特開 2015-149845 電磁振動アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-149845(P2015-149845A)

(43)【公開日】2015年8月20日

(54)【発明の名称】電磁振動アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 33/02 20060101AFI20150724BHJP

   B06B 1/04 20060101ALI20150724BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20150724BHJP

【ＦＩ】

   H02K33/02 A

   B06B1/04 Z

   G02B26/10 104Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-21874(P2014-21874)

(22)【出願日】2014年2月7日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、独立行政法人科学技術振興機構、研究成果最適展開支援事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(72)【発明者】

【氏名】卜 穎剛

(72)【発明者】

【氏名】水野 勉

【テーマコード（参考）】

2H045

5D107

5H633

【Ｆターム（参考）】

2H045AB01

2H045AB13

2H045AB38

2H045AB62

5D107AA02

5D107CC09

5D107CC12

5D107DD03

5D107DD12

5D107DE01

5H633BB03

5H633GG02

5H633GG09

5H633GG17

5H633HH03

5H633HH13

5H633HH14

5H633JA02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】駆動時の磁気減衰を低減させ、高速振動を可能にして、省エネルギー化、高効率化を図ることを可能にする電磁振動アクチュエータを提供する。
【解決手段】第１のバネ１０を介して固定支持部に連繋して支持される第１の可動部２０と、第２のバネ１２を介して第１の可動部２０に連繋して支持される第２の可動部２２と、第１の可動部２０を往復駆動する、固定支持部に支持された駆動部３０とを備え、第１の可動部２０及び第２の可動部２２、第１のバネ１０及び第２のバネ１２は、第２の可動部２２の共振周波数f₂が、第１の可動部２０の共振周波数f₁を上回る条件に設定され、駆動部３０は、第２の可動部２２の共振周波数f₂を駆動周波数として、第１の可動部２０を駆動し、第２の可動部を出力側として用いる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のバネに連繋して支持される第１の可動部と、
第２のバネを介して前記第１の可動部に連繋して支持される第２の可動部と、
前記第１の可動部を往復駆動する駆動部とを備え、
前記第１の可動部及び第２の可動部、前記第１のバネ及び第２のバネは、前記第２の可動部の共振周波数f₂が、前記第１の可動部の共振周波数f₁を上回る条件に設定され、
前記駆動部は、前記第２の可動部の共振周波数f₂を駆動周波数として、前記第１の可動部を駆動し、前記第２の可動部を出力側として用いることを特徴とする電磁振動アクチュエータ。

【請求項2】

前記第１の可動部の減衰定数をC₁、第２の可動部の減衰定数をC₂とするとき、前記減衰定数C₁を前記減衰定数C₂よりも大とすることを特徴とする請求項１記載の電磁振動アクチュエータ。

【請求項3】

前記第１の可動部は永久磁石を備え、
前記駆動部は、前記永久磁石との間で電磁力を作用させるコイルとヨークとを備えることを特徴とする請求項１または２記載の電磁振動アクチュエータ。

【請求項4】

前記第１の可動部と第２の可動部は、第１の可動部の振動方向に直列に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電磁振動アクチュエータ。

【請求項5】

前記第２の可動部は、前記第１の可動部に設けられた収容部に収容され、
前記第１の可動部と第２の可動部は、第１の可動部の振動方向に並列に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電磁振動アクチュエータ。

【請求項6】

前記収容部は、前記第１の可動部を振動方向に貫通して設けられていることを特徴とする請求項５記載の電磁振動アクチュエータ。

【請求項7】

前記第１の可動部は、複数のブロックに分割して設けられた可動部を、前記第２のバネを介して一体的に連結して構成されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項記載の電磁振動アクチュエータ。

【請求項8】

請求項１記載の電磁振動アクチュエータを利用した光スキャナ用振動アクチュエータであって、
前記第２の可動部が、光を反射するミラー部として構成され、
前記第２のバネが、バネを回転支持軸として前記ミラー部を往復回転するねじりバネとして構成されていることを特徴とする電磁振動アクチュエータ。

