JPH0416818A - 変位拡大装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電素子、電歪素子、磁歪素子等のアクチュ
エータの微小変位を拡大する変位拡大装置に関し、特に
、光走査装置における像面湾曲補正用装置のアクチュエ
ータ部等に用いるのに最適な変位拡大装置に関する。

〔従来の技術〕

圧電素子、電歪素子、磁歪素子等の伸縮変位するアクチ
ュエータは応答が正確で高速の駆動が可能であり、各種
分野に変位手段として使用されている。

しかしながら、これらアクチュエータは変位量が非常に
小さいので使用目的によってはアクチュエータの変位量
を拡大する変位拡大装置が必要となる。

例えば、レーザプリンタ、デジタル複写機、し−ザプロ
ツタ、レーザファクシミリ、レーザ製版機等に装備され
る光走査装置において、被走査面上における光スポツト
径の変動の原因となる結像光学系の像面湾曲を除去する
ため、光源である半導体レーザや結像レンズ等を光走査
に同期して変位することが知られており、最近では光源
と光偏向装置（回転多面鏡等）の間にあるシリンドリカ
ルレンズを光軸方向へ変位させて像面湾曲の除去・軽減
を行うことが提案されているが、このような像面湾曲の
補正に必要なシリンドリカルレンズ等の変位量は通常数
１００　ｉＬｍであるが、前述の圧電素子、電歪素子、
磁歪素子等のアクチュエータの変位量は通常１０μｍ程
度であり、数倍乃至数１０倍の変位拡大が必要となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、変位拡大機構としては種々のものが知られ、
また提案されているが、構成の複雑なものが多く、装置
が大がかりになりやすい。また、前述の光走査装置の像
面湾曲の補正に用いるのに適当な変位拡大装置の具体的
なものは公表されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、圧電
素子、電歪素子、磁歪素子等の伸縮変位するアクチュエ
ータの変位量を数倍乃至数１０倍に拡大することができ
、光走査装置の像面湾曲補正用装置のアクチュエータ部
等として用いるのに最適な変位拡大装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するため、本発明による変位拡大装置は、駆動回路から
の信号に応じて微小変位するアクチュエータの変位を拡
大する装置であって、 支持部材にてこ式に支持されたアーム部を有し、該アー
ム部の一端側が上記アクチュエータに連結され該アクチ
ュエータの変位に応じて他端側が揺動変位し変位量を拡
大するてこ式変位拡大機構と、上記てこ式変位拡大機構
のアーム部揺動端と支持部材との間に支持される拡大機
構であって、変位すべき物体が取り付けられる動作部と
該動作部の両側に夫々配される偶力による回転運動を利
用した偶力式変位拡大部とを備え、偶力式変位拡大部に
上記てこ式変位拡大機構のアーム部の揺動により偶力が
作用したときに偶力式変位拡大部が回転運動して動作部
を並進運動する偶力式変位拡大機構とを備え、 上記アクチュエータの微小変位を上記てこ式変位拡大機
構のアーム部を介して上記偶力式変位拡大機構に作用さ
せ、動作部の並進運動として変位量を拡大することを特
徴とする 以下、本発明の変位拡大装置について、より詳細に説明
する。

ここで、第３図は本発明の変位拡大装置のてこ式変位拡
大機構の原理説明図であって、図示の例では、てこ式変
位拡大機構は支持部材２にてこ式に支持されたアーム部
４ａを備えており、アーム部４ａの一端側を例えば積層
型圧電アクチュエータ等の伸縮変位するアクチュエータ
１と連結し、この連結部Ａをアクチュエータ１の伸縮に
より変位することによって、アーム部４ａがてこの原理
によって支点Ｂを中心に揺動され、揺動端４ｂの変位と
して変位量を拡大するものである。この変位量の拡大率
はアーム部４ａを支持する支点Ｂの位置を変えててこの
比（ａ：ｂ）を変えることにより任意に設定可能となる
。

