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂの第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂにおいて発生した加振力に相当する回転駆動の力あるいは回転トルクを、外梁ＯＢを介して受け（伝達され）、第２軸ＡＸ２を回転中心軸として回転動作をする可動枠となっている。また、被駆動部１０は、内梁ＩＢ，ＩＢを介して支持部２０に回転可能に接続されていることで、第２軸ＡＸ２を回転中心軸として回転動作をする。

　外梁ＯＢは、例えばシリコン、銅合金、鉄系合金、その他金属等を材料とするあるいは樹脂を材料として構成され、弾性を有する部材である。また、内梁ＩＢも、外梁ＯＢと同様に、弾性を有する部材であり、特に、外梁ＯＢに比べて相対的に高い周波数についての振動にも応答し得るように構成されている。

　なお、各コイル部ＣＬ１，ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂには、電源（図示略）から制御電流が供給される。このため、図示のように配線が施されている。内梁ＩＢや外梁ＯＢは、上記のような回転（ねじれ）への対応が可能な硬さや耐性を要するほか、これらの配線を確保する程度の幅（太さ）を要する。なお、制御電流については、被駆動部１０の駆動周波数に対応した周波数の信号成分を含む交流電流となっている。

　以下、図２に示す概念図を参照して、上記のような構成のアクチュエータ１００における被駆動部１０の回転駆動の動作の一例について説明する。ここでは、各コイル部ＣＬ１，ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂへ供給する制御電流Ｉ１、Ｉ２について、被駆動部１０の駆動周波数に対応した２つの周波数の信号成分（低速駆動側の駆動信号と高速駆動側の駆動信号）で構成されているものとする。具体的には、Ｘ方向に沿って延びる第１軸ＡＸ１の周りについて、すなわち第１コイル部ＣＬ１で構成される内軸駆動部ＩＤ側では、高速駆動となっており、Ｙ方向に沿って延びる第２軸ＡＸ２周りについて、すなわち第２コイル部ＣＬ２ａ，２ｂで構成される外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂ側では、低速駆動となっている。つまり、ここでは、第２軸ＡＸ２の周りの回転力に対応する駆動周波数の振動よりも高い駆動周波数の振動を発生させることにより、第１軸ＡＸ１の周りに被駆動部１０を駆動させるものとなっている。

　低速駆動用の信号の周波数については、非共振駆動（強制駆動）になっている。一方、高速駆動用の信号の周波数については、被駆動部１０に固有の固有周波数（共振周波数）に対応させることで、共振駆動であるものになっている。これらの駆動用の信号すなわち低速駆動側の駆動信号及び高速駆動側の駆動信号によって振動の印加を行うことで、アクチュエータ１００は、被駆動部１０の回転駆動をさせる。

　まず、Ｘ方向に沿って延びる第１軸ＡＸ１の周りの動作について説明する。内軸駆動部ＩＤにおいて、高速駆動用の信号の周波数に対応する制御電流Ｉ１が、被駆動部１０に固有の共振周波数に対応していることで、Ｙ方向に発生している磁界Ｂ１を制御電流Ｉ１が横切ることでローレンツ力が生じ、被駆動部１０を共振回転させる。言い換えると、被駆動部１０を共振駆動させるのに適した周波数を高速駆動として採用することで、被駆動部１０を第１軸ＡＸ１の周りについて回転させることが可能となる。なお、この際、内梁ＩＢは、高速駆動側の駆動信号に基づく回転動作に追従してトーションバー（回転用のばね）として機能するようになっている。

　次に、Ｙ方向に沿って延びる第２軸ＡＸ２の周りの動作について説明する。外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂにおいて、低速駆動用の信号の周波数に対応する制御電流Ｉ２が、Ｘ方向に発生している磁界Ｂ２を横切ることでローレンツ力が生じ、支持部２０を強制駆動により第２軸ＡＸ２の周りについて回転させる。なお、この際、外梁ＯＢは、低速駆動での回転の動きに対して、追従可能である、すなわち剛体を保ちつつ、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂから受けた回転力による動作を支持部２０延いては被駆動部１０に伝達してこれらを回転させる。つまり、外梁ＯＢをトーションバー（回転用のばね）としつつ、ミラーとしての被駆動部１０がＹ方向に沿って延びる第２軸ＡＸ２の周りに回転する。

