(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-23
(45)【発行日】2024-05-02
(54)【発明の名称】回転往復駆動アクチュエーター及びスキャナーシステム
(51)【国際特許分類】
H02K 33/16 20060101AFI20240424BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20240424BHJP
G02B 26/08 20060101ALI20240424BHJP
【ＦＩ】
H02K33/16 B
G02B26/10 104Z
G02B26/08 E
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022142902
(22)【出願日】2022-09-08
(62)【分割の表示】P 2019225570の分割
【原出願日】2019-12-13
(65)【公開番号】P2022180434
(43)【公開日】2022-12-06
【審査請求日】2022-09-08
(73)【特許権者】
【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】高橋 勇樹
(72)【発明者】
【氏名】加賀美 雅春
(72)【発明者】
【氏名】北村 泰隆
【審査官】三島木 英宏
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－０６８４５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１０６０５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－３３３８７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１３４９０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２９６５３３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ ３３／１６
Ｇ０２Ｂ ２６／１０
Ｇ０２Ｂ ２６／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
側面視がＬ字状であり、底部と、前記底部の一端から立設された第１の壁部と、を有するベース部と、前記第１の壁部に対し、内側面を互いに対向させて、前記底部の他端から立設された第２の壁部と、
前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に可動対象物が配置され、且つ、前記第１の壁部の外面側に可動マグネットが配置された状態で、軸受けを介して前記第１の壁部及び前記第２の壁部に回転自在に支持された軸部を有する、可動体と、
前記可動マグネットを挟むように前記可動マグネットの外周に対向する偶数の磁極を有するコア体と、前記コア体に巻回され、前記可動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と、を有し、前記外面側で前記第１の壁部に取り付けられた駆動ユニットと、
を備え、
前記第２の壁部は、前記底部に対する着脱又は位置調整が可能に構成されている、
回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項2】
前記第２の壁部に取り付けられた、前記軸部の回転角度を検知する角度センサー部を備える、請求項１に記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項3】
前記角度センサー部は、前記第２の壁部の内側面に取り付けられる、請求項２に記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項4】
前記コア体は、互いに平行に延在する一対の第１コア体及び第２コア体を有し、前記可動マグネットは、前記一対の第１コア体及び第２コア体のそれぞれの端部に配置される前記磁極の間に少なくとも部分的に配置される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項5】
前記駆動ユニットは、前記可動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、請求項１から４のいずれか１項に記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項6】
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から５のいずれか１項に記載の回転往復駆動アクチュエーター。
【請求項7】
請求項６に記載の回転往復駆動アクチュエーターと、前記ベース部に配置され、前記ミラーへ走査光を出射し、走査対象で反射した前記走査光を前記ミラーを介して受光するレーザー受発光部と、
を備えるスキャナーシステム。
【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及びスキャナーシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、複合機、レーザービームプリンタ等のスキャナーに回転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】