【請求項9】

前記第１の可動部及び第２の可動部と、前記第１のバネ及び第２のバネと、前記駆動部を支持する支持枠とが、弾性を備える平板材料からなる平面構造体を基材として形成され、
前記第１の可動部は、前記支持枠に連繋する第１の支持片部を支持軸として往復回転可能に設けられ、
前記第２の可動部は前記第１の可動部に連繋する第２の支持片部を支持軸として往復回転可能に設けられていることを特徴とする請求項８記載の電磁振動アクチュエータ。

【請求項10】

前記第１の支持片部と前記第２の支持片部とが、一直線上に配置されていることを特徴とする請求項９記載の電磁振動アクチュエータ。

【請求項11】

前記第１の可動部を構成する基材に永久磁石が取り付けられ、
前記支持枠に前記駆動部のコイルとヨークとが取り付けられていることを特徴とする請求項１０記載の電磁振動アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電磁振動アクチュエータに関し、より詳細にはデュアル共振系を備える電磁振動アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

図９は、電磁式リニア振動アクチュエータ（Lineａr Oscillａtory Ａctuａtor:LOＡ）の基本構造を示す。この振動アクチュエータは、コイル２ａと磁性ヨーク２ｂとを備える駆動部２と、バネ３により駆動部２に対して可動に支持された可動部４とを備える。可動部４には永久磁石５が固定され、エアギャップを介して永久磁石５と駆動部２のコイル２ａとが対向して配置される。
駆動部２のコイル２ａに交流電流を通電することにより、電磁力の作用によって可動部４がバネ３の伸縮方向に振動駆動され、駆動部２の駆動周波数を共振周波数に設定することにより、可動部４が振動駆動される。バネ３のばね定数K₁は共振周波数に関わり、減衰定数C₁は振幅に関わる。

【0003】

図９に示す電磁振動アクチュエータにおいては、可動部４が振動駆動される際に、駆動部２と可動部４とのエアギャップに磁束の変化が生じ、磁性ヨーク２ｂと永久磁石５に渦電流が発生し磁気減衰が発生する。この磁気減衰の作用は、機械バネの減衰と比較して非常に大きく、振動周波数と振幅の増加とともに顕著になる。図１０は、磁気減衰がある場合と無い場合の振動特性を示す。図９に示す振動アクチュエータでは、この磁気減衰の作用により、通常10〜100Hz程度を駆動周波数として使用されており、数百または数千Hzでの高速かつ大振幅での駆動は困難である。

【0004】

本発明者は電磁式リニア振動アクチュエータに関わる技術として、共振周波数以外の周波数による高効率での駆動を可能にする制御方法（特許文献１）、振動アクチュエータを光走査装置に適用した例（特許文献２）について提案している。また、リニア振動アクチュエータにおける可動部の慣性力に起因する振動を抑制する例として、図９に示した可動部４とは別に振幅を抑制する可動部を設け、２つの可動部を逆位相で駆動して慣性力による振動を抑制する例が報告されている（特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−２５９４０９号公報

【特許文献2】特開２０１２−１５７８０２号公報

【特許文献3】特開２００２−１９９６８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した２つの可動部をバネにより連繋した構成を備える電磁振動アクチュエータは従来から知られている。しかしながら、この２つの可動部を備える従来の電磁振動アクチュエータは、慣性力を相殺したりする目的から、２つの可動部の共振周波数を相互に近似した周波数になるようにして使用するものであって、駆動部における磁気減衰を抑制したり、大振幅で高速振動を可能とさせることを目的とするものではない。
本発明は、従来の電磁振動アクチュエータとは異なる新たな駆動方式を提案するものであり、駆動時の磁気減衰による鉄損を抑制し、産業機器の省エネルギー化、高効率化及び高速振動を図ることを可能にする電磁振動アクチュエータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る電磁振動アクチュエータは、第１のバネに連繋して支持される第１の可動部と、第２のバネを介して前記第１の可動部に連繋して支持される第２の可動部と、前記第１の可動部を往復駆動する駆動部とを備え、前記第１の可動部及び第２の可動部、前記第１のバネ及び第２のバネは、前記第２の可動部の共振周波数f₂が、前記第１の可動部の共振周波数f₁を上回る条件に設定され、前記駆動部は、前記第２の可動部の共振周波数f₂を駆動周波数として、前記第１の可動部を駆動し、前記第２の可動部を出力側として用いることを特徴とする。
なお、第１の可動部と第２の可動部は可動部として使用するから、通常は、バネの一端側と駆動部は装置のケースや機枠等の固定支持部に支持する。ただし、可動部と駆動部とは相互作用であるから、可動部を固定側とし、駆動部を可動側として使用することも可能である。