　以上のように、本実施形態では、内軸駆動部ＩＤによる第１軸ＡＸ１の周りの動作を高速駆動、すなわち第１軸ＡＸ１を高速軸側（高速軸駆動部）とし、外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂによる第２軸ＡＸ２の周りの動作を低速駆動、すなわち第２軸ＡＸ２を低速軸側（低速軸駆動部）とする２軸駆動を可能としている。

　以下、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、従来例との比較をすることで、上記構成の特徴の一部について説明する。図３Ａは、図１に示したアクチュエータ１００のうち、磁界付与部ＭＵ１，ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂを省略して、可動箇所を抽出した概念図である。一方、図３Ｂは、比較例として従来例の１つを示した図であり、図３Ａに対応する図である。すなわち、図３Ｂでは、従来例のアクチュエータの可動箇所を示しつつ、図３Ａとの比較のために、これと同様に、磁界付与部を省略している。なお、両図では、比較のため、被駆動部１０のサイズが同一となるように揃えている。図３Ｂに示す比較例では、回転動作を行わせるための回転駆動源部のうち、外軸側の回転すなわち低速側の回転を担う部材が、１つの外軸駆動部ＤＳＳで構成されており、かつ、外軸駆動部ＤＳＳが、被駆動部１０を支持する支持部２０としての機能も兼ね備えている。つまり、外軸駆動部ＤＳＳが内側可動部である被駆動部１０を支持しつつ駆動コイルによる回転動作をもするものとなっていた。この点において、本実施形態のアクチュエータ１００と異なっている。この場合、図３Ｂに示す比較例の支持部２０としての外軸駆動部ＤＳＳは、図３Ａに示す本実施形態における支持部２０と比較して大きく、重くなる。例えば、図３Ａに示す支持部２０の一辺の長さが６ｍｍ程度となる場合に対して、外軸駆動部ＤＳＳの一辺の長さは、９ｍｍ程度となる。これは、外軸駆動部ＤＳＳは、例えば駆動部としての各コイル部ＣＯ１，ＣＯ２を設けるため、ある程度の領域を確保しなければならないことによる。この場合、外軸駆動部ＤＳＳは、さらに、重くもなる。

　以上のような比較例との構成の差から、本実施形態では、特に、支持部２０（従来例の外軸駆動部ＤＳＳに相当）における固有周波数を高くすることができる。上記一従来例の構成からも明らかなように、従来のアクチュエータの駆動制御においては、一般に、低速軸側では非共振駆動での動作において十分な駆動力を得られず、また、低速軸を構成する側での共振周波数を高くすることもできなかった。したがって、例えば、ラスタースキャンによる動作をさせることが困難であったり、低速軸側での共振周波数が低いことに伴う不要な振動の発生によって誤動作を生じたりする可能性があった。また、外側（低速軸）の部材での歪みの影響等の問題が発生する可能性もあった。さらに、駆動のためにローレンツ力を受けるべくその形状についても、制限があった。

　これに対して、本実施形態では、低速側の第２軸ＡＸ２の周りの回転を担う部材（駆動部）として外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂあるいは第２コイル部ＣＬ２ａ，２ｂを設け、被駆動部１０の支持を担う部材（可動部）として支持部２０を設けたことによって、言い換えると、従来の外軸駆動部ＤＳＳが担っていた２つの機能を分離独立させたことによって、低速軸側での可動部の設計自由度を高め、可動部の駆動力を高めたり、共振周波数を高くしたりすることを可能にし、上記の諸問題を解消或いは低減できる高性能な駆動動作を可能にした。

　以下、図４を参照して、低速軸側すなわち支持部２０（図３Ｂの従来例では外軸駆動部ＤＳＳ）において、従来よりも共振周波数を高めたことによる効果の１つである不要な振動の低減について説明する。