従来、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、２等に開示されている。ガルバノモーターとしては、コイルをミラーに取り付けたコイル可動タイプの他、特許文献１に開示された構造等の様々なタイプのものが知られている。
【0004】
因みに、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】
【文献】特開２００７－３３３８７３号公報
【文献】特開２０１４－１８２１６７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、コイル可動タイプの回転往復駆動アクチュエーターにおいては、駆動時のコイルの発熱により、ミラーの表面状態、回転軸へのミラーの接合状態、反りを含むミラーの形状等に悪影響を与えるおそれがある。また、コイル可動タイプの回転往復駆動アクチュエーターにおいては、通電時のコイルの発熱を考慮するとコイルへの入力電流も大きくしにくく、可動体であるミラーの大型化や高振幅化が困難であるという問題がある。さらに、可動体であるミラーに対して、コイルへの配線を固定体側に引き出す必要があり組み立て性が悪いという問題がある。
【0007】
また、特許文献１では、マグネットを可動体側に配置しているので、上述したコイル可動タイプでの問題を解消できるものの、マグネットをコアに対して中立位置に静止させる、つまり、マグネットの磁極の切り替わり部をコアのセンターに位置させるために、コア１極あたりに２極のマグネット、合計で、４極のマグネットが必要である。
【0008】
これにより、例えば、２極のマグネットを用いて同様の回転往復駆動アクチュエーターを構成する場合と比較して、可動体の振幅が小さくなる、つまり、揺動範囲が減少するという問題がある。また、少なくとも４つのマグネットを用いるので、部品点数が多く複雑な構成であり組立が難しい。
【0009】
さらに、近年、スキャナーに用いられる回転往復駆動アクチュエーターとして、可動体であるミラーの大型化等を想定して、剛性を備え、耐衝撃性、耐振動性を有するとともに、組み立て性の向上が図られ、高振幅化を実現可能な回転往復駆動アクチュエーターが望まれている。
【0010】
さらに、回転往復駆動アクチュエーターにおいては、特許文献１にも記載されているように、ミラーに接続された回転軸の回転角度を検出する角度センサーが設けられる。スキャナーとしてのスキャン精度は、この角度センサーの検知精度に大きく依存する。角度センサーの検知精度を高めるためには、角度センサーと、ミラー等の回転往復駆動アクチュエーターの他の構成部品との相対関係が決まった関係となるように、高精度で角度センサーの組み付け位置を調整する必要がある。このような要求は、回転往復駆動アクチュエーターの組み立てを難しくしている。
【0011】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、組み立てが容易であり、かつ、可動対象を高振幅で駆動できる回転往復駆動アクチュエーター及びスキャナーシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0012】
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、
側面視がＬ字状であり、底部と、前記底部の一端から立設された第１の壁部と、を有するベース部と、
前記第１の壁部に対し、内側面を互いに対向させて、前記底部の他端から立設された第２の壁部と、
前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に可動対象物が配置され、且つ、前記第１の壁部の外面側に可動マグネットが配置された状態で、軸受けを介して前記第１の壁部及び前記第２の壁部に回転自在に支持された軸部を有する、可動体と、
前記可動マグネットを挟むように前記可動マグネットの外周に対向する偶数の磁極を有するコア体と、前記コア体に巻回され、前記可動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と、を有し、前記外面側で前記第１の壁部に取り付けられた駆動ユニットと、
を備え、
前記第２の壁部は、前記底部に対する着脱又は位置調整が可能に構成されている。
側面視がＬ字状であり、底部と、前記底部の一端から立設された第１の壁部と、を有するベース部と、
前記第１の壁部に対し、内側面を互いに対向させて、前記底部の他端から立設された第２の壁部と、
前記第１の壁部と前記第２の壁部との間に可動対象物が配置され、且つ、前記第１の壁部の外面側に可動マグネットが配置された状態で、軸受けを介して前記第１の壁部及び前記第２の壁部に回転自在に支持された軸部を有する、可動体と、
前記可動マグネットを挟むように前記可動マグネットの外周に対向する偶数の磁極を有するコア体と、前記コア体に巻回され、前記可動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と、を有し、前記外面側で前記第１の壁部に取り付けられた駆動ユニットと、
を備え、
前記第２の壁部は、前記底部に対する着脱又は位置調整が可能に構成されている。
【0013】
本発明のスキャナーシステムの一つの態様は、
上記回転往復駆動アクチュエーターと、
前記ベース部に配置され、前記ミラーへ走査光を出射し、走査対象で反射した前記走査光を前記ミラーを介して受光するレーザー受発光部と、
を備える。
上記回転往復駆動アクチュエーターと、
前記ベース部に配置され、前記ミラーへ走査光を出射し、走査対象で反射した前記走査光を前記ミラーを介して受光するレーザー受発光部と、
