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(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】P2024020805
(43)【公開日】2024-02-15
(54)【発明の名称】回転往復駆動アクチュエーター
(51)【国際特許分類】
   H02K 33/16 20060101AFI20240207BHJP
   G02B 26/10 20060101ALN20240207BHJP
【FI】
H02K33/16 B
G02B26/10 104Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022123269
(22)【出願日】2022-08-02
(71)【出願人】
【識別番号】000006220
【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】加賀美 雅春
(72)【発明者】
【氏名】北村 泰隆
(72)【発明者】
【氏名】高橋 勇樹
(72)【発明者】
【氏名】大塚 裕樹
(72)【発明者】
【氏名】正本 佳
【テーマコード(参考)】
2H045
5H633
【Fターム(参考)】
2H045AB16
2H045AB34
2H045AB38
2H045AB44
2H045AB62
2H045AB72
5H633BB08
5H633BB15
5H633GG02
5H633GG04
5H633GG07
5H633GG10
5H633GG11
5H633GG26
5H633HH03
5H633HH06
5H633JA09
5H633JB05
(57)【要約】
【課題】高い組み立て精度を確保して安定して駆動する構造を有しつつ、組み立て時間の短縮化を図ること。
【解決手段】一端部側で可動対象物が接続され、他端部側でマグネットが固定される軸部を有する可動体と、可動対象物を挟むように配置される一対の壁部を有し、軸部の他端部側を一対の壁部のうちの一壁部から突出させた状態で、一対の壁部で軸部を回転自在に支持するベース部と、を有する本体ユニットと、マグネットを挟むようにマグネットの外周に対向する複数の磁極を有するコア体、コア体に巻回され、マグネットと相互作用する磁束を通電により発生して可動体を往復回転させるコイル体、及び、マグネットとの間に磁気吸引力を発生して往復回転の基準位置を規定するマグネット位置保持部を有するコア組立体と、コア組立体の一端部側に一体的に設けられ、開口部に軸部が挿通されマグネットがコア組立体内に配置した状態で一壁部に取り付けられる接続面部とを備える。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一端部側で可動対象物が接続され、他端部側でマグネットが固定される軸部を有する可動体と、前記可動対象物を挟むように配置される一対の壁部を有し、前記軸部の他端部側を前記一対の壁部のうちの一壁部から突出させた状態で、前記一対の壁部で前記軸部を回転自在に支持するベース部と、を有する本体ユニットと、
前記マグネットを挟むように前記マグネットの外周に対向する複数の磁極を有するコア体、前記コア体に巻回され、前記マグネットと相互作用する磁束を通電により発生して前記可動体を往復回転させるコイル体、及び、前記マグネットとの間に磁気吸引力を発生して前記往復回転の基準位置を規定するマグネット位置保持部を有するコア組立体と、
前記コア組立体の前記一端部側に一体的に設けられ、開口部に前記軸部が挿通され前記マグネットが前記コア組立体内に配置した状態で前記一壁部に取り付けられる接続面部と、
を備える、
回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項2】
前記複数の磁極の極数は2極である、
請求項1記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項3】
前記接続面部と、前記一壁部とは、前記軸部の軸方向に沿う方向で双方を止着する止着部材を介して、組み付けられている、
請求項1記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項4】
前記接続面部は、前記一壁部の被係合部に、軸方向で係合して位置決めする位置決め係合部を有する、
請求項1記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項5】
前記位置決め係合部及び前記被係合部は、前記軸部の軸部及び前記開口部と同軸を有し、軸方向で互いに係合する環状の凸状部及び環状の凹状部を有する、
請求項4記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項6】
前記接続面部は、前記コア組立体側に突設され、前記コア組立体内で前記コア体を保持するコア保持用突起を有する、
請求項1記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項7】
前記軸部の回転を検出する角度センサー部が配置されるセンサー配置部を有し、
前記センサー配置部は、前記コア組立体に対して、軸方向で前記接続面部の反対側に、前記コア組立体を覆うように配置され、
前記コア組立体は、前記センサー配置部と前記接続面部により挟持されネジ締結で固定されている、
請求項1記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項8】
前記可動対象物は、走査光を反射するミラーである、
請求項1記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転往復駆動アクチュエーターに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、複合機、レーザービームプリンタ等の光走査装置に使用されるアクチュエーターとして、回転往復駆動アクチュエーターが使用されている。具体的には、回転往復駆動アクチュエーターは、スキャナーのミラーを往復回転させることで、レーザー光の反射角度を変更して対象物に対する光走査を実現する。
【0003】
この種の回転往復駆動アクチュエーターとしてガルバノモーターを用いたものが、特許文献1に開示されている。ガルバノモーターとしては、特許文献1に開示された構造のタイプのものや、コイルをミラーに取り付けたコイル可動タイプの他、様々なタイプのものが知られている。
【0004】
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ムスキャナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第4727509号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献1のビームスキャナでは、固定ベースから離間して立ち上がり対向する一対の壁状の軸受けホルダー間に回動自在に架設された回転軸ミラーが取り付けられている。このミラーの裏面には、永久磁石及びコアを有する磁気回路が配置されている。
【0007】
このように、回転軸を介して支持されるミラーの裏面に磁気回路が配置されているので、精度の高い組み立てが必要な磁気回路を組み立てる場合、磁気回路の組み立てと、回転軸を介したミラーの支持構造の組み立てと同時に行うことは困難である。よって、これらの組立作業を順に行う必要があり、回転往復駆動アクチュエーターの組立作業時間の短縮化が望まれている。
【0008】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、高い組み立て精度を確保し安定して駆動する構造を有しつつ、組み立て時間の短縮化を図ることができる回転往復駆動アクチュエーターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の回転往復駆動アクチュエーターの一つの態様は、
一端部側で可動対象物が接続され、他端部側でマグネットが固定される軸部を有する可動体と、前記可動対象物を挟むように配置される一対の壁部を有し、前記軸部の他端部側を前記一対の壁部のうちの一壁部から突出させた状態で、前記一対の壁部で前記軸部を回転自在に支持するベース部と、を有する本体ユニットと、
前記マグネットを挟むように前記マグネットの外周に対向する複数の磁極を有するコア体、前記コア体に巻回され、前記マグネットと相互作用する磁束を通電により発生して前記可動体を往復回転させるコイル体、及び、前記マグネットとの間に磁気吸引力を発生して前記往復回転の基準位置を規定するマグネット位置保持部を有するコア組立体と、
前記コア組立体の前記一端部側に一体的に設けられ、開口部に前記軸部が挿通され前記マグネットが前記コア組立体内に配置した状態で前記一壁部に取り付けられる接続面部と、
を備える構成を採る。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、高い組み立て精度を確保し安定して駆動する構造を有しつつ、組み立て時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明に係る実施の形態1の回転往復駆動アクチュエーターの外観斜視図。
図2】同回転往復駆動アクチュエーターの軸心を通る縦断面図。
図3図2において、駆動ユニットの正面側端面から左側の部材を外したA-A線部分の端面図。
図4】同回転往復駆動アクチュエーターの分解斜視図。
図5】本体ユニットから駆動ユニットを外した状態の正面側斜視図。
図6】本体ユニットから駆動ユニットを外した状態の背面側斜視図。
図7】本体ユニットの斜視図。
図8図7のB-B線断面図。
図9】予圧用ばねの拡大図。
図10】予圧用ばねの変形例であるウェーブスプリングを示す図。
図11】同回転往復駆動アクチュエーターの正面側端部の拡大斜視図。
図12図11においてセンサー基板を外した状態のトップカバー内部を示す斜視図。
図13図11のC-C線矢視断面図。
図14】駆動ユニットの分解斜視図。
図15】コイル体の斜視図。
図16】ボビンの分解図。
図17】コイル体におけるコイルの結線状態を示す斜視図。
図18】ボトムカバーの正面側斜視図。
図19図11のD-D線矢視断面図。
図20】回転往復駆動アクチュエーターの磁気回路の動作の説明に供する図である。
図21】回転往復駆動アクチュエーターの変形例1を示す縦断面図。
図22】回転往復駆動アクチュエーターの変形例1の分解斜視図。
図23】回転往復駆動アクチュエーターの変形例2の外観斜視図。
図24】回転往復駆動アクチュエーターの変形例2の本体ユニットの斜視図。
図25】同回転往復駆動アクチュエーターの変形例2における駆動ユニットの要部構成を示す正面図。
図26】製品に取り付けられる回転往復駆動アクチュエーターの変形例2の斜視図。
図27】回転往復駆動アクチュエーターの変形例3の外観斜視図。
図28】回転往復駆動アクチュエーターの変形例3のトップカバーの外観斜視図。