【0008】

第１の可動部を電磁的に振動駆動する際の磁気減衰をできるだけ抑えるには、振動駆動時（駆動周波数f₂）における第１の可動部の振幅をできるだけ抑える必要がある。そのためには、第１の可動部の共振周波数f₁と第２の可動部の共振周波数f₂が大きく離れていなければならない。ただし、第２の可動部は第１の可動部の振動が第２のバネを介して第２の可動部に伝達されて振動駆動されるから、第１の可動部もある程度の振幅で振動する必要がある。
実際は、用途に応じて、第１の可動部と第２の可動部の振幅を調節することになるが、磁気減衰を抑え、かつ効果的に第２の可動部を駆動する条件としては、可動部の振幅を規定する減衰定数に基づき、第１の可動部の減衰定数をC₁、第２の可動部の減衰定数をC₂とするとき、減衰定数C₁を減衰定数C₂よりも大きくすればよい。

【0009】

第１の可動部と駆動部との間で電磁力を作用させるため、第１の可動部は永久磁石を備え、駆動部は、永久磁石との間で電磁力を作用させるコイルとヨークとを備える構成とする。コイルに交流電流あるいは交流パルス電流を通電することにより、第１の可動部が往復振動し、第２のバネを介して第１の可動部に連繋する第２の可動部が往復振動する。

【0010】

第１の可動部と第２の可動部とは、第１の可動部と第２の可動部が、第１の可動部の振動方向に直列となる空間配置とすることもできるし、第２の可動部が、第１の可動部に設けられた収容部に収容され、第１の可動部と第２の可動部は、第１の可動部の振動方向に並列となる空間配置にすることもできる。第２の可動部が、第１の可動部に設けられた収容部に収容されるという意味は、第１の可動部と第２の可動部とが並列に配置されるように、第１の可動部に第２の可動部を収容するための空間が設けられ、この空間内に第２の可動部が、振動方向に可動に収容されるという意味である。

【0011】

第１の可動部と第２の可動部とを並列に配置する場合、第１の可動部に設ける第２の可動部を収容するための収容部は、第１の可動部の内部に設けることも可能であるし、第１の可動部を振動方向に貫通する空間として設けることも可能である。いずれの場合も、第２の可動部は第２のバネを介して第１の可動部に連繋して配置する。第２のバネにより第２の可動部を支持する方法は適宜設定できる。
また、第１の可動部は単体として形成するものとは限らない。たとえば、複数のブロックに分割した可動部を、第２のバネを介して一体的に連結して第２の可動部を収容する収容部を設け、第２のバネにより第２の可動部を支持する構成とすることもできる。

【0012】

前記電磁振動アクチュエータは、第２の可動部を、光を反射するミラー部として構成し、第２のバネが、バネ自体を回転支持軸としてミラー部を往復回転するねじりバネとして構成することにより光スキャナ用振動アクチュエータとして利用することができる。
また、第１の可動部及び第２の可動部と、第１のバネ及び第２のバネと、駆動部を支持する支持枠とが、弾性を備える平板材料からなる平面構造体を基材として形成し、第１の可動部は、支持枠に連繋する第１の支持片部を支持軸として往復回転可能に設け、第２の可動部は第１の可動部に連繋する第２の支持片部を支持軸として往復回転可能に設けることにより、平板構造を備える光スキャナ用振動アクチュエータとなる。
また、第１の可動部を構成する基材に永久磁石を取り付け、支持枠に駆動部のコイルとヨークとを取り付けることにより、平板構造を維持した、高速振動が可能な電磁振動アクチュエータとして構成することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、第１の可動部を小振幅に抑えて、かつ第２の可動部を大振幅で高速振動させることができ、磁気減衰を効果的に抑制した、小電力で高速動作を可能にする電磁振動アクチュエータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】電磁振動アクチュエータの基本構造を示す図である。