を備える。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、組み立てが容易であり、かつ、可動対象を高振幅で駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施の形態の回転往復駆動アクチュエーターの外観斜視図
【図2】回転往復駆動アクチュエーターの分解斜視図
【図4】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
【図5】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
【図6】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ブロック図
【図7】スキャナーシステムの構成例を示す外観斜視図
【図8】スキャナーシステムの他の構成例を示す外観斜視図
【図9】他の実施の形態の回転往復駆動アクチュエーターの外観斜視図
【図10】他の実施の形態の回転往復駆動アクチュエーターの分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0017】
【0018】
回転往復駆動アクチュエーター１００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１００は、複合機、レーザービームプリンタ等のスキャナーにも適用可能である。
【0019】
回転往復駆動アクチュエーター１００は、大きく分けて、ベース部１１０と、ベース部１１０に回転自在に支持されるミラー部１２０と、ミラー部１２０を往復回転駆動する駆動ユニット２００と、ミラー部１２０の回転角度位置を検出する角度センサー部１３０と、を有する。
【0020】
ミラー部１２０は、図２から分かるように、基板１２２の一面にミラー１２１が貼り付けられている。基板１２２の挿通孔１２２ａには軸部１４１が挿通され、基板１２２と軸部１４１は固着される。
【0021】
ベース部１１０は、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂを有する断面が略コ字状の部材でなる。一対の壁部１１１ａ、１１１ｂにはそれぞれ軸部１４１が挿通される挿通孔１１２が形成されている。さらに、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂにはそれぞれ挿通孔１１２と壁部１１１ａ、１１１ｂの外縁とを連通する切欠穴１１３が形成されている。
【0022】
これにより、軸部１４１にミラー部１２０を固着させた状態で、軸部１４１を切欠穴１１３を介して挿通孔１１２の位置に配置させることができる。切欠穴１１３が無い場合には、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂの間にミラー部１２０を配置させた状態で、軸部１４１を壁部１１１ａ、１１１ｂの挿通孔１１２及び基板１２２の挿通孔１２２ａの両方に挿通し、さらに軸部１４１と基板１２２を固着させるといった煩雑な組立て作業が必要となる。これに対して、本実施の形態においては、切欠穴１１３を形成したので、予めミラー部１２０を固着させた軸部１４１を、簡単に挿通孔１１２に挿通させることができるようになる。
【0023】
軸部１４１の両端にはボールベアリング１５１が取り付けられる。ボールベアリング１５１は、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂの挿通孔１１２の位置に形成されたベアリング取付部１１４に取り付けられる。これにより、軸部１４１は、ボールベアリング１５１を介して回転自在にベース部１１０に取り付けられ、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂの間には、可動対象物であるミラー部１２０が配置される。
【0024】
さらに、軸部１４１の一端には可動マグネット１６１が固着される。可動マグネット１６１は、駆動ユニット２００内に配置され、駆動ユニット２００により発生される磁束によって往復回転駆動される。
【0025】
このように、本実施の形態では、可動対象物であるミラー部１２０が取り付けられる軸部１４１は、ベース部１１０の一対の壁部１１１ａ、１１１ｂによって、ミラー部１２０を両側から支持するように軸支されている。これにより、軸部１４１を片持ちで軸支するよりもミラー部１２０の支持が強固となり、耐衝撃性や耐振動性が高まる。
【0026】
駆動ユニット２００は、図２から分かるように、コア体２１０と、コイル体２２０と、を有する。コイル体２２０の内部にはコイルが巻回して設けられている。コア体２１０は、第１コア体２１１と第２コア体２１２とからなる。同様に、コイル体２２０は、第１コイル体２２１と第２コイル体２２２とからなる。コイル体２２０は、コア体２１０の一部に差し込むようにして取り付けられる。これにより、コイル体２２０のコイルが通電されると、コア体２１０が励磁される。
【0027】
コア体２１０及びコイル体２２０は、固定プレート２５０に固定され、固定プレート２５０は、止着材２５１を介してベース１１０の壁部１１１ａに固定される。
【0028】
因みに、本実施の形態の例では、駆動ユニット２００は、さらに、架設コア２３０と、マグネット位置保持部２４０と、を有する。架設コア２３０は、コア体２１０と同様の構成である。マグネット位置保持部２４０は、マグネットにより構成されている。マグネット位置保持部２４０の磁力によって可動マグネット１６１の位置が動作基準位置に磁気吸引される。このことについては、後で詳述する。