図29】製品に取り付けられる回転往復駆動アクチュエーターの変形例3を示す斜視図。
図30】回転往復駆動アクチュエーターの変形例4のボトムカバーの外観斜視図。
図31】製品に取り付けられる回転往復駆動アクチュエーターの変形例4を示す斜視図。
図32】回転往復駆動アクチュエーターを用いたスキャナーシステムの要部構成を示す図。
図33図33A及び図33Bは、マグネットの変形例1の正面図と右側面図。
図34図34A及び図34Bは、マグネットの変形例2の正面図と右側面図
図35図35A及び図35Bは、マグネットの変形例3の正面図と右側面図。
図36図36A及び図36Bは、マグネットの変形例4の正面図と右側面図。
図37】マグネットの変形例4を有する回転往復駆動アクチュエーターのコア組立体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0013】
図1は、本発明に係る実施の形態1の回転往復駆動アクチュエーター1の外観斜視図であり、図2は、同回転往復駆動アクチュエーター1の軸心を通る縦断面図である。また、図3は、図2において、駆動ユニット4の内部が見えるように正面側端面から左側の部材を外したA-A線部分の端面図であり、図4は、同回転往復駆動アクチュエーター1の分解斜視図である。
【0014】
回転往復駆動アクチュエーター1は、例えば、ライダー(LiDAR:Laser Imaging Detection and Ranging)装置に用いられる。なお、回転往復駆動アクチュエーター1は、複合機、レーザービームプリンタ等の光走査装置にも適用可能である。
【0015】
回転往復駆動アクチュエーター1は、大きく分けて、可動体10と、可動体10を回転自在に支持するベース部21と、ベース部21に対して可動体10を往復回転駆動する駆動ユニット4と、を備える。ベース部21と駆動ユニット4は、可動体10を往復回転駆動自在支持する固定体20を構成する。
【0016】
また、回転往復駆動アクチュエーター1では、可動体10をベース部21に取り付けて本体ユニット2を構成し、回転往復駆動アクチュエーター1は、本体ユニット2の一方の端部に駆動ユニット4を有する。
【0017】
図5は、本体ユニット2から駆動ユニット4を外した状態の正面側斜視図であり、図6は、本体ユニット2から駆動ユニット4を外した状態の背面側斜視図である。
【0018】
図5及び図6に示すように、可動体10をベース部21に装着した本体ユニット2と、駆動ユニット4とが、止着部材81により、取り付けられている。なお、止着部材81は、双方を固定できればどのような部材でもよいが、例えば、ビス、ねじ等の雄ねじやボルトナットを用いてもよい。
【0019】
可動体10は、回転軸13、ミラー部12及び可動マグネット(以下、単に「マグネット」と称する)32を有する。なお、マグネット32についての詳細は、後述する駆動ユニット4とともに詳細に説明する。
【0020】
ミラー部12は、回転往復駆動アクチュエーター1における可動対象物であり、回転軸13に接続される。ミラー部12は、例えば、ミラーホルダー122の一面にミラー121を貼り付けることで形成される。回転軸13は、ミラーホルダー122の挿通孔122aに挿通され、固着される。ミラー部12は、走査光を反射する。
【0021】
図7は、本体ユニットの斜視図であり、図8は、図7のB-B線断面図である。
図4図8に示すように、ベース部21は、平板状の底部213と、互いに離間して配置される一対の壁部211、212とを有する。底部213は、平板状であり、軸方向に延在して設けられ、その両端のそれぞれに、一対の壁部211、212が互いに対向するように立設されている。ベース部21は、底部213及び一対の壁部211、212により断面が略コ字状(U字状)に形成されている。
【0022】
一対の壁部211、212は、ミラー部12を挟むように配置される。一対の壁部211、212は、それぞれ矩形板状であり、その中央部には、挿通孔211a、212aが形成されている。挿通孔211a、212aには軸受22、23が内嵌され、軸受22、23には、回転軸13が挿通されている。
【0023】
なお、挿通孔211a、212aには、軸方向外側の開口縁部にそれぞれ、貫通する部分よりも径が大きいざぐり部が設けられている。このざぐり部には、軸受22、23のフランジ224、234が嵌合する。
【0024】
軸受22、23では、ドーナッツ状の軸受本体222、232の一方側の開口縁にフランジ224、234が設けられている。軸受22、23が、ベース部21の壁部211、212に対して軸方向外側から嵌め込まれることで、フランジ224、234がざぐり部に嵌合する。軸受22、23は、軸受22、23の嵌合方向の抜けを防止された状態で、ベース部21に固定されている。
【0025】
これにより、ベース部21に対して軸受22、23の軸受本体222、232が壁部211、212から外側に突出することがなく、ベース部21の壁部211、212を薄型化し、ひいては、回転往復駆動アクチュエーター1の全長の短縮小型化を図ることができる。
【0026】
また、軸受22、23のフランジ224、234が、挿通孔211a、212aの軸方向外側(壁部211、212の外面側)のざぐり部と嵌合している。これにより、本体ユニット2の組み立て中に、フランジ224、234と挿通孔211a、212aとの嵌合状態を、壁部211、212の外側から容易に視認、計測できる。
【0027】
軸受22、23は、ベース部21用の転がり軸受(例えば、ボールベアリング)や滑り軸受で構成されてよい。例えば、軸受22、23が、転がり軸受であれば、摩擦係数が低く、回転軸13をスムーズに回転させることができるので、回転往復駆動アクチュエーター1の駆動性能が向上する。これにより、回転軸13は、軸受22、23を介して、回転自在にベース部21に取り付けられ、一対の壁部211、212の間には、可動対象物であるミラー部12が配置される。
【0028】
軸受22、23には回転軸13が挿通され、回転軸13の両端部は、軸方向で軸受22、23のそれぞれから外側に突出している。軸受22、23は、回転軸13をベース部21に軸周りに回動自在に支持させる。
【0029】
回転軸13の一端部には、ベース部21の一対の壁部211、212間に挿通された部位に、可動対象であるミラー部12が固着され、回転軸13の他端部132側には、マグネット32が固着されている。これにより回転軸13は、ベース部21の一対の壁部211、212に軸支される。ベース部12は、回転軸13を介して一対の壁部211、212の間に配置されたミラー部12を両側から支持しているので、回転軸を片持ちで軸支された回転軸でミラー部12を支持する構成よりも強固に支持でき、耐衝撃性や耐振動性が高められている。
【0030】
マグネット32は、後述する駆動ユニット4内に配置され、駆動ユニット4により発生される磁束によって往復回転駆動される。なお、回転軸13は、駆動ユニット4とマグネット32の相互電磁作用によりミラー部12を往復回転させる。
【0031】
回転軸13において、軸受23の外側に突出する一端部131には、嵌合溝133に止め部(止め輪)14が嵌め込まれ、この止め部14により、回転軸13は、他端部132側への移動が規制される。
【0032】
回転軸13には、ミラー部12のミラーホルダー122と、一対の壁部のうちの一端部131側の壁部212との間の部位に、筒状のストッパ部15が外挿されている。
【0033】
ストッパ部15は、回転軸13に対して固定されている。回転軸13の一端部131側への移動は、軸受23により規制され、回転軸13の他端部132側への移動は、止め部14に規制されている。回転軸13に固着されているミラー部12は、止め部14を介してベース部21に対して軸方向の他端部132側への移動が規制されている。
【0034】
ストッパ部15は、ミラー部12を介して、回転軸13が軸受23から軸方向一端部131側、つまり、外側に抜けることを防止する。
【0035】
ストッパ部15は、止め部14とともに、ミラー部12、回転軸13及びマグネット32を含む可動体10の軸方向の移動を、公差等を含めた所定の範囲となるように規制しており、ベース部21からの抜けが防止されている。
【0036】
回転軸13は、ベース部21において他端部132側が軸受22を挿通して壁部211からベース部21の外側に突出するように、ベース部21に配置されている。壁部211から突出する部分は、駆動ユニット4内を挿通する。
【0037】
回転軸13の他端部132側に固着されたマグネット32は、ベース部21の壁部211から外側に突出する部位に配置されている。
【0038】
回転軸13において、壁部211から他端部132側に突出する部位には、壁部211側から順に、予圧用ばね35、環状受け部37及びマグネット32が配設されている。
【0039】
予圧用ばね35は、軸方向に伸縮して軸受22を軸方向に付勢する。
予圧用ばね35は、例えば、図9に示すように、予圧用ばね35が配置されるスペースに対応した所定の長さL1を有し且つ所定の長さ方向で離間する両端にフラット面が形成された円筒コイルスプリングである。
【0040】
予圧用ばね35は、回転軸13に外挿して配置され、壁部211に嵌合する軸受22からマグネット32を離間する方向に付勢する。
予圧用ばね35は、回転軸13が挿通された状態で、マグネット32に隣接する環状受け部37と軸受22との間で介在する。
【0041】
予圧用ばね35は、軸受22に定圧予圧を付与する。予圧用ばね35が軸受22に定圧予圧を付与することにより、荷重の変動や回転中の回転軸13とベース部21との温度差による回転軸13の伸縮等をばねで吸収して、予圧量の変動が少なく、安定した予圧量を得ることができる。よって、予圧用ばね35は、回転軸13の高速回転及び回転軸13の軸方向の振動を防止し、定位置予圧と比較して高速で回転駆動させることができ、軸方向の振動を防止できる。
【0042】
予圧用ばね35は、軸受(特に、ボールベアリング)22、23に予圧を付与することにより回転軸13の回転駆動の低摺動性及び高信頼性を維持し、安定した駆動を行うことができる。
【0043】
なお、予圧用ばね35は、強固に固定されている部品に当接して、当該部品で予圧を受ける構造とすることが望ましい。環状受け部37は、圧入リングであり、回転軸13に対して、回転軸13の外周部分に圧入されることにより回転軸13に固着されている。
【0044】
環状受け部37は、一端部側で軸受22に当接する予圧用ばね35の一端部を受けることにより、接着固定部品であるマグネット32に直接衝撃が付与されることを防止する。これにより、マグネット32への不要な力がかかることが防止され、信頼性を高めることができる。
【0045】
また、予圧用ばね35は回転往復駆動アクチュエーター1の内部に配置されているので、回転往復駆動アクチュエーター1の外部から影響を受けず安定した予圧の設計を確保できる。
【0046】