　図４は、被駆動部１０の動きを測定したボード線図である。図４のグラフでは、横軸を周波数、縦軸を振れ角としており、図示において、曲線Ｃ１で示されるように、振れ角が大きくなる周波数（ねじれ共振周波数）が多く存在するが、ここでは、図中破線及び破線の丸で囲った箇所で示す位置の周波数が、高速軸側である内軸駆動部ＩＤにより被駆動部１０で本来得たいねじれ共振周波数及びその振れ角であるものとする。この場合、当該周波数より高い周波数については、動作しにくい振動であり、意図する動作に対する影響が少ないものであるが、当該周波数より低い周波数の振動は、動作しやすい、すなわち被駆動部１０自身の動きにとって邪魔になる不要な振動（不要振動）を招く可能性があるものになる。

　例えば、従来の外軸駆動部ＤＳＳ（図３Ｂ参照）については、その固有周波数が、図４の矢印Ａ１で示すあたりの値、すなわち、被駆動部１０で本来得たいねじれ共振周波数よりも低い値であり、これを高くすることができなかった。このため、外軸駆動部ＤＳＳにおいて発生する振動が、被駆動部１０にとっての不要な振動として影響を与える場合があった。かかる事態を避けるべく、本実施形態では、従来の外軸駆動部ＤＳＳに対応する支持部２０での固有周波数を従来よりも高く設計している。

　ここで、被駆動部１０と接続するための内梁ＩＢ，ＩＢとの関係を見た場合、まず、支持部２０（あるいは外軸駆動部ＤＳＳ）の強度が弱いと内梁ＩＢ，ＩＢの動きにダンピングを加えてしまう可能性がある。したがって、かかる事態が生じないように、支持部２０は、ある程度以上の強度を有する部材とすることが前提として必要である。さらに、それだけではなく、支持部２０は、上記した本来得たいねじれ共振周波数を考慮して、固有周波数を高く設計することが好ましい。特に、支持部２０（あるいは外軸駆動部ＤＳＳ）の固有周波数が、被駆動部１０において本来得たいねじれ共振周波数のＮ分の１（Ｎ：整数）となる場合に、不要な振動を励起してしまうことが知られている。このようなことを考慮して、本実施形態では、支持部２０の固有周波数が本来得たいねじれ共振周波数よりも高くなるように設計しておくことで、かかる事態を回避し、被駆動部１０において発生する不要な振動の低減を図っている。

　以下、図５を参照して、本実施形態のアクチュエータ１００のスキャン動作の一例について説明する。本実施形態のアクチュエータ１００では、高速軸側の内軸駆動部ＩＤと、低速軸側の外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂとの２軸駆動によるラスタースキャンを被駆動部１０に行わせている。つまり、高速軸側を主走査側（水平方向）、低速軸を副走査側（垂直方向）とするラスタースキャンとなっている。図５Ａは、高速軸側の内軸駆動部ＩＤでの駆動制御について一例を説明する図であり、図５Ｂは、低速側の外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂでの駆動制御について一例を説明する図である。図中において、駆動波の波形で示されるように、ここでは、共振駆動である高速軸側の駆動については、正弦波駆動を行い、非共振駆動（強制駆動）である低速軸側の駆動については、ノコギリ波駆動を行っている。本実施形態の場合、上記のような構成とすることで、安定的なラスタースキャンの動作を確保できる。