【0029】
本実施の形態の例では、コア体２１０及び架設コア２３０は、それぞれ積層コアであり、例えば、ケイ素鋼板を積層して構成されている。
【0030】
角度センサー部１３０は、回路基板１３１と、回路基板１３１に実装された光センサー１３２及びコネクター１３３と、エンコーダーディスク１３４と、ケース１３５と、を有する。回路基板１３１は止着材１３６によりケース１３５に固定される。ケース１３５は止着材１３７により壁部１１１ｂに固定される。
【0031】
エンコーダーディスク１３４は、取付材１３８を介して軸部１４１に固着して取り付けられ、可動マグネット１６１及びミラー部１２０と一体に回転する。つまり、取付材１３８は、軸部１４１が挿通されて固着される挿通孔と、エンコーダーディスク１３４が当接されて固着されるフランジ部とを有し、軸部１４１とエンコーダーディスク１３４との両方に固定される。この結果、エンコーダーディスク１３４の回転位置が軸部１４１の回転位置と同一となる。光センサー１３２は、エンコーダーディスク１３４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１３４の回転位置（角度）を検出する。これにより、光センサー１３２によって可動マグネット１６１及びミラー部１２０の回転位置を検出できる。
【0032】
本実施の形態の回転往復駆動アクチュエーター１００においては、可動マグネット１６１や軸部１４１を有する可動体、コイル体２２０及びコア体２１０などを有する駆動ユニット２００は、ベース部１１０の一対の壁部１１１ａ、１１１ｂのうちの一方の壁部１１１ａの外面側に取り付けられる。これに対して、軸部１４１の回転角度を検知する角度センサー部１３０は、ベース部１１０の一対の壁部１１１ａ、１１１ｂのうちの他方の壁部１１１ｂの外面側に取り付けられている。
【0033】
これにより、角度センサー部１３０の取り外しや組み付け位置の調整が容易となる。角度センサー部１３０の取り外しが容易となることにより、角度センサー部１３０に不具合が生じた場合に容易に交換できるようになる。また、角度センサー部１３０の組み付けを組み立ての最終段階で行うことが可能となる。この結果、他の部品の組み立てが正常であることを確認してから高価な角度センサー部１３０を組み付けることができるので、高価な角度センサー部１３０を他の部品の組み立て不良が原因で無駄にするといったリスクを抑制することができる。
【0034】
【0035】
【0036】
回転往復駆動アクチュエーター１００においては、マグネット位置保持部２４０と可動マグネット１６１との磁気吸引力、所謂、磁気バネにより、常態時では、可動マグネット１６１や軸部１４１などからなる可動体は、動作基準位置に位置するように、回動自在に保持されている。ここで、常態時は、コイル体２２０に通電されていない状態である。
【0037】
可動体が動作基準位置に位置することは、本実施の形態では、可動マグネット１６１がコイル体２２０の励磁するコア体２１０の磁極２１１ａ、２１２ａに対して中立な位置に位置することを意味し、軸回りの一方向と他方向（軸部１４１側から見て正転及び逆転）の双方のいずれの方向にも同様に回転が可能な位置である。換言すれば、マグネット位置保持部２４０が可動マグネット１６１を磁気吸引する基準位置は、可動マグネット１６１の往復回転の回転中心位置である。可動体が動作基準位置に位置するとき、可動マグネット１６１の磁極の切り替わり部１６１ｃが、コイル体２２０側の磁極と対向する位置に位置する。
【0038】
可動マグネット１６１とコイル体２２０との協働により、可動体の軸部１４１は、ベース部１１０に対して動作基準位置から軸回りの一方向と他方向とに往復回転する。
【0039】
可動マグネット１６１は、リング形状をなしており、軸部１４１の外周で、軸部１４１の回転軸方向と直交する方向に、Ｓ極及びＮ極が交互に着磁された偶数の磁極１６１ａ、１６１ｂを有する。可動マグネット１６１は、本実施の形態では、２極に着磁されているが、可動時の振幅に応じて２極以上着磁されていてもよい。
【0040】
偶数の磁極１６１ａ、１６１ｂは、軸部１４１を挟み互いに反対側に向く異なる極性の着磁面を有する。本実施の形態では、磁極１６１ａ、１６１ｂは、軸部１４１の軸方向に沿う平面を境界として異なる極性である。
【0041】
また、偶数の磁極１６１ａ、１６１ｂは、軸部１４１の外周で、等間隔に着磁されて構成されている。
【0042】
このように可動マグネット１６１では、軸部１４１の外周に、Ｓ極及びＮ極をなす偶数の磁極１６１ａ、１６１ｂが交互に配置され、かつ、それぞれの磁極１６１ａ、１６１ｂは等間隔に配置されている。
【0043】
より具体的には、可動マグネット１６１は、それぞれの半円状の部位が異なる磁極１６１ａ、１６１ｂを構成している。半円状の部位の円弧状の湾曲面が、異なる磁極１６１ａ、１６１ｂの着磁面であり、この異なる磁極１６１ａ、１６１ｂの着磁面が軸回りに周方向に延在するように構成されている。言い換えれば、磁極１６１ａ、１６１ｂの着磁面は、軸部１４１の軸方向と直交する方向に並び、且つ、回転してそれぞれ第１コア体２１１、第２コア体２１２の磁極２１１ａ、２１２ａに対向可能に配置される。
【0044】
可動マグネット１６１の磁極数は、コア体２１０の磁極数と等しい。
【0045】
可動マグネット１６１の磁極１６１ａ、１６１ｂの磁極切り替わり部１６１ｃは、コイル体２２０への非通電時において、第１コア体２１１、第２コア体２１２の磁極２１１ａ、２１２ａの幅方向の中心位置と対向する位置に位置する。