なお、予圧用ばね35は、丸状鋼線を螺旋状に巻いてなる円筒状のコイルスプリングに変えて、伸縮方向、つまり、ばねとしての高さの低いばねとして、板状鋼線を螺旋状あるいは円環状に巻いて波を加えた形状のウェーブスプリングを用いてもよい。
【0047】
例えば、予圧用ばね35としての軸方向の長さL1の円筒コイルスプリングよりも軸方向の長さが短い予圧用ばね350として、図10に示すウェーブスプリングとしての予圧用ばね350を用いてもよい。
【0048】
ウェーブスプリングである予圧用ばね350では、伸縮方向である軸方向の長さL2が、円筒コイルスプリングの長さL1よりも短く伸縮する長さが短い。
【0049】
予圧用ばね350は、壁部211と環状受け部37の長さL0が、長さL2<L0<L1の範囲等の条件に対応させる場合、予圧用ばね350を長さL2の方向で複数重ねることで、その伸縮長を変更できる。
【0050】
このように予圧用ばね35、350は、その設置箇所または予圧対象に応じて適宜変更して予圧力を調整して、好適な高速回転、軸方向の振動を防止して安定して駆動させることができる。
【0051】
図11は、回転往復駆動アクチュエーターの正面側端部の拡大斜視図であり、図12は、図11においてセンサー基板72を外した状態のトップカバー内部を示す斜視図であり、図13図11のC-C線矢視断面図であり、図14は、駆動ユニットの分解斜視図である。
【0052】
<駆動ユニット4>
図2図6及び図11図14に示す駆動ユニット4は、ベース部21の軸方向で離間する両端部のうちの一方に設けられ、固定体20の一部を構成する。駆動ユニット4は、マグネット32とともに駆動部30を構成し、可動体10を可動する。駆動ユニット4は、ボトムカバー(接続面部)50、コア組立体40及びトップカバー60を有する。駆動ユニット4は、例えば、正面視正方形状の直方体状に形成されている。
【0053】
<コア組立体40>
図3図4及び図14に示すコア組立体40は、コイル44、45と、コイル44、45が巻回されたボビン46、47と、コア体400と、回転角度位置保持部48とを有する。
【0054】
コア組立体40は、本実施の形態では、内側に磁極410a、410bが配設された矩形枠型のブロック状(詳細には、直方体形状)に形成されている。コア組立体40は、枠状の外周部分で、外周部分の内側に配置された磁極410a、410bを囲むように形成されている。コア組立体40は、例えば、ベース部21の壁部211において軸方向から見た壁面の矩形領域内においてマグネット32を挟む磁極410a、410bのそれぞれから折り返して延在し、磁極410a、410bを囲む一本の磁路を形成する。
【0055】
<コア体400>
コア体400は、マグネット32を囲むように配置された磁路を有する磁気回路を構成する。コア体400は、複数の磁極410a、410b及びC字状の磁路部(接続辺部412及び側辺部413)を含む一体構造の第1コア41と、第1コア41の側辺部413間に架設するように配置される第2コア42と、枠状の第3コア43とを有する。コア体400は、第1~第3コアを磁気的に結合して一体化されている。
【0056】
第1コア41~第3コア43は、コイル44、45に通電したときに発生する磁束を複数の磁極410a、410bに通過させる。第1コア41~第3コア43は、例えば、ケイ素鋼板等の電磁鋼板(積層部材)を積層してなる積層コアである。コア体400を積層構造とすることにより、低コストで、且つ、複雑な形状を有する第1コア41~第3コア43を構成することができる。
【0057】
<第1コア41>
第1コア41では、対向する磁極を先端部にそれぞれ有する複数の棒状体411(411a、411b)の基端部に、それらの延在方向と垂直に延在する接続辺部412が接続されている。この接続辺部412の両端部には、それぞれ垂直に両側辺部413a、413bが突設されている。接続辺部412には、棒状体411a、411bの間に、且つ、棒状体411a、411bと平行となるように延在する補極部414が設けられている。
【0058】
棒状体411(411a、411b)、接続辺部412、側辺部413(413a、413b)及び補極部414は、一体構造であり、第1コア41は、櫛歯形状である。
【0059】
棒状体411a、411bは、それぞれ先端部の側面部に磁極が配設され、棒状体411a、411bの外周の基端部側にボビン46、47が外挿されている。これにより、コイル44、45は棒状体411a、411bを巻回するように配置されている。
【0060】
コイル44、45への通電により励磁したときに、棒状体411a、411bの先端部の磁極は、通電方向に応じた極性を生じる。磁極は、それぞれマグネット32と対向して配置され、磁極は、それぞれマグネット32の外周面に沿って湾曲する形状を有している。これら湾曲する形状は、例えば、棒状体411a、411bの延在方向と直交する方向で対向するように配置される。
【0061】
棒状体411a、411bは、例えば、ボビン46、47を、先端側から外挿可能な外形寸法を有する。これにより、棒状体411a、411bの延在方向の先端側、つまり、磁極410a、410bの先端から、ボビン46、47を外挿して、棒状体411a、411bの基端部側の位置で、それらを囲むように位置させることができる。外挿されたボビン46、47はそれぞれ、側辺部413と補極部414との間に配置される。
【0062】
接続辺部412は、矩形状のコア体400の一辺部を構成し、棒状体411a、411bの基端部で接続し、棒状体411a、411bの並行方向と直交する方向に延在して配設されている。
【0063】
接続辺部412は、主に、棒状体411a、411bの基端部と、両側辺部413a、413bとを接続する。両側辺部413a、413bは、第2コア42の両端部に密着していることが好ましいが、ここでは両側辺部413a、413bのそれぞれと第2コア42の両端部のそれぞれのとの間に隙間が開くように配置されている。
接続辺部412及び両側辺部413a、413bは、第2コア42とともに、第3コア43に軸方向で密着した状態で積層するように設けられている。
【0064】
補極部414は、回転角度位置保持部48に対向配置され、マグネット32が回転角度位置保持部48を吸引する場合に、マグネット32の別極と引き合い、回転角度位置保持部48との吸引状態を補強する。
【0065】
具体的には、補極部414は、磁性体により構成され、例えば、磁極410a、410b及び回転角度位置保持部48とともにマグネット32を四方で囲むように配置される。
補極部414は、マグネット32(より具体的には極32b)との間で磁気吸引力を発生し、マグネット32において、回転角度位置保持部48に吸引する極32aとは異なる極32bを、対向する位置に移動させる。補極部414は、この作用により、回転角度位置保持部48における磁気吸引力により可動体10に作用する軸径方向荷重を相殺する。なお、「軸径方向荷重を相殺する」は、「軸径方向荷重を相殺するようにする」ことも含む。
【0066】
なお、補極部414においてマグネット32の外周面と対向する補極面は、マグネット32の外周面の形状に対応した湾曲面であり、マグネット32の外周面との間に全面的に均一なギャップを有する。なお、補極部414は、回転角度位置保持部48とともに、コア組立体40内で、マグネット32を囲むように配置されているので、最少のスペースでレイアウトされた状態となり、より小型化された回転往復駆動アクチュエーター1を実現できる。
【0067】
<第2コア42>
第2コア42は、第1コア41とともに、棒状体411a、411bの先端部の磁極を四方から囲むように配置される磁路を構成する。第2コア42は、角柱状に形成され、コイル44、45へ通電した際に、磁極410a、410bに磁束が通過する磁路を形成する。
【0068】
第2コア42は、両側辺部413a、413bと同じ厚み(軸方向の長さ)を有する。
第2コア42は、第1コア41の接続辺部の両端部に設けられた取付孔(止着孔)402と同様の取付孔(止着孔)402に挿入される止着部材86を介して第3コア43に密着した状態で、ボトムカバー50及びトップカバー60に固定されている(図13参照)。取付孔402は、ボトムカバー50の貫通孔54と同径であり、回転軸13と平行に延在するように形成されている。
第2コア42には、延在方向の中央部で且つマグネット32と対向する部位に回転角度位置保持部48が取り付けられている。
【0069】
<第3コア43>
第3コア43は、第1コア41の接続辺部412、側辺部413と、第2コア42とともに、複数の磁極を囲み、且つ複数の磁極を連絡する磁路を形成する。
第3コア43は、矩形枠板状をなし、第1コア41及び第2コア42の双方で構成される矩形枠状部分に面接触して取り付けられる。
【0070】
具体的には、第3コア43は、回転軸13の延在方向で第1コア41の接続辺部412及び両側辺部413a、413bと対面して互いに面接触する。加えて第3コア43は、回転軸13を中心に第1コア41の棒状体411a、411bの複数の磁極を、位置決めした状態で、第1コア41に組み付けられる。また、第3コア43は、回転軸13の延在方向で第2コア42と対面して面接触する。
【0071】
これにより、第3コア43は、棒状体411a、411bの磁極及びコイル44、45を包囲するよう回転軸13の周囲に配置され、回転軸13周りでシームレスの磁路を構成する。第1~第3コア41~43は、コイル44、45を包囲する包囲部を有し、一方の磁極から第1コア41+第3コア43、第3コア43、第3コア43+第2コア42、第3コア43+第1コア41の他方の磁極の順に通る磁束の流れを形成できる。また、第1~第3コア41~43で、磁極と、磁極の間のマグネット32とを環状で包囲しているので、外部からコイル44、45への接触を防ぐことができる。
【0072】
駆動ユニット4を組み立てた状態では、磁極で囲まれた空間に回転軸13が挿通される。また、この空間に、回転軸13に取り付けられたマグネット32が位置し、このマグネット32に対して、正確な位置で磁極がエアギャップGを介して対向する。
【0073】
マグネット32は、S極32a及びN極32bが周方向に交互に配置されているリング型マグネットである。マグネット32は、回転往復駆動アクチュエーター1を組み立てた状態において、コア体400の磁極410a、410bで囲まれた空間に位置するように、回転軸13の周面に取り付けられる。マグネット32は回転軸13の外周を囲むように固定されている。コイル44、45に通電が行われると、棒状体411a、411bを含む第1コア41、第2コア42及び第3コア43が励磁されて磁極410a、410bに通電方向に応じた極性が生じる。これにより、磁極410a、410bとマグネット32との間で磁気力(吸引力及び反発力)が発生する。
【0074】