【図2】第１の可動部と第２の可動部の振幅−周波数特性を示すグラフである。

【図3】電磁振動アクチュエータの設計例を示す図である。

【図4】板バネの平面図である。

【図5】光スキャナ用振動アクチュエータの従来の構成を示す図である。

【図6】光スキャナ用振動アクチュエータの平面図である。

【図7】図６におけるＡ-Ａ線断面図である。

【図8】図６に示す光スキャナ用振動アクチュエータの試作例について、第１の可動部と第２の可動部の振幅−周波数特性を測定した結果を示すグラフである。

【図9】電磁式リニア振動アクチュエータの基本構造を示す図である。

【図10】磁気減衰がある場合と無い場合の振幅−周波数特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（電磁振動アクチュエータの基本構造）
図１は、デュアル共振系を備える電磁リニア振動アクチュエータの基本構造を示す。図１に示す電磁振動アクチュエータは、第１のバネ１０を介して固定支持部に連繋して支持される第１の可動部２０と、第２のバネ１２を介して第１の可動部２０に連繋支持される第２の可動部２２と、第１の可動部２０を往復駆動する駆動部３０とを備える。
駆動部３０は、第１の可動部２０との電磁作用により第１の可動部２０を往復駆動（振動駆動、リニア駆動）するものであり、駆動部３０はコイル３１とヨーク３２とを備え、第１の駆動部２０はコイル３１に対向する位置に永久磁石２１を備える。

【0016】

図１に示す実施形態の駆動部３０は、リング状のコイル３１の外周にヨーク３２を配し、コイル３１の内側領域にエアギャップを設けて第１の可動部２０を配している。永久磁石２１は第１の可動部２０の外側面に固定し、永久磁石２１とコイル３１とが対向する配置となる。なお、駆動部３０と第１の可動部２０の平面形状及び寸法、第１の可動部２０に設ける永久磁石２１の平面配置、配置数等は適宜設定することができる。図１に示す実施形態では、駆動部３０の平面形状を円環状とし、第１の可動部２０の平面形状を円形とし、円弧状に形成した一対の永久磁石２１、２１を第１の可動部２０に埋設している。
なお、第１のバネ１０の一端側と駆動部３０は、アクチュエータを収容するケースあるいは機枠等の固定支持部に固定する。

【0017】

図１に示すように、第１のバネ１０のばね定数をK₁、可動部の減衰定数をC₁とし、第２のバネ１２のばね定数をK₂、可動部の減衰定数をC₂とする。ばね定数K₁、K₂は共振周波数に関わり、減衰定数C₁、C₂は振動時の振幅に関わる。なお、減衰定数C₁については、機械ばねの減衰成分以外に、永久磁石とヨークに磁気減衰が発生するため、C₁＞C₂となる。
本実施形態においては、第１の可動部２０と第２の可動部２２は、第１のバネ１０と第２のバネ１２を介して空間的に直列に連結されている。第１の可動部２０と第２の可動部２２は直列に配置する他に、空間的に並列に配置する構成とすることも可能であり、図１に示す配置に限定されるものではない。

【0018】

図１に示す電磁振動アクチュエータは、第２のバネ１２を介して第１の可動部２０と第２の可動部２２が相互に連繋した構成を備える。したがって、駆動部３０のコイル３１に交流電流を流すと、駆動部３０と第１の可動部２０との間で生じる電磁力の作用により第１の可動部２０が振動駆動され、この第１の可動部２０の振動が第２のバネ１２を介して第２の可動部２２に伝達されて第２の可動部２２が振動駆動される。

【0019】

この構成によれば、駆動部３０によって第１の可動部２０を振動駆動する周波数（駆動周波数）を、第２の可動部２２の共振周波数f₂に設定すれば、機械的な共振により第２の可動部２２を大振幅で振動駆動することができる。この場合に、第１の可動部２０の共振周波数f₁が、第２の可動部２２の共振周波数f₂と大きく隔たっていれば、第１の可動部２０は共振せず、第１の可動部２０は小さい振幅で振動することになる。すなわち、第１の可動部２０の共振周波数f₁を、第２の可動部２２の共振周波数f₂から大きく隔たった周波数に設定しておけば、第１の可動部２０を小さい振幅で振動させ、かつ第２の可動部２２を大振幅で振動させることができる。