【0046】
第１コア体２１１、第２コア体２１２は、互いに平行であり、かつ、可動マグネット１６１を挟むように形成された芯部２１１ｂ、２１２ｂ（図４参照）を有する。芯部２１１ｂ、２１２ｂには、それぞれ、第１コイル体２２１、第２コイル体２２２が外挿されている。芯部２１１ｂ、２１２ｂの一方の端部間に架設コア２３０が架設され、芯部２１１ｂ、２１２ｂの他方の端部に連続して磁極２１１ａ、２１２ａが形成されている。
【0047】
このように、コア体２１０は、コイル体２２１、２２２が外挿される芯部２１１ｂ、２１２ｂと、磁極２１１ａ、２１２ａと、磁極２１１ａ、２１２ａとは反対側の端部間に架設される架設コア２３０と、を有する。すなわち、コア体２１０は３つの分割体により構成されている。これら分割体のうち、架設コア２３０にマグネット位置保持部２４０が設けられている。
【0048】
２つの磁極２１１ａ、２１２ａは、可動マグネット１６１の外周とエアギャップＧを空けて可動マグネット１６１を挟むように対向して配置される。
【0049】
架設コア２３０には、可動マグネット１６１にエアギャップＧを空けて対向して配置されるマグネット位置保持部２４０が、可動マグネット１６１側に凸状に突出して取り付けられている。
【0050】
マグネット位置保持部２４０は、例えば、対向面をＮ極（図４参照）に着磁されたマグネットである。マグネット位置保持部２４０は、架設コア２３０と一体的に形成されていてもよい。
【0051】
マグネット位置保持部２４０は、可動マグネット１６１との間に発生する磁気吸引力により、可動マグネット１６１とともに磁気バネとして機能し、回転する可動マグネット１６１の位置を動作基準位置に位置させて保持する。
【0052】
マグネット位置保持部２４０は、可動マグネット１６１側に向けて着磁されたマグネットである。マグネット位置保持部２４０は、動作基準位置において、可動マグネット１６１の磁極切り替わり部１６１ｃを、磁極２１１ａ、２１２ａと対向する位置に位置させる。このように、マグネット位置保持部２４０は、可動マグネット１６１と互いに吸引し合い、可動マグネット１６１を動作基準位置に位置させることができる。これにより、可動マグネット１６１の磁極切り替わり部１６１ｃが、第１コア体２１１、第２コア体２１２の磁極２１１ａ、２１２ａと対向する。この位置で、駆動ユニット２００は最大トルクを発生して可動体を安定して駆動する。
【0053】
また、可動マグネット１６１は、２極着磁されているので、コア体２１０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、振動性能の向上を図ることができる。
【0054】
【0055】
コイル体２２０（２２１、２２２）への非通電時において、可動マグネット１６１は、マグネット位置保持部２４０と可動マグネット１６１との磁気吸引力、つまり、磁気ばねにより動作基準位置に位置する。
【0056】
この動作基準位置（以下、動作基準位置を常態時と呼ぶこともある）では、可動マグネット１６１の磁極１６１ａ、１６１ｂの一方がマグネット位置保持部２４０に吸引されて、磁気切り替わり部１６１ｃが、第１コア体２１１、第２コア体２１２の磁極２１１ａ、２１２ａの中心位置と対向する位置に位置する。
【0057】
コイル体２２０に通電が行われると、コイル体２２０（２２１、２２２）は、第１コア体２１１、第２コア体２１２を励磁する。
【0058】
図４に示す方向でコイル体２２０が通電されると、磁極２１１ａはＮ極に磁化され、磁極２１２ａはＳ極に磁化される。
【0059】
この結果、第１コア２１１では、Ｎ極に磁化された磁極２１１ａから可動マグネット１６１に出射して、可動マグネット１６１、マグネット回転位置保持部２４０、架設コア２３０を順に流れ、芯部２１１ｂに入射する磁束が形成される。
【0060】
また、第２コア２１２では、磁束は、芯部２１２ｂから架設コア２３０側に出射して、架設コア２３０、マグネット回転位置保持部２４０、可動マグネット１６１を順に流れ、磁極２１２ａに入射する。
【0061】
これにより、Ｎ極に磁化された磁極２１１ａは、可動マグネット１６１のＳ極と引き合い、Ｓ極に磁化された磁極２１２ａは、可動マグネット１６１のＮ極と引き合い、可動マグネット１６１には軸部１４１の軸回りにＦ方向のトルクが発生し、可動マグネット１６１はＦ方向に回転する。これに伴い、軸部１４１も回転し、軸部１４１に固定されるミラー部１２０も回転する。
【0062】
次に、図５に示したように、コイル体２２０の通電方向が逆方向に切り替わると、磁極２１１ａはＳ極に磁化され、磁極２１２ａはＮ極に磁化され、磁束の流れも逆になる。
【0063】
これにより、Ｓ極に磁化された磁極２１１ａは、可動マグネット１６１のＮ極と引き合い、Ｎ極に磁化された磁極２１２ａは、可動マグネット１６１のＳ極と引き合い、可動マグネット１６１には軸部１４１の軸回りにＦ方向とは逆回りの方向のトルクが発生し、可動マグネット１６１はＦ方向とは逆の方向に回転する。これに伴い、軸部１４１も逆方向に回転し、軸部１４１に固定されるミラー部１２０も先の回転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１００は、これを繰り返すことで、ミラー部１２０を往復回転駆動する。
【0064】