本実施の形態では、マグネット32は、回転軸13の軸方向に沿う平面を境界として異なる極性に着磁されている。すなわち、マグネット32は、S極32aとN極32bに等分割されるように着磁された2極マグネットである。マグネット32の磁極の数(本実施の形態では2つ)は、コア体400の磁極410a、410bの数と等しい。なお、マグネット32は、可動時の振幅に応じて2極以上に着磁されていてもよい。この場合、コア体400の磁極部は、マグネット32の磁極に対応して設けられる。
【0075】
<マグネット32>
マグネット32は、S極32aとN極32bとの境界部分32c、32d(以下、「磁極切替部」と称する)で極性が切り替わる。磁極切替部32c、32dは、マグネット32の一方の端面に、軸心を通るように延在する溝状に形成されている。磁極切替部32c、32dは、マグネット32が中立位置で保持されているとき、磁極410a、410bのそれぞれと正対する。
【0076】
磁極切替部32c、32dが溝状に形成されていれば、この溝を基準として、回転往復駆動アクチュエーター1の組立時或いはメンテナンス時等において、回転軸13に固定される各部品の位置関係を調整できる。特に、マグネット32の磁極切替部32c、32dの位置に合わせて、回転軸13に対してミラー部12の位置、角度センサー部70のエンコーダの取付位置等を好適に精度良く規定できる。例えば、溝に軸方向で治具を当てて、溝に突起を嵌合して回転軸13の軸周りの回転を規制して不動にし、回転軸13に取り付けられる他の構成要素の基準位置となる。特にミラーのマグネット32の極に対する角度調整には精度が必要であり、これを可能とする。
【0077】
中立位置において、マグネット32の磁極切替部32c、32dが、磁極410a、410bと正対することにより、駆動ユニット4は最大トルクを発生して可動体10を安定して駆動することができる。
【0078】
また、マグネット32を2極マグネットで構成することにより、コア体400との協働により、可動対象物を高振幅で駆動しやすくなるとともに、駆動性能の向上を図ることができる。すなわち、可動対象であるミラー部12をワイドアングルで駆動できる。なお、実施の形態では、マグネット32が一対の磁極切替部32c、32dを有する場合について説明したが、二対以上の磁極切替部を有していてもよい。
【0079】
<コイル体(コイルとボビン)>
コイル44、45は、筒状のボビン46、47に巻回される。コイル44、45及びボビン46、47からなるコイル体が、第1コア41の棒状体411a、411bに外挿されることにより、コイル44、45は、棒状体411a、411bを巻回するように配置される。こうして、コイル44、45は、棒状体411a、411bの先端部の磁極に隣り合うように配置されている。
【0080】
コイル44、45の巻線方向は、通電が行われた際に、第1コア41の複数の磁極の一方から他方に向かって好適に磁束が生じるように設定される。
【0081】
図15は、コイル体の斜視図であり、図16は、ボビンの分解図であり、図17は、コイル体におけるコイルの結線状態を示す斜視図である。
【0082】
コイル44が巻回されたボビン46を有するコイル体と、コイル45が巻回されたボビン47を有するコイル体の構成は同様であるので、コイル44が巻回されたボビン46を有するコイル体の説明を行い、コイル45及びボビン47を有するコイル体の説明は省略する。
【0083】
コイル体49は、コイル44が巻回されるボビン部492と、端子496を支持し、ボビン部492と一体に設けられる端子支持部494とを有する。
【0084】
ボビン部492は、棒状体411(411a、411b)が挿通する貫通孔を有し、ボビン部492の一方側の開口縁部のフランジに端子支持部494が突設されている。
【0085】
端子支持部494は各筒状を有し、内部に端子496が挿入されており、当該端子496を保持している。
【0086】
端子496は、L字状であり、一辺部4962でコイル44の端部を絡げて接続し、他辺部4964の基端部が端子支持部494に挿通されて支持され、他辺部4964の先端部側が端子支持部494から外部に突出する。
【0087】
他辺部4964の先端部側で、コイル44に電源を供給する外部機器或いは、隣り合うコイルの端部に接続する。本実施の形態では、端子496は、一辺部4962の延在方向をコイル44の軸方向と平行にし、他辺部4964の延在方向を、コイル44の軸方向と直交する方向としている。
【0088】
コイル体49では、ボビン部492の開口部の開口方向に、端子496の一辺部4962が延在するように配置され、他辺部4964がボビン部492のフランジの張出方向に延在して配置されている。
【0089】
一辺部4962では半田などからなる結線部Hでコイル44の両端のコイル線がそれぞれ結線されている。
【0090】
このように、端子496は、L字状であり、一方の辺部である一辺部4962にコイル巻線を結線(フィレットである結線部H)し、他辺部4964でセンサー基板72と接合される。
【0091】
端子496は、L字状であるので、センサー基板結線側と、コイル結線側で分離してそれぞれ結線でき、特に、半田によりコイル巻線を結線する結線部(フィレット)Hを形成するときの作業を、半田や巻線の干渉がなく簡単に行うことができる。
【0092】
すなわち、センサー基板72の結線作業と、同一の端子496の巻線を固定する作業とが生じる場合でも、巻線を導通する際の半田が付着する等の基板との結線工程の阻害要因となることがない。センサー基板72と端子496との結線は、駆動ユニット4に対して、軸方向でセンサー基板72を配置することで、位置決めしつつ、コンタミ対応を行うことができ、光センサー76を軸方向垂直に容易に配置できる。
【0093】
<回転角度位置保持部(マグネット位置保持部)48>
図2図4に示す回転角度位置保持部48は、回転往復駆動アクチュエーター1を組み立てた状態において、マグネット32とエアギャップGを介して対向するようにコア組立体40に組み込まれる。回転角度位置保持部48は、例えば、第2コア42に、磁極がマグネット32に対向する姿勢で取り付けられている。
【0094】
回転角度位置保持部48は、例えば、磁極をマグネット32に向けたマグネットを用いて、マグネット32との間に磁気吸引力を生じさせ、マグネット32を吸引する。すなわち、回転角度位置保持部48は、棒状体411a、411bとともに、マグネット32との間に磁気バネを形成する。この磁気バネにより、コイル44、45への通電が行われていない常態時(非通電時)には、マグネット32の回転角度位置、すなわち、回転軸13の回転角度位置が中立位置に保持される。
【0095】
このとき、回転角度位置保持部48と引き合うマグネット32の磁極32a(図3ではS極)とは反対側の磁極32b(図3で示すN極)が、近接する磁性体である第1コア41の補極部414を吸引する。これにより、より効果的にマグネット32、つまり、可動対象物であるミラー部12が、中立位置に保持される。
【0096】
中立位置とは、マグネット32の往復回転動作の基準位置、すなわち、往復回転(揺動)の中心位置であり、往復回転する際に、軸周りに左右に回転する際に同一回転角度となる位置である。マグネット32が中立位置に保持されているとき、マグネット32の磁極切替部32c、32dは、棒状体411a、411bの磁極と正対する。
【0097】
また、マグネット32が中立位置にある状態を基準にして、ミラー部12の取付け姿勢が調整される。なお、回転角度位置保持部48は、マグネット32との間に磁気吸引力を発生する磁性体で構成されてもよい。
【0098】
<ボトムカバー50及びトップカバー60>
図1図2図4図6及び図11図14に示すボトムカバー50及びトップカバー60は、非磁性を有し通電性の高い電気伝導材からなることが好ましく、電磁シールドとして機能する。
【0099】
ボトムカバー50及びトップカバー60は、コア組立体40の軸方向(厚み方向)の両側に、それぞれ配置されている。
【0100】
ボトムカバー50及びトップカバー60は、コア組立体40へのノイズの入射及びコア体400から外部へのノイズの出射を抑制することができる。
【0101】
ボトムカバー50及びトップカバー60は例えばアルミ合金等の非磁性であり通電性を有し熱伝導率の高い材料等により形成される。アルミ合金は設計の自由度が高く、ボトムカバー50及びトップカバー60に、容易に所望の剛性を付与することができる。また、ボトムカバー(接続面部)50とトップカバー(センサー配置部)60は、コア組立体40を軸方向で挟み止着部材86でネジ締結されている。
【0102】
したがって、ボトムカバー50及びトップカバー60をアルミ合金にすれば、コア組立体40を高剛性部品となるボトムカバー50及びトップカバー60で挟み止着部材86で固定され、強固な構造となり信頼性の向上を図ることができる。また、トップカバー60を、回転軸13の他端部側で支持する支持体として機能させる場合に好適である。
【0103】
図18は、ボトムカバーの正面側斜視図である。図19は、図11のD-D線矢視断面図である。
【0104】
ボトムカバー50は、壁部211の外面に重なるように取り付けられる。ボトムカバー50は壁部211の外形に対応して矩形板状に形成されている。ボトムカバー50は矩形板状のカバー本体52を有し、カバー本体52の中央部には、回転軸13が挿通される開口部53が形成されている。開口部53は、軸受22と対向する位置に配置され、開口部53の内径はマグネット32の外径より大きい。ボトムカバー50は、開口部53内にマグネット32を装着した回転軸13を挿通させて、マグネット32を、コア組立体40内に挿入して配置できる。
【0105】
開口部53内には、回転軸13が挿通されるとともに回転軸13に外挿された予圧用ばね35が配設されている(図2参照)。
【0106】
ボトムカバー50のカバー本体52には、貫通孔54、ベース部21に固定するための貫通孔55、位置決め孔56、位置調整孔57及びコア保持用突起58が設けられている。貫通孔54には、ボトムカバー50をコア組立体40、トップカバー60とともに駆動ユニット4として一体化する止着部材86が挿通される。貫通孔55は、壁部211に取り付けられる取り付け部522に形成されている。なお、取り付け部522は、カバー本体52において軸方向と直交する方向で離間する左右の辺部を構成しており、カバー本体52の4つの角部を含む。これら角部にそれぞれ貫通孔55が形成されている。
【0107】
開口部53、貫通孔54、55、位置決め孔56及び位置調整孔57は、回転軸13の軸方向と平行に形成されている。止着部材81、86を貫通孔54、55に挿通して、ベース部21への組み付け或いは駆動ユニット4の組み立て、ひいては、回転往復駆動アクチュエーター1の組立を、軸方向の一方向で行うことができる。
【0108】
貫通孔54は、図13に示すように、カバー本体52の裏面に凹状のざぐり部541が形成され、ざぐり部541は、ねじ等の止着部材86の頭部を収容する。
【0109】
コア保持用突起58は、カバー本体52において開口部53を挟む位置から軸方向に突設され、コア組立体40と組み合わせる際に、コア組立体40と嵌合して位置決めする。
【0110】