【0020】

図２に、第１の可動部２０と第２の可動部２２の振幅−周波数特性を例示する。この振幅−周波数特性は、第１の可動部２０の共振周波数f₁が第２の可動部２２の共振周波数f₂よりも小さく、共振周波数f₁と共振周波数f₂が隔たった周波数となるように、第１のバネ１０及び第２のバネ１２のばね定数や減衰定数、第１の可動部２０及び第２の可動部２２の質量を設定した場合である。
第１の可動部２０と第２の可動部２２の振幅−周波数特性を図２に示すような設定条件とすれば、上述したように、駆動部３０の駆動周波数を第２の可動部２２の共振周波数f₂に一致させることで、第１の可動部２０をきわめて小さな振幅で振動させながら、第２の可動部２２を共振周波数f₂で共振させることができる。共振周波数f₂における第１の可動部２０の振幅は、共振周波数f₁の曲線が裾を引いた位置に相当し、十分に小さくなることがわかる。

【0021】

共振周波数f₂における第２の可動部２２の振幅と、第１の可動部２０の振幅は、減衰定数C₁とC₂の比に依存する。駆動時における第１の可動部２０と第２の可動部２２の振幅の比をどの程度とするかは、用途に応じて、適宜設定すればよいが、第１の可動部２０の振幅を第２の可動部２２の振幅の1/50程度とすれば、顕著な作用効果が得られる。可動部の振幅は減衰定数C₁とC₂に関わるから、この条件を減衰定数で表すと、C₁がC₂の10倍程度以上、となる。

【0022】

図２に示すグラフは、共振周波数f₂における第２の可動部２２の振幅と、共振周波数f₁における第１の可動部２０の振幅を比較すると、共振周波数f₂における第２の可動部２２の振幅が、共振周波数f₁における第１の可動部２０の振幅を大きく上回ることを示している。これは、第１の可動部２０が共振周波数f₁において共振するときには、第１の可動部２０の振幅が必然的に大きくなり、従来技術における課題である磁気減衰によって振幅を抑制する作用が避けられないのに対して、第２の可動部２２の動作には磁気減衰による影響が排除されていることによる。

【0023】

本実施形態の電磁振動アクチュエータによれば、第１の可動部２０については小振幅で振動駆動することにより、磁気減衰の影響を抑えて効率的に振動駆動することができ、第２の可動部２２については、磁気減衰の影響を排除することにより、大振幅の高速振動を可能にすることができる。第２の可動部２２を出力側とすることにより、本発明に係る電磁振動アクチュエータによれば、従来の電磁振動アクチュエータにおいては、100Hz程度が工業的に利用できる上限であった振動周波数を、数100Hz〜数ｋHzまで拡大することができ、大振幅の高速振動と、効率的な駆動が可能な電磁振動アクチュエータとして提供することができる。

【0024】

（電磁振動アクチュエータの他の構成例）
図３は、本発明に係る電磁振動アクチュエータの他の構成例を示す。
図３に示す電磁振動アクチュエータは、ブロック状に形成した２つの可動部２０ａ、２０ｂの上面と下面とにそれぞれ板バネ１４を掛け渡すように固定して、可動部２０ａ、２０ｂを一体化して第１の可動部２０とし、板バネ１４に第２の可動部２２を取り付けた構成としたものである。
第２の可動部２２は、２つの可動部２０ａ、２０ｂに掛け渡した板バネ１４の中央に、第１の可動部２０の振動方向を長手方向とし、上端と下端とを板バネ１４からそれぞれ突出させた配置として取り付けられている。

【0025】

２つの可動部２０ａ、２０ｂに板バネ１４を掛け渡し、板バネ１４によって第２の可動部２２を支持する構成としている理由は、第１の可動部２０と第２の可動部２２を空間的に並列に配置し、可動部全体をコンパクトに構成するためである。２つの可動部２０ａ、２０ｂを板バネ１４により連結することにより、第２の可動部２２を収容する収容部（収容空間）を第１の可動部２０に形成することができ、第１の可動部２０と第２の可動部２２が並列に配置される。