実際上、回転往復駆動アクチュエーター１００は、電源供給部（例えば図７の駆動信号供給部２１に相当）からコイル体２２０に入力される交流波によって駆動される。つまり、コイル体２２０の通電方向は周期的に切り替わり、可動体には、軸回りの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、可動体は、往復回転駆動される。
【0065】
因みに、通電方向の切り替わり時には、マグネット回転位置保持部２４０と可動マグネット１６１との間の磁気吸引力、つまり磁気バネにより、磁気バネトルクＦＭ（図４）又は－ＦＭ（図５）が発生し可動マグネット１６１は動作基準位置に付勢される。
【0066】
以下に、回転往復駆動アクチュエーター１００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１００では、可動体の慣性モーメントをＪ［ｋｇ・ｍ２］、磁気バネ（磁極２１１ａ、２１２ａ、マグネット位置保持部２４０及び可動マグネット１６１）のねじり方向のバネ定数をＫｓｐとした場合、可動体は、ベース部１１０に対して、式（１）によって算出される共振周波数Ｆｒ［Ｈｚ］で振動（往復回転）する。
【0067】
【数1】
【0068】
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、コイル体２２０に可動体の共振周波数Ｆｒ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体２２０に対して、可動体の共振周波数Ｆｒ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。
【0069】
回転往復駆動アクチュエーター１００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１００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。
【0070】
【数2】
【0071】
【数3】
【0072】
すなわち、回転往復駆動アクチュエーター１００における可動体の慣性モーメントＪ［ｋｇ・ｍ２］、回転角度θ（ｔ）［ｒａｄ］、トルク定数Ｋｔ［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Ｋｅ［Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）］は、式（３）を満たす範囲内で適宜変更できる。
【0073】
このように、回転往復駆動アクチュエーター１００は、可動体の慣性モーメントＪと磁気ばねのバネ定数Ｋｓｐにより決まる共振周波数Ｆｒ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、効率的に大きな振動出力を得ることができる。
【0074】
本実施の形態の回転往復駆動アクチュエーター１００によれば、トルクの発生効率が高いので、可動対象であるミラー１２１に熱が伝達しにくく、この結果、ミラー１２１の反射面の平面度の精度を確保できる。また、製造性が高く、組立精度がよく、可動対象が大型ミラーであっても高振幅で駆動できる。
【0075】
なお、本実施の形態の回転往復駆動アクチュエーター１００は、共振駆動が可能であるが、非共振駆動も可能である。
【0076】
＜３＞スキャナーシステムの概略構成
次に、回転往復駆動アクチュエーター１００を用いたスキャナーシステムの構成について簡単に説明する。
次に、回転往復駆動アクチュエーター１００を用いたスキャナーシステムの構成について簡単に説明する。
【0077】
図６は、回転往復駆動アクチュエーター１００を用いたスキャナーシステム３００Ａの要部構成を示すブロック図である。
【0078】
スキャナーシステム３００Ａは、回転往復駆動アクチュエーター１００に加えて、レーザー発光部３０１、レーザー制御部３０２、駆動信号供給部３０３及び位置制御信号計算部３０４を有する。
【0079】
レーザー発光部３０１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で構成される。レーザー制御部３０２は、レーザー発光部３０１を制御する。レーザー発光部３０１で得られたレーザー光は、回転往復駆動アクチュエーター１００のミラー１２１に入射される。
【0080】
位置制御信号計算部３０４は、角度センサー部１３０により取得された軸部１４１（ミラー１２１）の角度位置と、目標角度位置とを参照して、軸部１４１（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３０４は、取得した軸部１４１（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して、この位置制御信号を駆動信号供給部３０３に出力する。
【0081】
駆動信号供給部３０３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１００のコイル体２２０に、軸部１４１（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３００Ａは、回転往復駆動アクチュエーター１００から所定の走査領域に走査光を出射することができる。
【0082】