　以下、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、従来例との比較をすることで、上記構成の特徴の他の一部として、磁界付与部（あるいは磁気回路）の構成の差について説明する。図６Ａは、本実施形態のアクチュエータ１００における磁界付与部ＭＵ１，ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂについて示す図であり、図６Ｂは、比較例の図である。なお、両図では、比較のため、被駆動部１０のサイズが同一となるように揃えている。図３Ａでは、簡明にするために、磁界付与部ＭＵ１，ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂを省略したが、ここでは、これらを示し、その違いを説明する。このため、図６Ｂでは、従来例のアクチュエータにおいて、可動箇所とともに、磁界付与部ＭＯ１，ＭＯ２を示している。両図の比較から明らかなように、各磁界付与部を構成する永久磁石ＭＧ，ＭＧ…の大きさが明らかに本実施形態のほうが小さくなっている。これは、駆動部であるコイル部までの距離の差による。すなわち、本実施形態では、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂを分離独立したことによって、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂに対して磁界付与部ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂを構成するための永久磁石ＭＧ，ＭＧを近くに配置できるようになっているだけでなく、第１コイル部ＣＬ１に対しても、磁界付与部ＭＵ１を構成するための永久磁石ＭＧ，ＭＧを近くに配置することが可能になった。これは、第２コイル部ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂを離隔するとともに支持部２０のサイズを小さくできたことによる。従来よりもコイル・磁界間の距離を近づけられたことで、各永久磁石ＭＧを大きくしなくても必要に足る磁界の発生が可能となっている。なお、磁界付与部の構成そのものについても単純化できている。図６Ｂに示す場合、内側に配置される第１コイル部ＣＯ１に付与すべき磁界を磁界付与部ＭＯ１で発生させ、かつ、第１コイル部ＣＯ１の外側に位置する第２コイル部ＣＯ２に付与すべき磁界を磁界付与部ＭＯ２で発生させるべく、例えば斜め方向から磁界を発生させる等の構成にしていた。これに対して、本実施形態では、単純な平面的構成の永久磁石によって磁界付与部ＭＵ１，ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂを構成できる。以上のように、本実施形態では、磁界付与部あるいはこれに相当する磁気回路を構成するに際しても従来に比べて作製が容易なものとなっている。

　以上のように、本実施形態に係るアクチュエータでは、従来において被駆動部の支持とコイルによる回転動作との双方を担っていた外側可動部に代えて、被駆動部１０を支持する支持部２０と、支持部２０を回転させる外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂとを分離独立して設けた構成とすることによって、回転部分の小型化、軽量化を図り、回転モーメントを低減させて、外側の第２軸ＡＸ２の周りについて十分な駆動力を得ることを可能としつつ、支持部２０の共振周波数を高く設定することが可能になり、例えば、ラスタースキャンによる動作といった高性能な駆動動作が可能になっている。

　〔第２実施形態〕
　以下、図７を参照して、第２実施形態に係るアクチュエータについて一例を説明する。

　図７Ａは、本実施形態に係るアクチュエータ２００について説明するための図であり、図７Ｂは、アクチュエータ２００について可動箇所を抽出した概念図である。図示のように、本実施形態に係るアクチュエータは、第１実施形態のアクチュエータ１００の変形例であり、外軸駆動部の違いを除き同様の構成要素を有するため、共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

　図７Ａ及び図７Ｂに示すように、本実施形態に係るアクチュエータ２００は、１つの外軸駆動部ＤＳで構成されている点において、左右に配置される一対構成の第１及び第２外軸駆動部ＤＳａ，ＤＳｂを有している図１等に例示したアクチュエータ１００とは異なっている。すなわち、図１の外軸駆動部ＤＳａを構成する第２コイル部ＣＬ２ａ及び第２磁界付与部ＭＵ２ａに相当するものとして、アクチュエータ２００は、外軸駆動部ＤＳを構成する第２コイル部ＣＬ２及び第２磁界付与部ＭＵ２を有している。この場合、一対構成とする場合に比べて外軸駆動の力は低減されるが、サイズを小さくかつ安価に構成することができる。１つの外軸駆動部で十分な回転力を得られる場合には、本実施形態のような構成とすることで、よりコンパクトでかつ作製コストを抑えることができる。

　以上のように、本実施形態に係るアクチュエータにおいても、被駆動部１０を支持する支持部２０と、支持部２０を回転させる外軸駆動部ＤＳとを分離独立して設けた構成とすることによって、回転部分の小型化、軽量化を図り、回転モーメントを低減させて、外側の第２軸ＡＸ２の周りについて十分な駆動力を得ることを可能としつつ、支持部２０の共振周波数を高く設定することが可能になり、例えば、ラスタースキャンによる動作といった高性能な駆動動作が可能になっている。