【0026】

図４に板バネ１４の構成例を示す。この板バネ１４は、第２の可動部２２を支持するためのリング状の係止部１４ａと、係止部１４ａに一体に連結された取り付け部１４ｂ、１４ｂとからなる。取り付け部１４ｂ、１４ｂは平面形状がＤ字形に形成され、係止部１４ａを挟んで、対称配置に設けられている。実施形態の板バネ１４に透孔を設けているのは、所要の弾性を確保するためであるが、板バネ１４の形状が限定されるものではない。
取付け部１４ｂ、１４ｂの端片部分が可動部２０ａ、２０ｂへの取り付け部である。第２の可動部２２は、板バネ１４とが交差する部位で第２の可動部２２の外周側面と板バネ１４とを係止させて固定する。

【0027】

可動部２０ａ、２０ｂはそれぞれバネ１０ａ、１０ｂを介して、ケースあるいは機枠等の支持体に支持する。本実施形態においては、２つのバネ１０ａ、１０ｂが図１に示した第１のバネ１０に相当する。
駆動部３０は、第１の可動部２０に取り付けた永久磁石２１に対向してコイル３１を配置し、アクチュエータのケースあるいは機枠に固定する。コイル３１に交流電流を流すことにより、第１の可動部２０が振動駆動され、第２のバネ１２に相当する板バネ１４を介して、第１の可動部２０の振動が第２の可動部２２に伝達され、第２の可動部２２が振動駆動される。

【0028】

本実施形態の電磁振動アクチュエータにおいても、図１に示した電磁振動アクチュエータと同様に、駆動部３０の駆動周波数を第２の可動部２２の共振周波数f₂に設定する一方、可動部２０ａ、２０ｂからなる第１の可動部２０の共振周波数f₁を第２の可動部２２の共振周波数f₂から大きく隔たった周波数に設定することにより、第１の可動部２０については小振幅で振動させ、磁気減衰を十分に小さく抑えながら、第２の可動部２２を大振幅で、高速振動させることができる。

【0029】

本実施形態の電磁振動アクチュエータでは、第１の可動部２０と第２の可動部２２とを空間的に並列配置にするため、第１の可動部２０に第２の可動部２２を収容する収容部（収容空間）を設けている。第２の可動部２２を可動に収容する収容部を設ける方法としては、図２に示した例に限らず、３個以上のブロック状に形成した可動部をバネで連結して第１の可動部２０に収容空間を設ける方法、第１の可動部をリング状として振動方向に貫通する収容空間を設ける方法、第１の可動部２０を厚い円板状として円板の内部に収容空間を設ける方法等が可能である。
本実施形態の電磁振動アクチュエータによれば、アクチュエータ全体を小型化することができ、各種装置に容易に組み込んで使用することが可能である。

【0030】

（光スキャナ用振動アクチュエータへの応用）
上述した電磁振動アクチュエータを光スキャナ用振動アクチュエータに利用する例について説明する。
光スキャナ用振動アクチュエータはレーザーディスプレイやレーザ式バーコードリーダなどのレーザ光源を走査する装置に利用されている。
図５は、光スキャナ用振動アクチュエータの従来の構成例である（特許文献２）。この光スキャナ用振動アクチュエータは、可動部４０として、ミラー４１、ねじりバネ４２、永久磁石４３を備え、可動部４０を駆動する駆動部５０としてコイル５１とヨーク５２とを備える。
可動部４０はねじりバネ４２を回転支持軸として、平面内において往復回転するように構成され、可動部４０のコイル５１に交流パルス電流を通電させることにより、永久磁石４３に作用する電磁力と、ねじりバネ４２のねじりにより生じる弾性力（復元力）とのバランスにより、ミラー４１が所定の角度範囲にわたり往復回転駆動（振動駆動）される。

【0031】

レーザーディスプレイや高速バーコードリーダなどの光スキャナでは、周波数3ｋHz以上で、50度以上の走査角度が必要である。図５に示した振動アクチュエータでは、ミラー４１と永久磁石４３が可動部４０にあるため、ミラー４１の回転角度が大きくなると、永久磁石４３の振幅も大きくなる。そのため、永久磁石４３とヨーク５２との間に渦電流に起因する磁気減衰が発生し、この磁気減衰の作用は振動周波数が増大するとともに顕著となり、3kHz以上の高周波数での駆動は、消費電力が極めて増加するため、駆動が困難となる。永久磁石とヨークに生じる渦電流の作用による磁気減衰の作用は、図１０に示した磁気減衰の作用と同一である。