コア保持用突起58は、棒状体411a、411bと、側辺部213a、213bとの間に挿入され、双方間を流れる磁束の漏れを防止する。また、コア保持用突起58は、コア組立体40に衝撃がある場合、コア体400を構成する積層コア同士や、積層コアとボトムカバー50とのずれを抑制して好適に組み付け合うことができ、耐衝撃性の向上を図ることができる。
【0111】
また、ボトムカバー50の裏面には、図6に示すように、位置決め突起(位置決め係合部、凸状部)59が突設されている。位置決め突起59は、ボトムカバー50がベース部21に、互いの中心同士が一致した状態で当接した際に、壁部211の凹部(被位置決め部、凹状部)218に係合し、位置決めする。回転軸13の中心を基準にボトムカバー50、ひいては駆動ユニット4の位置決めを行い、駆動部分の性能のバラツキを抑制できる。
【0112】
位置決め突起59は、例えば、環状突起である。一方、壁部211の凹部218は、図5図7及び図8に示すように、ベース部21において挿通孔211aを囲むように形成された環状の溝である。位置決め突起59は、環状の溝の凹部218に係合し、壁部212と駆動ユニット4との双方が位置決めされる。
【0113】
トップカバー60は、ボトムカバー50とともにコア組立体40を軸方向両側から挟み、止着部材86で一体的に固定されて、駆動ユニット4を構成する。本実施の形態のトップカバー60は、図2図4及び図12に示すように、可動体10、つまり回転軸13の回転角度を検出する光センサー76を収容するセンサー用収容部65として機能する。
【0114】
トップカバー60は、コア組立体40の先端側の面を覆うトップカバー本体62と、トップカバー本体62の外周縁部から軸方向の他端部132側に突出し、凹状のセンサー用収容部65を構成するセンサー用周壁部(周壁部)64とを有する。
【0115】
トップカバー本体62は、軸方向からみて正方形をなし、コア組立体40側に向けて開口する凹状部621を有する板状体である。トップカバー本体62は、トップカバー本体62は正方形の板状体であり、周壁部64は、トップカバー本体62の外周部から立ち上がる矩形枠状に形成されている。
【0116】
トップカバー60のトップカバー本体62には、貫通孔66が設けられている。貫通孔66は、ボトムカバー50の開口部53、ベース部21の軸受22、23と同一軸を有するようにトップカバー本体62に配設されている。貫通孔66には裏面側(一端部131側)から、回転軸13が挿通されたブッシュ39が内嵌されている。これにより、ブッシュ39は、移動方向が規制された状態でトップカバー本体62に取り付けられている。なお、ブッシュ39と回転軸13とは互いに摺動するように配置されてもよいし、隙間を空けて配置されてもよい。
【0117】
ブッシュ39は、回転軸13が衝撃を受けた際に、その衝撃が他端部132側のセンサー部品(エンコーダディスク)に伝わらないようにする。ブッシュ39は、その他端部が貫通孔66に内嵌し、一端部が凹状部621内に位置するように、トップカバー60に取り付けられている。
【0118】
トップカバー本体62には、貫通孔66の他に、ボビン46、47と係合するボビン係合孔67が軸方向に貫通して設けられている。
【0119】
ボビン係合孔67には、ボビン46、47を有するコイル体49の端子支持部494内嵌される。これにより、端子支持部494がトップカバー本体62に挿入され、端子支持部494から他辺部4964が突出して配置される。
【0120】
ボビン係合孔67と端子支持部494との係合は、コア組立体40とトップカバー60とを組み付ける際の位置決めとしても機能する。
【0121】
<角度センサー部70>
トップカバー60には、角度センサー部70が取り付けられている。角度センサー部70は、マグネット32及び回転軸13を含む可動体10の回転角度を検知する。回転往復駆動アクチュエーター1は、角度センサー部70の検知結果に基づいて、制御部を介して、駆動時の可動体、具体的には、可動対象物であるミラー部12の回転角度位置及び回転速度を制御することができる。
【0122】
角度センサー部70は、磁気式や光学式のいずれの方式のセンサーでもよい。本実施の形態では、角度センサー部70は、センサー基板72を有し、センサー用収容部65内に収容された、角度センサー部70を構成するエンコーダーディスク74と、光源及び受光素子等を有する光センサー(センサー)76とを有する。
【0123】
角度センサー部70は、回転軸13、ひいてはミラー部12の回転角度を検出する。エンコーダーディスク74は、センサー用収容部65内で、回転軸13の他端部132側に固定されており、マグネット32及びミラー部12と一体に回転する。つまり、エンコーダーディスク74の回転位置が回転軸13の回転位置と同一となる。
【0124】
光センサー76は、エンコーダーディスク74に光を出射しその反射光に基づいてエンコーダーディスクの回転位置(角度)を検出する。これにより、マグネット32及びミラー部12の回転位置を検出できる。
【0125】
光センサー76は、センサー基板72に実装されており、このセンサー基板72は、周壁部64を塞ぐように配置され、センサー用収容部(センサー配置部)65を閉塞する。
【0126】
センサー基板72は、回転軸13の回転角度を検出する光センサー76が実装された基板である。センサー基板72は、光センサー76をマグネット32側に向けて他端部132側からコア組立体40を覆うように配置される。
センサー基板72は、中央部に設けられ、エンコーダーディスクを取り付ける取付部(エンコーダハブ)及び回転軸13が挿入される開口部724の他に、止着孔722、スルーホール726を有する。
【0127】
センサー基板72は、止着部材84を介して、トップカバー60に止着されている。
トップカバー60に設けられた止着孔は、コア組立体40の止着孔402の延長上に形成され、止着孔と同じ軸の同径である。すなわち、センサー基板72は、コア組立体40側に、コア組立体40の取付孔(止着孔)402に連続する同径の止着孔に止着部材84を介して固定されている。
【0128】
このように、センサー基板72、トップカバー60、コア組立体40(コア体400)及びボトムカバー50は、止着孔722、取付孔402、貫通孔54等の軸方向に連続する同径の孔を介して止着部材84、86により固定されている。
【0129】
センサー基板72は、エンコーダーディスクの回転位置(角度)を検出する回路の他、コイル44、45に電力供給を行う回路が実装されている。
電力供給を行う回路として、コイル44、45の一端部同士を接続する回路を含み、この回路は、コイル44、45を有するボビンに設けられた端子支持部494の他辺部4964が挿入されて回路に接続されるスルーホール726を有する。
【0130】
スルーホール726に他辺部4964がそれぞれ挿入されることにより、コイル44、45は、センサー基板72を介して、一端部同士が接続され、それぞれの他端部に、電力供給の入出力の回路が接続される。
【0131】
これにより、駆動ユニット4を組み立てて、センサー基板72をトップカバー60に取り付けるだけで、コイル44、45への電力供給を行う回路を構成できるとともに、センサー部70のセンシング部分に異物など外部からの不要物の侵入を防止できる。
【0132】
また、センサー基板72には、コイル体における端子支持部494の他辺部4964が直接接続されるので、センサー部と、アクチュエーター(モータ部分)を駆動する端子とを一枚の基板であるセンサー基板72に集約して、配線できる。すなわち、回転往復駆動アクチュエーター1で使用する基板に、センサー用の回路に加えて、アクチュエーター駆動用の回路を実装して、基板を共有化でき、アクチュエーター自体を外部機器に接続する際のコネクタを統一できる。
【0133】
次に、回転往復駆動アクチュエーター1の動作について、図3及び図20を用いて説明する。図20は、回転往復駆動アクチュエーター1の磁気回路の動作の説明に供する図である。
【0134】
コア組立体40のコア体400の2つの棒状体411a、411bの磁極410a、410bは、エアギャップGを空けてマグネット32を挟むように配置されている。コイル44、45への非通電時は、図3に示すように、マグネット32は、回転角度位置保持部48との間の磁気吸引力により、中立位置に保持される。
【0135】
この中立位置では、マグネット32のS極32a及びN極32bの一方(図20でS極32a)が回転角度位置保持部48に吸引される(図20の磁気バネトルクFM参照)。このとき、磁極切替部32c、32dは、コア体400の磁極410a、410bの中心位置と対向する。また、補極部414がマグネット32のS極32a及びN極32bの他方(図20でN極32b)と引き合う。これにより、マグネット32は、より効果的に中立位置に移動する。
【0136】
コイル44、45に対して通電が行われると、コア体400が励磁され、磁極410a、410bに通電方向に応じた極性が生じる。例えば、図20に示すようにコイル44、45への通電が行われると、コア体400の内部に磁束が生じ、磁極410aはN極、磁極410bはS極となる。
【0137】
これにより、N極に磁化された磁極410aは、マグネット32のS極32aと引き合い、S極に磁化された磁極410bは、マグネット32のN極32bと引き合う。そして、マグネット32には回転軸13の軸回りにF方向のトルクが発生し、マグネット32はF方向に回転する。これに伴い、回転軸13もF方向に回転し、回転軸13に固定されているミラー部12もF方向に回転する。
【0138】
次に、コイル44、45に対して逆向きに通電が行われると、コア体400の内部に生じる磁束の流れは図20で示す方向とは逆方向になり、磁極410aは、S極、磁極410bはN極となる。S極に磁化された磁極410aは、マグネット32のN極32bと引き合い、N極に磁化された磁極410bは、マグネット32のS極32aと引き合う。そして、マグネット32には回転軸13の軸回りにF方向とは逆向きのトルク-Fが発生し、マグネット32は-F方向に回転する。これに伴い、回転軸13も回転し、回転軸13に固定されるミラー部12も図20に示すよう方向とは逆方向に回転する。
回転往復駆動アクチュエーター1は、以上の動作を繰り返すことで、ミラー部12を回転往復駆動する。
【0139】
実際上、回転往復駆動アクチュエーター1は、電源供給部(例えば図32の駆動信号供給部103に相当)からコイル44、45に入力される交流波によって駆動される。つまり、コイル44、45の通電方向は周期的に切り替わる。通電方向の切り替わり時には、回転角度位置保持部48とマグネット32との間の磁気吸引力、つまり磁気バネの復元力(図20で示す磁気バネトルクFMとその逆方向のトルクである「-FM」)により、マグネット32は中立位置に戻るように付勢される。これにより、可動体10には、軸回りにF方向のトルクと、F方向とは逆の方向(-F方向)のトルクが交互に作用する。これにより、可動体10は、回転往復駆動される。