図１との対応部分に同一符号を付して示す図７は、スキャナーシステムの構成例を示す外観斜視図である。スキャナーシステム３００Ｃは、ベース部１１０上にレーザーユニット４１０が設けられている。レーザーユニット４１０は、レーザー発光部４１１及びレーザー受光部４１２を有する。これにより、レーザー発光部４１１から出射されたレーザー光が、回転往復駆動アクチュエーター１００のミラー部１２０で反射して走査光とされ、走査対象に照射される。走査対象で反射した走査光は、ミラー部１２０を介してレーザー受光部４１２で受光される。なお、スキャナーシステム３００Ｃの回転往復駆動アクチュエーター１００においては、図１の回転往復駆動アクチュエーター１００と比較して、ベース部１１０の底板が図中の奥行方向に拡張されており、この拡張部分にレーザーユニット４１０が設置されている。
【0083】
図７との対応部分に同一符号を付して示す図８は、スキャナーシステムの別の構成例を示す外観斜視図である。スキャナーシステム３００Ｄは、レーザーユニット４１０の配設位置が異なることを除いてスキャナーシステム３００Ｃと同様の構成でなる。
【0084】
図７及び図８に示したように、回転往復駆動アクチュエーター１００のベース部１１０に、レーザーユニット４１０を設けたことにより、回転往復駆動アクチュエーター１００に容易かつ精度良くレーザーユニット４１０を取り付けることができる。
【0085】
ここで、スキャナーとしての機能を実現するのであれば、レーザーユニット４１０は、レーザー受光部４１２を有さずに、レーザー発光部４１１のみを有していてもよい。ただし、本実施の形態では、レーザーユニット４１０がレーザー受光部４１２も有し、さらに、レーザーユニット４１０が回転往復駆動アクチュエーター１００のベース部１１０に設けられているので、結果として、光検出部であるレーザー受光部４１２がスキャナー部分に直接取り付けられた構成となる。これにより、スキャナー部分に対するレーザー受光部の位置決め精度を容易に高めることができる。
【0086】
＜４＞まとめ
以上説明したように、本実施の形態の回転往復駆動アクチュエーター１００は、ベース部１１０と、可動対象物（実施の形態の例ではミラー部１２０）が接続される軸部１４１に固定された可動マグネット１６１と、コア体２１０、及び、通電時にコア体２１０に磁束を発生させるコイル体２２０を有し、コア体２１０から発生する磁束と可動マグネット１６１との電磁相互作用により、可動マグネット１６１を往復回転駆動する駆動ユニット２００と、を有する。さらに、回転往復駆動アクチュエーター１００は、可動マグネット１６１は、リング形状を成し、軸部１４１の外周で、Ｓ極及びＮ極を成す偶数の磁極が交互に着磁されて構成され、コア体２１０の磁極数と可動マグネット１６１の磁極数は、等しく、コア体２１０の偶数の磁極は、可動マグネット１６１と、軸部１４１の外周側でエアギャップを挟み各々対向して配置され、駆動ユニット２００には、可動マグネット１６１に対向して設けられた磁性体であり、可動マグネット１６１を基準位置に磁気吸引するマグネット位置保持部２４０が設けられている。
以上説明したように、本実施の形態の回転往復駆動アクチュエーター１００は、ベース部１１０と、可動対象物（実施の形態の例ではミラー部１２０）が接続される軸部１４１に固定された可動マグネット１６１と、コア体２１０、及び、通電時にコア体２１０に磁束を発生させるコイル体２２０を有し、コア体２１０から発生する磁束と可動マグネット１６１との電磁相互作用により、可動マグネット１６１を往復回転駆動する駆動ユニット２００と、を有する。さらに、回転往復駆動アクチュエーター１００は、可動マグネット１６１は、リング形状を成し、軸部１４１の外周で、Ｓ極及びＮ極を成す偶数の磁極が交互に着磁されて構成され、コア体２１０の磁極数と可動マグネット１６１の磁極数は、等しく、コア体２１０の偶数の磁極は、可動マグネット１６１と、軸部１４１の外周側でエアギャップを挟み各々対向して配置され、駆動ユニット２００には、可動マグネット１６１に対向して設けられた磁性体であり、可動マグネット１６１を基準位置に磁気吸引するマグネット位置保持部２４０が設けられている。
【0087】
これにより、可動マグネット１６１がマグネット位置保持部２４０によって、通電方向の切り替わる度に中立位置（動作基準位置）に磁気吸引されるので、エネルギー効率が良く、応答性が良く、かつ高振幅の往復回転駆動が実現される。また、コイル可動タイプの回転往復駆動アクチュエーターと比較して、コイル体２２０での発熱が可動対象物に伝わりにくく、可動対象物がミラーである場合に、ミラーに熱による悪影響（接合劣化、反りなど）が及ぶことを回避できる。
【0088】
加えて、本実施の形態の回転往復駆動アクチュエーター１００は、ベース部１１０には、軸受け（ボールベアリング１５１）を介して軸部１４１を回転自在に支持する一対の壁部１１１ａ、１１１ｂが立設されており、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂの間には、可動対象物（実施の形態の例ではミラー部１２０）が配置され、駆動ユニット２００は、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂのうちの一方の壁部１１１ａの外面側に取り付けられ、軸部１４１の回転角度を検知する角度センサー部１３０は、一対の壁部１１１ａ、１１１ｂのうちの他方の壁部１１１ｂの外面側に取り付けられている。
【0089】
これにより、角度センサー部１３０の取り外しや組み付け位置の調整が容易となる。角度センサー部１３０の取り外しが容易となることにより、角度センサー部１３０に不具合が生じた場合に容易に交換できるようになる。また、角度センサー部１３０の組み付けを組み立ての最終段階で行うことが可能となる。この結果、他の部品の組み立てが正常であることを確認してから高価な角度センサー部１３０を組み付けることができるので、高価な角度センサー部１３０を他の部品の組み立て不良が原因で無駄にするといったリスクを抑制することができる。