【0032】

図６、７は、3kHz以上の高周波数での駆動を可能にする光スキャナ用振動アクチュエータの構成例を示す。図６は光スキャナ用振動アクチュエータの平面図、図７は図６におけるＡ-Ａ線断面図である。
本実施形態の光スキャナ用振動アクチュエータは、図１に示した電磁振動アクチュエータと同様の構成を備え、バネを介して相互に連繋支持された第１の可動部２０及び第２の可動部２２と、第１の可動部２０を介して第２の可動部２２を振動駆動する駆動部３０を備える。

【0033】

駆動部３０は、平面形状が矩形枠状に形成された支持枠１５と、支持枠１５の内周に沿って巻回して設けたコイル３１と、支持枠１５の対向する２つの枠部１５ａ、１５ｂ上にそれぞれ固定したヨーク３２、３２からなる。駆動部３０は、支持枠１５をアクチュエータのケースあるいは機枠等の固定支持部に取り付けることにより固定される。

【0034】

駆動部３０により振動駆動される第１の可動部２０は、支持枠１５によって囲まれた内側領域に配置された平面形状がリング状の環状支持片部１６と、環状支持片部１６上でヨーク３２、３２と対向する位置に取り付けられた永久磁石２１、２１からなる。
環状支持片部１６は、支持枠１５のヨーク３２、３２が取り付けられていない側の対向する２つの枠部１５ｃ、１５ｄから延出する２つの第１の支持片部１７ａ、１７ｂを介して支持される。第１の支持片部１７ａ、１７ｂは所要の弾性を備えるように設計され、環状支持片部１６自体が備える弾性と合わせて、第１の可動部２０は支持枠１５に弾性的に支持される。この場合、支持枠１５は駆動部３０と第１の可動部２０の共通の固定支持部となっている。

【0035】

第２の可動部２２は、環状支持片部１６のさらに内側領域に配置された円形のミラー部１８である。ミラー部１８は、環状支持片部１６から延出する第２の支持片部１９ａ、１９ｂを介して連結されている。
第２の支持片部１９ａ、１９ｂも弾性を備えるように設計され、ミラー部１８は第２の支持片部１９ａ、１９ｂを介して弾性的に可動に支持される。第２の支持片部１９ａ、１９ｂは、図１における第２のバネ１２に相当する。
ミラー部１８は、レーザ光を反射する作用をなす部位である。ミラー部１８は、基材表面にめっき等を施して鏡面とすることができ、別部材のミラーを基材上に装着してミラー部１８とすることもできる。

【0036】

ステンレス等の平板状の素材に機械加工あるいは化学的加工（エッチング加工）を施して、支持枠１５、環状支持片部１６、第１の支持片部１７ａ、１７ｂ、第２の支持片部１９ａ、１９ｂ、ミラー部１８の各部を形成することができる。また、基材の所要位置にコイル３１、ヨーク３２、永久磁石２１を配置して、第１の可動部２０、第２の可動部２２、駆動部３０を構成することにより、全体を平面構造体として形成することができる。
第１の支持片部１７ａ、１７ｂ、及び第２の支持片部１９ａ、１９ｂは、第１の可動部２０（環状支持片部１６、永久磁石２１）と第２の可動部２２（ミラー部１８）を弾性的に支持するバネの機能を付与したものであり、ねじりバネとして作用する。これらのバネ性を備える支持片部は基材の材質や厚さによって、ばね定数等が適宜設定される。

【0037】

なお、第１の支持片部１７ａ、１７ｂと、第２の支持片部１９ａ、１９ｂは、２つの枠部１５ｃ、１５ｄのそれぞれの中点位置を結ぶ一直線上に、それぞれの長手方向を一致させて配置する。このように、第１の支持片部１７ａ、１７ｂと第２の支持片部１９ａ、１９ｂを直列に配置したことにより、環状支持片部１６とミラー部１８は、第１の支持片部１７ａ、１７ｂと第２の支持片部１９ａ、１９ｂが支持軸となって振動駆動される。すなわち、第１の支持片部１７ａ、１７ｂと第２の支持片部１９ａ、１９ｂは、振動駆動時にねじりバネとして作用し、駆動部３０により可動部に電磁力が作用した際に、ねじりバネの釣合位置まで第１の可動部２０と第２の可動部２２が回転する。