【0140】
以下に、回転往復駆動アクチュエーター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ー1では、可動体(可動体10)の慣性モーメントをJ[kg・m]、磁気バネ(磁極410a、410b、回転角度位置保持部48及びマグネット32)のねじり方向のバネ定数をKsp[N・m/rad]とした場合、可動体は、固定体(固定体20)に対して、式(1)によって算出される共振周波数F[Hz]で振動(往復回転)する。
【0141】
【数1】
【0142】
可動体は、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44、45に可動体の共振周波数Fに等しい周波数の交流波が入力されると、可動体は共振状態となる。すなわち、電源供給部からコイル44、45に対して、可動体の共振周波数Fと略等しい周波数の交流波を入力することにより、可動体を効率良く振動させることができる。
【0143】
回転往復駆動アクチュエーター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ー1は、式(2)で示す運動方程式及び式(3)で示す回路方程式に基づいて駆動する。
【0144】
【数2】
【0145】
【数3】
【0146】
すなわち、回転往復駆動アクチュエーター1における可動体の慣性モーメントJ[kg・m]、回転角度θ(t)[rad]、トルク定数K[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K[V/(rad/s)]は、式(3)を満たす範囲内で適宜変更できる。
【0147】
このように、回転往復駆動アクチュエーター1は、可動体の慣性モーメントJと磁気バネのバネ定数Kspにより決まる共振周波数Fに対応する交流波によりコイルへの通電を行った場合に、効率良い大きな振動出力を得ることができる。
【0148】
<変形例1>
図21は、回転往復駆動アクチュエーターの変形例1を示す縦断面図であり、図22は、回転往復駆動アクチュエーターの変形例1の分解斜視図である。
【0149】
変形例1の回転往復駆動アクチュエーター1Aでは、回転往復駆動アクチュエーター1と比較して、ベース部21Aに取り付けられる軸受22、23の向きと、予圧用ばね35、ストッパ部15A及び止め部14の位置とが異なり、その他の構成は同様である。よって、同機能を有する同名称には同符号を付して説明は省略し、異なる点のみ説明する。
【0150】
回転往復駆動アクチュエーター1Aでは、可動体10Aをベース部21Aに取り付けて本体ユニットAを構成し、回転往復駆動アクチュエーター1Aは、本体ユニット2の一方の端部である壁部211に駆動ユニット4を有する。
【0151】
回転往復駆動アクチュエーター1Aは、回転往復駆動アクチュエーター1と比較して、予圧用ばね35を軸受22とミラーホルダー122との間に配置している。
【0152】
ベース部21Aは、底部213の延在方向で離間する両端部から立設する一対の壁部211A、212Aのそれぞれの中央部に、軸方向内側にフランジが配置される軸受22、23が配置されている。例えば、挿通孔211Aa、212Aaには軸方向内側から軸受22、23が圧入されて内嵌している。軸受22、23には、回転軸13が挿通されている。
【0153】
また、ストッパ部15Aが、ストッパ部15よりも短くし、ベース部21Aの外側から回転軸13の基端部に取り付けられている。
【0154】
また、止め部14は、壁部212Aを挿通する回転軸13Aの端部において、壁部212の内側で嵌合溝133Aに嵌合している。
【0155】
この構成では、回転軸13Aに対して、ストッパ15Aの軸方向外側、別言すれば、回転軸13Aの基端部(一端部131)側から荷重が掛かる場合、ストッパ15Aによって、回転軸13Aは位置が保持される。また、予圧用ばね35の力が掛かる場合でも、止め部14によって位置が保持され、回転往復駆動アクチュエーター1における予圧用ばね35の機能を同様の機能を有し、同様の効果を得ることができる。
【0156】
すなわち、可動体10Aは、軸方向の両側に外向き予圧がかかり、可動対象物付近に予圧用ばね35が配置された構成となっている。これにより、ベース部21Aの一対の壁部(両側壁部)211A、212A間で架設される回転軸13のデッドスペースに予圧用ばね35を配置するので、予圧用ばね35を駆動ユニット4内に配置する構成と比較して、低背化・小型化が可能である。
【0157】
<変形例2>
図23は、回転往復駆動アクチュエーターの変形例2の外観斜視図であり、図24は、回転往復駆動アクチュエーターの変形例2の本体ユニットの斜視図である。図25は、同回転往復駆動アクチュエーターの変形例2における駆動ユニットの要部構成を示す正面図であり、図26は、製品に取り付けられる回転往復駆動アクチュエーターの変形例2の斜視図である。
【0158】
図23図26に示す回転往復駆動アクチュエーター1Bは、回転往復駆動アクチュエーター1同様の機能を有するとともに、製品の躯体の固定台部800に固定するアクチュエーター固定部としての固定孔215を有する。
【0159】
固定孔215は、例えば、固定体20と略同様の機能を有する固定体20Bにおけるベース部21Bの壁部211Bに設けられる。固定孔215は、壁部211Bにおいて駆動ユニット4が固定される部位から軸方向と直交する方向に張り出すフランジ状の両側突辺部2110に形成されている。なお、固定孔215は、両側突辺部2110の一方の側辺部に設けられてもよい。
【0160】
両側突辺部2110は、正面視して、駆動ユニット4の左右で隣接するように配置されている。両側突辺部2110は、駆動ユニット4のボトムカバー50において、止着部材81を介して壁部211Bに取り付けられる取り付け部522の両辺部(正面視して左右の外側の辺)よりも、外側に配置されている。
【0161】
両側突辺部2110の裏面側には、固定孔215の周囲にざぐり部2112が設けられ、止着部材87の頭部が、壁部211Bにおいて軸方向で突出しないように形成されている。
【0162】
壁部211Bは、駆動ユニット4を製品の筐体(例えば固定台部800)に取り付ける際の位置決めを可能とする位置決め切り欠き部217と位置決め孔216とを有する。位置決め切り欠き部217は、壁部211Bの外縁、例えば、両側突辺部2110のうちの一方の中央部に設けられている。壁部211Bにおいて、中心部を中心に位置決め切り欠き部217と対称な位置に位置決め孔216が形成されている。
【0163】
この回転往復駆動アクチュエーター1Bを製品の躯体に取り付ける際には、回転往復駆動アクチュエーター1Bは、躯体側に設けられた(例えば、躯体の一部として)固定台部800に固定される。
【0164】
固定台部800は、離間して対向して立設する固定壁部804、806を有したU字状部に構成されている。このU字状の内部に、駆動ユニット4が位置するように、回転往復駆動アクチュエーター1Bを、固定台部800に固定する。回転往復駆動アクチュエーター1Bを、固定台部800の立設方向と軸方向とを平行にして、固定壁部804、806の上端面に、壁部211Bの両側突辺部2110を当接させて、固定孔215を挿通する止着部材87により止着される。なお、固定壁部804、806の上端面には、止着部材87が挿入される止着孔807の他に、位置決め孔216に挿入される位置決め突起808が設けられている。
【0165】
回転往復駆動アクチュエーター1Bを固定台部800に取り付ける際には、軸と平行方向の位置決め孔216に、軸と平行の位置決め突起808を挿入して、これを中心に回動などさせることにより、双方の位置を調整する。位置決め切り欠き部217に、棒など挿入して、更に位置調整を行い、固定孔215と、止着孔807とを合致させて止着部材87を双方に挿通して固定することができる。
【0166】
軸方向は、ミラー部12の位置に起因する軸受22の軸方向と同じ方向であるので、回転往復駆動アクチュエーター1Bを固定台部800に精度良く位置決めして固定できる。
【0167】
また、位置決め切り欠き部217、位置決め孔216、固定孔215が、ミラー部12を保持する壁部211Bに設けられており、これらを用いて壁部211Bは固定台部800に固定される。壁部211Bには、ミラーホルダー122が固定された回転軸13の軸受(ベアリング)22の挿入穴であり、且つ、ミラー位置に起因する挿通孔211a(挿通孔211bと同一軸)が形成されているので、これらと同一加工面で固定台部80への位置決め・固定が可能であり、精度高く固定できる。
【0168】
アクチュエーター固定部は、駆動ユニット4側に設けられていれば、回転往復駆動アクチュエーターの重心付近で製品の躯体、つまり固定台部800に固定でき、外乱振動或いは衝撃を効果的に抑制できる。アクチュエーター固定部は、駆動ユニット4のトップカバーに設けられてもよい。
【0169】
<変形例3>
図27は、回転往復駆動アクチュエーターの変形例3の外観斜視図であり、図28は、回転往復駆動アクチュエーターの変形例3のトップカバーの外観斜視図である。また、図29は、製品に取り付けられる回転往復駆動アクチュエーターの変形例3を示す斜視図である。
【0170】
図27及び図28に示す変形例3の回転往復駆動アクチュエーター1Cは、回転往復駆動アクチュエーター1と比較して、トップカバー60Cのみ異なり、その他の構成は同様である。よって、回転往復駆動アクチュエーター1と同様の構成要素には同符号を付して説明は省略する。
【0171】
図27及び図28に示す回転往復駆動アクチュエーター1Cは、アクチュエーター固定部としての固定孔625が設けられたトップカバー60Cを有する。
【0172】
トップカバー60Cには、矩形板状のトップカバー本体62Cに、変形例2の壁部211Bと同様に軸方向と直交する方向に張り出す両側突辺部6210が設けられている。両側突辺部6210には、軸方向と平行に延在する固定孔625が設けられている。なお、トップカバー60Cは、トップカバー60と同様に、その表面側には凹状のセンサー用収容部65が設けられ、裏面側には凹部が形成され、それぞれトップカバー60のセンサー用収容部65、凹部と同様の機能を有する。
【0173】
トップカバー本体62Cの両側突辺部6210の裏面側には、固定孔625に連続して、固定孔625の周囲を切り欠いた形状のざぐり部6212が設けられている。このざぐり部6212により、駆動ユニット4Cに挿入される止着部材87(図29参照)の頭部が、壁部211Bにおいて軸方向で突出しない。なお、センサー用収容部65内には、貫通孔66とボビン係合孔67とが設けられ、センサー基板72によりセンサー用収容部65は覆われている。
【0174】
また、トップカバー本体62Cには、壁部211Bと同様の機能を有する位置決め孔626と位置決め切り欠き部627とが設けられている。位置決め切り欠き部627は、外縁、例えば、一方の側突辺部6210の中央部に設けられている。トップカバー本体62Cにおいて、中心部を中心に位置決め切り欠き部627と対称な位置に位置決め孔626が形成されている。