【0090】
本発明の一つの態様においては、マグネット位置保持部２４０が可動マグネット１６１を磁気吸引する基準位置は、可動マグネット１６１の往復回転の回転中心位置である。
【0091】
本発明の一つの態様においては、可動マグネット１６１は、軸部１４１の外周で、偶数の磁極が等間隔に着磁されている。
【0092】
本発明の一つの態様においては、マグネット位置保持部２４０は、コア体２１０の偶数の磁極の間の位置であり、かつ、可動マグネット１６１の径方向に対向した位置に、配置されている。
【0093】
これらの構成によって、駆動トルクを最大化でき、かつ、駆動トルクの向きを安定化できる。
【0094】
上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。
【0095】
上述の実施の形態では、角度センサー部１３０を取り付ける壁部１１１ｂがベース部１１０と一体に形成された壁部１１１ｂである場合について述べたが、角度センサー部１３０を取り付ける壁部はベース部１１０に一体に形成されたものではなく、後からベース部に取り付けられたものであってもよい。
【0096】
具体的には、図１との対応部分に同一符号を付した図９、及び、図２との対応部分に同一符号を付した図１０のように、回転往復駆動アクチュエーター１００Ａは、Ｌ字状のベース部１１０’を有する。回転往復駆動アクチュエーター１００Ａにおいては、内面に角度センサー部１３０が取り付けられた壁部１１１ｃがベース部１１０’に取り付けられる。この構成においても、ベース部１１０’に対して壁部１１１ｃを取り外したり、相対移動させることができるので、角度センサー部１３０の取り外しや組み付け位置の調整が容易である。ただし、上述の実施の形態のように、壁部１１１ｂの外面側に角度センサー部１３０を取り付けた構成の方が角度センサー部１３０の取り外しや組み付け位置の調整がより容易である。
【0097】
上述の実施の形態では、軸部１４１をベース部１１０に回転自在に取り付ける軸受けとして、ボールベアリング１５１を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限定されず、軸受けとしては、例えばエアー軸受けやオイル軸受けなどを用いてもよい。
【0098】
上述の実施の形態では、駆動ユニット２００が壁部１１１ａの外面側に取り付けられている場合について述べたが、駆動ユニット２００の位置はこれに限らない。駆動ユニット２００は、例えば壁部１１１ａの内面側に取り付けられてもよい。
【0099】
上述の実施の形態では、回転往復駆動アクチュエーター１００が駆動する可動対象物、つまり軸部１４１に取り付けられる可動対象物がミラー部１２０である場合について述べるが、可動対象物はこれに限らない。例えば、カメラなどが可動対象物であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0100】
本発明は、例えばスキャナー等に好適である。
【符号の説明】
【0101】
１００、１００Ａ 回転往復駆動アクチュエーター
１１０、１１０’ ベース部
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ 壁部
１１２ 挿通孔
１１３ 切欠穴
１１４ ベアリング取付部
１２０ ミラー部
１２１ ミラー
１２２ 基板
１２２ａ 挿通孔
１３０ 角度センサー部
１３１ 回路基板
１３２ 光センサー
１３３ コネクター
１３４ エンコーダーディスク
１３５ ケース
１３６、１３７、２５１ 止着材
１３８ 取付材
１４１ 軸部
１５１ ボールベアリング
１６１ 可動マグネット
１６１ｃ 磁極切り替わり部
２００ 駆動ユニット
２１０ コア体
２１１ 第１コア体
２１２ 第２コア体
２２０ コイル体
２２１ 第１コイル体
２２２ 第２コイル体
２３０ 架設コア
２４０ マグネット位置保持部
２５０ 固定プレート
３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｄ スキャナーシステム
３０１、４１１ レーザー発光部
３０２ レーザー制御部
３０４ 位置制御信号計算部
４１０ レーザーユニット
４１２ レーザー受光部
１１０、１１０’ ベース部
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ 壁部
１１２ 挿通孔
１１３ 切欠穴
１１４ ベアリング取付部
１２０ ミラー部
１２１ ミラー
１２２ 基板
１２２ａ 挿通孔
１３０ 角度センサー部
１３１ 回路基板
１３２ 光センサー
１３３ コネクター
１３４ エンコーダーディスク
１３５ ケース
１３６、１３７、２５１ 止着材
１３８ 取付材
１４１ 軸部
１５１ ボールベアリング
１６１ 可動マグネット
１６１ｃ 磁極切り替わり部
２００ 駆動ユニット
２１０ コア体
２１１ 第１コア体
２１２ 第２コア体
２２０ コイル体
２２１ 第１コイル体
２２２ 第２コイル体
２３０ 架設コア
２４０ マグネット位置保持部
２５０ 固定プレート
３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｄ スキャナーシステム
３０１、４１１ レーザー発光部
３０２ レーザー制御部
３０４ 位置制御信号計算部
４１０ レーザーユニット
４１２ レーザー受光部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】