【0038】

図７は、駆動部３０のコイル３１に交流パルス電流を作用させることにより、第１の可動部２０の永久磁石３１に電磁力が作用し、第１の可動部２０が第１のバネ１０に相当する第１の支持片部１７ａ、１７ｂを支持軸として往復回転し、第２の可動部２２であるミラー部１８が、第２のバネ１２に相当する第２の支持片部１９ａ、１９ｂを支持軸として往復回転することを示している。

【0039】

図６、７に示す光スキャナ用振動アクチュエータの基本的な構造は、図１に示した電磁振動アクチュエータの構成とまったく同様である。すなわち、図６、７に示す電磁振動アクチュエータを使用すれば、第２の可動部２２に相当するミラー部１８は、磁気減衰の作用をまったく受けることなく往復回転（振動）することができる。この光スキャナ用振動アクチュエータによれば、図５に示した従来の光スキャナ用振動アクチュエータとくらべて、はるかに高速の往復回転（振動）と、大振幅の往復回転が可能になる。

【0040】

図８は、図６に示す構成を備える光スキャナ用振動アクチュエータを試作し、駆動周波数に対する走査角振幅について測定した例を示す。走査角振幅θ₁は、第１の可動部２０が振動するときの振幅、走査角振幅θ₂は第２の可動部２２（ミラー部１８）が振動するときの振幅に相当する。第２の可動部２２の共振周波数f₀₂＝4634Hzでは、θ₁＝0.04度、θ₂＝2.2度となり、振幅の比は55倍となった。すなわち、第２の可動部２２の共振周波数において、第１の可動部２０はきわめて小振幅で駆動されることが確認できた。

【0041】

上述した説明においては、説明上、第１の支持片部１７ａ、１７ｂが図１の電磁振動アクチュエータの第１のバネ１０に相当し、第２の支持片部１９ａ、１９ｂが第２のバネ１２に相当するとしたが、第１の支持片部１７ａ、１７ｂ、環状支持片部１６、第２の支持片部１９ａ、１９ｂ、ミラー部１８は相互に弾性的に連結され、各部位自体も弾性を有している。したがって、図１の電磁振動アクチュエータにおける第１のバネ１０に相当する部位と第２のバネ１２に相当する部位を、支持片部の部位ごとに分離して規定することは実際には正確でない。
しかしながら、本実施形態の光スキャナ用振動アクチュエータが、図１に示した電磁振動アクチュエータと同様に、弾性的に連繋して支持された第１の可動部２０と、弾性的に相互に連繋して支持された第１の可動部２０と第２の可動部２２とを備えることは明らかであり、本実施形態の光スキャナ用振動アクチュエータは、図１に示した電磁振動アクチュエータと同様の作用をなす。

【0042】

本実施形態の光スキャナ用振動アクチュエータは、第１の支持片部１７ａ、１７ｂや第２の支持片部１９ａ、１９ｂ等の弾性を適宜設計することにより、振動周波数や回転角といった、光スキャナ用振動アクチュエータに求められる特性に応じて設計することが可能である。
また、本実施形態の光スキャナ用振動アクチュエータは、薄型の平板部材を使用して形成することにより、薄型でかつ小型のアクチュエータとして形成することができ、支持片部等の各部を任意の形状および寸法に形成することができるから、用途に応じた設計が容易に可能であり、量産も容易である等の種々の利点を有する。
また、本実施形態は、光スキャナ用振動アクチュエータとして構成した例であるが、本実施形態のアクチュエータは、光スキャナ用とする他に、大きな角度範囲での高速振動が求められるアクチュエータとして利用することが可能である。

【符号の説明】

【0043】

２ 駆動部
４ 可動部
１０ 第１のバネ
１２ 第２のバネ
１４ 板バネ
１４ａ 係止部
１４ｂ 取り付け部
１５ 支持枠
１５ａ、１５ｂ 枠部
１６ 環状支持片部
１７ａ、１７ｂ 第１の支持片部
１８ ミラー部
１９ａ、１９ｂ 第２の支持片部
２０ 第１の可動部
２０ａ、２０ｂ 可動部
２１ 永久磁石
２２ 第２の可動部
３１ コイル
３２ ヨーク
４０ 可動部
４１ ミラー
４２ ねじりバネ
５０ 駆動部
５２ ヨーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】