【0175】
この回転往復駆動アクチュエーター1Cでは、アクチュエーター固定部である固定孔625は、駆動ユニット4Cのトップカバー60Cに設けられている。これにより、回転往復駆動アクチュエーター1Cは、図29に示すように固定台部800における凹状部分の一対の固定壁部804、806に、固定孔625と止着孔807とに、軸方向と平行に止着部材87を挿入して締め付けて固定する。
このとき、トップカバー60Cで固定台部800に固定されているので、固定壁部804、806間に、駆動ユニット4Cを挿入することなく容易に精度良く固定できる。
【0176】
また、駆動ユニット4Cが固定台部800に固定されるので回転往復駆動アクチュエーター1Cは、その重心に近い位置で固定台部800に固定されるので、外乱振動や衝撃を効果的に減衰できる。
【0177】
トップカバー60Cには、位置決め孔626、位置決め切り欠き部627が軸方向に貫通して設けられている。位置決め孔626に、固定壁部806の上端面の位置決め突起808を挿入し、位置決め切り欠き部627に別の位置決め突起を挿入することにより、双方を固定する前に双方の位置決めを行うことができる。
【0178】
また、回転往復駆動アクチュエーター1Cを固定台部800に取り付ける際に、軸と平行方向の位置決め孔626に、軸と平行の位置決め突起808を挿入できる。そして、これを中心に回転往復駆動アクチュエーター1Cを回転などさせて、回転往復駆動アクチュエーター1Cと固定台部800との位置を調整し、位置決め切り欠き部627に、棒など挿入して、更にさらに精度良く、位置調整を行ことができる。
【0179】
<変形例4>
図30は、回転往復駆動アクチュエーターの変形例4のボトムカバーの外観斜視図であり、図31は、製品に取り付けられる回転往復駆動アクチュエーターの変形例4を示す斜視図である。
【0180】
変形例4の回転往復駆動アクチュエーター1Dは、アクチュエーター固定部である固定孔525を、駆動ユニット4のボトムカバー50Dに設けている。回転往復駆動アクチュエーター1Dは、回転往復駆動アクチュエーター1と比較して、ボトムカバー50Dの構成のみ異なり、その他の構成要素は同様である。よって異なる点についてのみ説明し同様の構成については同名称同符号を付して説明は省略する。
【0181】
図30に示すようにボトムカバー50Dは、ボトムカバー50と同様であり、中央部に開口部53を有する矩形板状のカバー本体52において軸方向と直交する方向である両側に、変形例2の壁部211Bと同様に、張り出す両側突辺部5210を有する。
【0182】
両側突辺部5210には、駆動ユニット4よりも外側は張り出した部位であり、軸方向と平行に延在する固定孔525を有する。なお、ボトムカバー50Dは、ボトムカバー50と同様に、ボトムカバー50の裏面には、位置決め突起(図示省略)が突設されている。位置決め突起は、ベース部21の壁部211の凹部218に係合し、位置決めする。
【0183】
このボトムカバー50Dを有する回転往復駆動アクチュエーター1Dは、図31に示すように、固定台部800における凹状部分の一対の固定壁部804、806に、固定孔525と止着孔807とに、軸方向と平行に止着部材87を挿入して締め付けて固定する。
【0184】
このとき、ボトムカバー50Dで固定台部800に固定されているので、固定壁部804、806間に、駆動ユニット4Cのトップカバー60及びコア組立体40を配置させて軸方向に短くした状態で容易に精度良く固定できる。
【0185】
また、駆動ユニット4Dが固定台部800に固定されるので、回転往復駆動アクチュエーター1Dは、その重心に近い位置で固定台部800に固定されることになり、外乱振動や衝撃を効果的に減衰できる。
【0186】
特に、回転往復駆動アクチュエーター1Dは、コア組立体40と、ミラー部12との間に配設されるボトムカバー50Dで、固定台部800に固定されている。これにより、コア組立体40とミラー部12間にある重心で固定台部800に固定されるので、安定した保持が可能である。
【0187】
ボトムカバー50Dには、位置決め孔526、位置決め切り欠き部527が軸方向に貫通して設けられている。これにより、位置決め孔526に、固定壁部806の上端面の位置決め突起808を挿入して位置決め切り欠き部527に別の位置決め突起808を挿入できる。このように、止着孔807と固定孔525を介して双方を固定する前に、双方を正確に置決めすることができる。
【0188】
また、回転往復駆動アクチュエーター1Cを固定台部800に取り付ける際に、軸と平行方向の位置決め孔216に、軸と平行の位置決め突起808を挿入して、これを中心に回動などさせて双方の位置を調整できる。加えて、位置決め切り欠き部217に、棒など挿入して、更にさらに精度良く、位置調整を行ことができる。
【0189】
図32は、回転往復駆動アクチュエーター1を用いたスキャナーシステム100の要部構成を示すブロック図である。
【0190】
スキャナーシステム100は、回転往復駆動アクチュエーター1、1A~1Dのいずれかあり、これら回転往復駆動アクチュエーター1、1A~1Dに加えて、レーザー発光部101、レーザー制御部102、駆動信号供給部103及び位置制御信号計算部104を有する。
【0191】
レーザー発光部101は、例えば、光源となるLD(レーザーダイオード)と、この光源から出力されるレーザー光を収束するためのレンズ系などを有する。レーザー制御部102は、レーザー発光部101を制御する。レーザー発光部101から照射されたレーザー光は、回転往復駆動アクチュエーター1のミラー121に入射される。
【0192】
位置制御信号計算部104は、角度センサー部70により取得された回転軸13(ミラー121)の角度位置と、目標角度位置とを参照して、回転軸13(ミラー121)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104は、取得した回転軸13(ミラー121)の角度位置と、図示しない波形メモリに格納されている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信号とに基づいて位置制御信号を生成する。位置制御信号計算部104は、生成した位置制御信号を駆動信号供給部103に出力する。
【0193】
駆動信号供給部103は、位置制御信号に基づいて、回転往復駆動アクチュエーター1のコイル44、45に、回転軸13(ミラー121)の角度位置が所望の角度位置となるような駆動信号を供給する。これにより、スキャナーシステム100は、回転往復駆動アクチュエーター1から所定の走査領域に走査光を出射することができる。
【0194】
<まとめ>
以上説明したように、本実施の形態に係る回転往復駆動アクチュエーター1は、可動体10、ベース部21を有する本体ユニット2と、本体ユニット2に関係無く単独で組立可能な駆動ユニット4とを有する。回転往復駆動アクチュエーター1は、互いに別々に組み立てた本体ユニット2と駆動ユニット4とを組み付けて構成される。駆動ユニット4は、コア組立体40、ボトムカバー(接続面部)50及びトップカバー60を有する。
【0195】
可動体10は、一端部131側でミラー部(可動対象物)12が固定され、他端部132側でマグネット32が固定される軸部13を有し、軸周りに往復回転可能である。ベース部21は、ミラー部12を挟むように配置され、且つ、軸受22、23を介して軸部13を回転自在に支持する一対の壁部211、212を有する。ベース部21は、回転軸13の他端部132側を一対の壁部211、212のうちの一壁部211から突出させた状態で、一対の壁部211、212で回転軸13を回転自在に支持する。
【0196】
コア組立体40は、コア体400、コイル体49、マグネット位置保持部48、を有する。コア体400は、マグネット32を挟むようにマグネット32の外周に対向する複数の磁極410a、410bを有する。コイル体49は、コア体400に巻回され、マグネット32と相互作用する磁束を通電により発生して可動体10を往復回転させるコイル44、45を有する。
【0197】
マグネット位置保持部48は、マグネット32との間に磁気吸引力を発生して往復回転の基準位置を規定する。ボトムカバー(接続面部)50は、コア組立体40の一端部に一体的に設けられ、マグネット32を開口部53内に挿入させた状態で、他端部132側の壁部211にコア組立体40を組み付ける。
【0198】
本実施の形態の回転往復駆動アクチュエーター1によれば、本体ユニット2と駆動ユニット4の組立を分離して行うことができ、組立性が改善される。また更に、サブ組み立てにおいても強度を確保できる。このように、高い組み立て精度を確保して機械的に安定して駆動する構造を有しつつ、組み立て時間の短縮化を図ることができる。
【0199】
また、ボトムカバー50は、開口部53の軸と平行な軸を有し、他端部132側の壁部211の凹部218と係合する位置決め突起(位置決め係合部)59を有するので確実に且つ正確に互いを接合できる。また、ボトムカバー50と、ベース部21とは、組み立ての自動化が行いやすくなる。
【0200】
また、センサー基板72は、駆動部30(コア体400、マグネット32)よりも外側で、マグネット32とともに、センサー部品の検出部(エンコーダディスク)周囲を覆う。これにより、センサー基板72によりセンサー用収容部65、ひいては、マグネットとコア体400との間のエアギャップGへのコンタミを防止できる。このように、エアギャップGへの異物の混入を防止して、動作不良を防ぐことができ、好適に駆動させることができる。
【0201】
また、回転往復駆動アクチュエーターの駆動ユニット4の内部にマグネット32が配置されているので、外側にマグネットが配置されず、磁束が外側(正面側)に分布することがなく、正面側への漏れ磁束を低減でき、周辺に磁気に弱い製品があっても配置できる。
【0202】
駆動ユニット4のコア組立体40が、矩形枠型のブロック状であるので、コア組立体40の設置スペースが限られたスペース、例えば、ベース部21の壁部211における壁面の矩形領域(軸方向でみた領域)であってもその矩形領域に収まり、十分な磁路長を確保して、可動体20を高振幅駆動できる。
【0203】
また、角度センサー部70をメンテナンスする際に、止着部材84を外すだけで、不具合時に高額部品であるセンサー部品を外部に露出させて、容易に改修或いは交換を行うことができる。
【0204】
また、センサー部が光学センサーである場合、別途遮光部材を用いることなく、センサー用収容部65への光の干渉を防止できる。
【0205】
駆動ユニット4を本体ユニット2に固定する際に、回転軸13を基準とした場合、その基準から寸法を規定できる位置で固定することが望ましい。また、軸を垂直に立てて回転往復駆動アクチュエーターを製品の筐体に固定する際に、軸と平行な方向から、位置決め・固定して回転往復駆動アクチュエーターの組み立て、取り付けを行うことができる。これにより、軸方法と異なる方向で組み立てたりする場合よりも、追い寸法が少なく高精度の位置決め・固定を行うことができる。