　〔その他〕
　この発明は、上記の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

　まず、上記では、外軸駆動部を２つ、または、１つとしているが、例えば３つ以上の外軸駆動部を第２軸ＡＸ２に沿って配置する態様とすることも考えられる。

　また、上記では、支持部２０の形状を矩形状で示しているが、支持部２０は、既述のように、従来の外軸駆動部ＤＳＳと異なり、電流を流してローレンツ力を受ける、という必要がなく、被駆動部１０を支持し、かつ、コイル部等の配線を確保する、といった目的の機能を達成できれば、種々の形状にできる。すなわち、その形状の自由度は、従来に比べて非常に高く、種々の形状とすることができる。小型化、軽量化を図り、回転モーメントを低減させて、外側の第２軸ＡＸ２の周りについて十分な駆動力を得ることを可能としつつ、支持部２０の共振周波数を高く設定する、という観点からは、例えば、各接続部材ＣＰの端から斜め方向に延びて菱形状になっているものとしてもよい。さらに、支持部２０を枠体状とする必要もなく、例えば配線がなされない一部についてはカットした形状となっていてもよい。

　また、各実施形態に示した電流の制御や磁界の向きについては、例示であり、各部の形状や配置を含め、適宜変更可能である。

　また、上記では、第１軸ＡＸ１と第２軸ＡＸ２とが垂直に交差するものとしているが、これらの方向が異なっていれば２軸駆動は可能であり、構成や目的によっては、垂直以外の方向に延びた構成とすることも考えられる。

　また、上記では、高速軸側の駆動について正弦波駆動を行い、低速軸側の駆動についてノコギリ波駆動を行う場合を例示しているが、駆動波形には、ノコギリ波、正弦波、三角波があり、いずれを用いてもよい。

　なお、上記実施形態では、ラスタースキャンに適している旨記載したが、勿論リサーシュ駆動にも対応可能であることは言うまでもない。

　１０…被駆動部、２０…支持部、５０…固定部、１００…アクチュエータ、２００…アクチュエータ、Ａ１…矢印、ＡＸ１…第１軸、ＡＸ２…第２軸、Ｂ１，Ｂ２…磁界、Ｃ１…曲線、ＣＬ１…第１コイル部、ＣＬ２，ＣＬ２ａ，ＣＬ２ｂ…第２コイル部、ＣＯ１，ＣＯ２…コイル部、ＣＰ…接続部材、ＤＳ…外軸駆動部、ＤＳＳ…外軸駆動部、ＤＳａ，ＤＳｂ…外軸駆動部、Ｉ１、Ｉ２…制御電流、ＩＢ…内梁、ＩＤ…内軸駆動部、ＭＧ…永久磁石、ＭＯ１，ＭＯ２…磁界付与部、ＭＵ１…第１磁界付与部、ＭＵ２，ＭＵ２ａ，ＭＵ２ｂ…第２磁界付与部、ＯＢ…外梁、Ｒ１…矢印、Ｒ２…矢印

Claims

　被駆動部を内側に配置させ、第１軸に沿って延びる内梁を介して前記被駆動部と接続して支持する支持部と、
　前記支持部から独立して設けられ、前記第１軸と垂直な第２軸に沿って延びる外梁を介して前記支持部と接続して、前記支持部を前記第２軸の周りに回転させる外軸駆動部と、
　前記被駆動部を、前記第１軸の周りに回転させる内軸駆動部と
を備える、アクチェータ。
　前記外軸駆動部は、低速軸駆動部であり、
　前記内軸駆動部は、高速軸駆動部であり、
　前記外軸駆動部及び前記内軸駆動部は、２軸駆動によるラスタースキャンを前記被駆動部に行わせる、請求項１に記載のアクチェータ。
　前記外軸駆動部は、複数設けられている、請求項１及び２のいずれか一項に記載のアクチェータ。
　前記外軸駆動部は、前記第２軸に沿って前記支持部の両端に設けられる一対構成である、請求項３に記載のアクチュエータ。
　前記内軸駆動部は、前記第１軸の周りに回転する第１コイル部と、前記第１コイル部に前記第１軸周りの回転力に付与するために一方向に磁界を発生させる第１磁界付与部とを有し、
　前記外軸駆動部は、前記第２軸の周りに回転する第２コイル部と、前記第２コイル部に前記第２軸周りの回転力に付与するために一方向に磁界を発生させる第２磁界付与部とを有する、請求項１に記載のアクチェータ。
　前記支持部の固有周波数は、前記被駆動部のねじれ共振周波数よりも高い、請求項１に記載のアクチェータ。