【0206】
また、回転往復駆動アクチュエーター1の駆動ユニット4は、図4図11及び図13に示すように、ボトムカバー50、コア組立体40及びトップカバー60を締結する止着部材86が挿入される貫通孔と、トップカバー60とセンサー基板72とを締結する止着部材81が挿入される貫通孔とは軸方向と平行に延在する同じ軸心の貫通孔である。すなわち、センサー基板72の締結は、駆動ユニット4の固定に用いたネジ穴(貫通孔)を共通で用いているので、センサー基板72を固定するために追加のネジ穴が不要となり低コスト化を図ることができる。
【0207】
センサー部品であるロータリーエンコーダ等に隣接して耐衝撃用のブッシュ39が配置されている。これにより、回転往復駆動アクチュエーター1が受けた衝撃等の外乱により回転軸13が振れる場合があっても、ブッシュ39でその衝撃を受けて、センサー部品が衝撃を受けることを防止できる。
【0208】
また、ブッシュ39と、回転軸13の外周との間には、マグネット32とコア組立体40とのエアギャップG、G1よりも狭い隙間(クリアランス)が設けられていてもよい。この場合、ブッシュ39と回転軸13との摺動が無くなり耐衝撃を確保できる。またブッシュ39と回転軸13とが摺動する構成であれば、確実に衝撃を受けて、センサー部へ衝撃を防止でき可動体の不要振動を減衰して、低騒音化を図ることができる。
【0209】
また、可動対象物は、走査光を反射するミラー部12(特にミラー121)である。これにより、回転往復駆動アクチュエーター1を、光走査を行うスキャナーの用途に使用することができる。
【0210】
また、本実施の形態の回転往復駆動アクチュエーター1、1A~1Dのリング状のマグネット32は、磁極切替部32c、32dを、図33に示すように、一方側の端面322に形成されたU字状の溝で構成しているが、U字状の溝で構成しなくてもよい。磁極切替部は、マグネット32において磁極が替わる位置を示すものであればどのように構成されてもよい。マグネット32の変形例を、図33図37を参照して説明する。
【0211】
図33図37は、回転往復駆動アクチュエーター1、1A~1Dにおけるマグネットの変形例1~4を示す。なお、図34図36の各図A図Bは、それぞれ変形例としてのマグネットの正面図、右側面図を示し、図37は、変形例4を有する回転往復駆動アクチュエーターのコア組立体を示す図である。
【0212】
図34図36に示すマグネット320、320A、320Bは、それぞれ中央に回転軸13、13Aが挿通される開口部321を有するリング上に形成されている。図34に示すマグネット320は、一方の端面322の直径部分上に、突状の磁極切替部32e、32fを一体に有する。
【0213】
磁極切替部32e、32fによりマグネット320の形状でマグネット320における磁極の切り替わり位置を判定できる。
【0214】
また、図35に示すマグネット320Aは、リング状の本体の端面322に、断面U字状に変えて断面V字状の磁極切替部32gを有する。
【0215】
磁極切替部32g、32fによりマグネット320Aの形状でマグネット320における磁極の切り替わり位置を判定できる。
【0216】
ここで、マグネット320、320Aの磁極方向の組立精度は、可動対象物であるミラー部12の角度基準や角度センサー76の角度基準に合わせバランス良く配置することが望ましい。各角度基準にずれが発生すると、回転軸13の回転角度により特性の変化が起こり、性能ばらつきの要因となるという問題がある。
【0217】
これに対し、本実施の形態では、マグネット32、320、320Aにおいて磁極切替部32c~32hはU字型、突状型、V字型等に形成されており、マグネット32、320、320Aは、着磁方向に凹凸する形状を有する。
【0218】
よって、U字型、突状型、V字型等に対応するピンを有する位置決め治具(図示省略)を用いて、これら磁極切替部32c、32d、32e、32f、32g、32hを基準として回転往復駆動アクチュエーター1を他部品等に組み付けたり、回転往復駆動アクチュエーターを組み立てたりすることができる。
【0219】
すなわち、凹凸部を基準として、回転往復駆動アクチュエーター1の組立時或いはメンテナンス時等において、回転軸13に固定される各部品の位置関係を調整できる。ミラー部12の角度精度、角度センサー部70の角度基準及びマグネット32の磁極の基準を容易に揃えることが出来、高精度な組立を容易に実現することができる。
【0220】
また、マグネット32では、凹凸が着磁方向に設けられる構成にすれば、外周面で対向する磁極410a、410b、回転角度位置保持部(磁気ばね)48への影響は小さく、トルクへの影響が少なく、また、回転角度位置保持部48の磁気吸引力の特性がばらつくことがない。
【0221】
図36に示すマグネット320Bは、外周面326の一部を切り欠いた形状のフラット面328を有する。フラット面328は、マグネット320Bにおいて異なる磁極の一方の外周面の一部として設けられる。
【0222】
例えば、マグネット320Bを有するコア組立体40Bが、回転往復駆動アクチュエーター1に設けられた場合、図37に示す回転角度位置保持部48に対向する磁極32aと反対側の磁極32bにフラット面328を有するように配置される。このフラット面328は、補極部414の湾曲面と対向する。具体的には、マグネット320Bが基準位置にある場合、フラット面328は、その周方向(水平方向)の長さの中心と、補極部414の周方向(水平方向)の中心とが、開口部321(回転軸13、13A)の中心を通り、フラット面328と直交する線上に位置するように配置される。
【0223】
マグネット320Bにおいて、例えばフラット面328を回転角度位置保持部48やコア(磁極410)側に配置すると、マグネット320Bにおいて一部分しかないフラット部分であるので、発生する磁束の流れはアンバランスであり、磁気回路特性への影響や、性能が劣化することが考えられる。
【0224】
これに対して本実施の形態では、マグネット320Bのフラット面328は、非通電状態時、例えば、基準位置にあるとき、回転角度位置保持部48と回転軸13を挟み反対側に配置されるように構成されている。これによりフラット面328は、回転角度位置保持部48に影響を避けて、つまり、トルク発生のアンバランスを避けて補極部414との間で磁気吸引力を発生させることができる。
【0225】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【0226】
例えば、実施の形態では、可動対象物がミラー部12である場合について述べたが、可動対象物はこれに限らない。可動対象物は、例えば、カメラなどの撮像装置であってもよい。
【0227】
また例えば、実施の形態では、回転往復駆動アクチュエーター1を共振駆動する場合について説明したが、本発明は、非共振駆動する場合にも適用できる。
【0228】
また、駆動ユニット4の構成は、実施の形態で説明したものに限定されない。例えば、コアは、コイルへの通電により励磁され極性を生じる磁極部を有し、回転軸を固定体に取り付けたときに、磁極部とマグネットの外周面とがエアギャップを介して対向するようになっていればよい。また、コイルは、通電したときに、コアの磁極部の一方から他方に向かって好適に磁束を生じさせる構成を有していればよい。
【0229】
さらに、固定体20に設けられる回転角度位置保持部48を、第2コア42に取り付けた構成としたが、これに限らず、固定体20の他の構成要素に設ける構成としてもよい。また、これらの場合、回転角度位置保持部48は、第2コア42に収容されるようにしてもよい。
【0230】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【0231】
本発明は、例えばLiDAR装置やスキャナーシステム等に好適である。
【符号の説明】
【0232】
1、1A、1B、1C、1D 回転往復駆動アクチュエーター
2 本体ユニット
4、4C、4D 駆動ユニット
10、10A 可動体
12 ミラー部
13、13A 回転軸
14 止め部
15、15A ストッパ部
20 固定体
21、21A、21B ベース部
22、23 軸受
30 駆動部
32、320、320A、320B マグネット
32a、32b、410a、410b 磁極
32c、32d、32e、32f、32g、32h 磁極切替部
35、350 予圧用ばね
37 環状受け部
39 ブッシュ
40、40B コア組立体
41 第1コア
42 第2コア
43 第3コア
44、45 コイル
46、47 ボビン
48 回転角度位置保持部
49 コイル体
50、50D ボトムカバー(接続面部)
52 カバー本体
53、321 開口部
54、55、66 貫通孔
56、216、526、626 位置決め孔
57 位置調整孔
58 コア保持用突起
59、808 位置決め突起(位置決め係合部)
60、60C トップカバー
62、62C トップカバー本体
64 周壁部
65 センサー用収容部
67 ボビン係合孔
70 角度センサー部
72 センサー基板
74 エンコーダーディスク(被検出部)
76 光センサー(センサー)
81、84、86、87 止着部材
100 レーザーシステム
101 レーザー発光部
102 レーザー制御部
103 駆動信号供給部
104 位置制御信号計算部
121 ミラー
122 ミラーホルダー
122a、211a、211b、211Aa、212a、211Aa、212Aa 挿通孔
131 一端部
132 他端部
133、133A 嵌合溝
211、211A、211B、212、212A 壁部
213、213A、213B 底部
215、525、625 固定孔
217、527、627 位置決め切り欠き部
218 凹部(被位置決め部)
222、232 軸受本体
224、234 フランジ
322 端面
326 外周面
328 フラット面
400 コア体
411、411a、411b 棒状体
412 接続辺部
413、413a、413b 側辺部(両側辺部)
414 補極部
492 ボビン部
494 端子支持部
496 端子
522 取り付け部
541、2112、6212 ざぐり部
621 凹状部
726 スルーホール
800 固定台部
804、806 固定壁部
807 止着孔
2110、5210、6210 両側突辺部
4964 他辺部
4962 一辺部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
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図10
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図12
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