次に、第４図は偶力式変位拡大機構の原理説明図であっ
て、この偶力式変位拡大機構は、第４図（ａ）に示すよ
うに、矩形状物体の対角位置に大きさが等しく向きが反
対な一対の平行力（偶力）Ｆを作用させた場合に、物体
が第４図（ｂ）に示すように力の作用点を結ぶ中点○を
中心に回転運動を行うことを利用したものであり、この
機構を２つ用いれば、偶力による回転運動を並進運動に
変換することができ、変位の拡大に応用することができ
る。

より具体的には、本発明の偶力式変位拡大機構は、第５
図（ａ）に示すように、変位すべき物体が取り付けられ
る動作部３ｃと該動作部３ｃの両側に夫々配される偶力
による回転運動を利用した偶力式変位拡大部３ａ、３ｂ
とを備えた構成となっている。動作部３Ｃ及び変位拡大
部３ａ、３ｂは図示の例では矩形状のブロックで構成さ
れており、各ブロックは弾性変形可能部材からなる応力
集中部ｄｉ、ｄ２．ｃ１３．ｄ４で図示の如く連結され
ている。尚、図中ｃｌ、ｃ２は力作用部であり、この部
分に大きさが等しく向きが反対の一対の平行力を作用さ
せる。

さて、第５図（ａ）に示すように構成された偶力式変位
拡大機構においては、力作用部ｃｌ、ｃ２に大きさが等
しく向きが反対な一対の平行力が作用した場合、各変位
拡大部３ａ、３ｂには互いに逆向きの偶力が作用して各
変位拡大部３ａ、３ｂが力の向きに応じた回転運動を行
い、第５図（ｂ）、（ｃ）に示すように全体が弓なりに
変形して動作部３ｃを並進運動させることができる。す
なわち、力作用部ｃｌ、ｃ２に第５図（ｂ）のように引
っ張り力が作用すると、一方の変位拡大部３ａは時計回
りに回転し、他方の変位拡大部３ｂは反時計回りに回転
し、全体が下向きの弓形に変形し、動作部３ｃが下方に
変位する。逆に、力作用部ｃｌ、ｃ２に第５図（Ｑ）の
ように圧縮力が作用すると、全体が上向きの弓形に変形
し、動作部３ｃが上方に変位する。従って、力作用部ｃ
ｌ。

ｃ２に大きさが等しく向きが反対な一対の平行力を、引
っ張り力、圧縮力として交互に作用させれば動作部３ｃ
を並進運動させることができ、且つ、変位を拡大するこ
とができる。

尚、第５図の例では、動作部３０両側に変位拡大部とし
て１つずつの矩形状ブロックを配した例を示したが、こ
のブロックの数は複数個ずつでもよい。

次に、第５＠に示した偶力式変位拡大機構の変位の拡大
率について説明する。

上述の偶力式変位拡大機構において変位量の拡大は、変
位拡大部３ａ、３ｂの互いに逆向きの回転により生じて
いる。

ここで、第６図（ａ）に示すように、矩形状ブロックか
らなる変位拡大部３ａにつき、その長さをａ、輻方向に
おける応力集中部ｄｌ、ｄ２間の距離をｂとし、第６図
（ｂ）に示すように変位拡大部３ａを、その両端を夫々
Ｘ、Ｙ軸上に拘束された棒状体として考える。

力作用部に力の作用してない状態を符号３ａ−Ｏ（第５
図（ａ）の状態に対応）とし、圧縮力の作用により偶力
式変位拡大機構が第５図（Ｃ）のように上向きの弓なり
に変形した時の状態を符号３ａ−１で表し、この変形に
伴うＸ、Ｙｍ上の変位をｕ、、ｕアとすると、次の関係
が成り立つ。

ａ”＋ｂ”＝（ａ−ｕ、）”＋（ｂ＋ｕ、）２＝ａ２＋
ｂ２＋ｕｘ”＋ｕ、”−２ａｕ、＋２ｂｕ。

ここで、Ｕ、、Ｕアがａ、ｂに比べて微小量であること
を考慮し、ｕ、、ｕアの２乗の項を他の項に対して無視
すると、次の関係が得られる。

２（ａ　ｕ　、Ｉ−ｂ　ｕ　、）＝０ これから変位の拡大率（＝ｕア／ｕｔ）は（ａ／ｂ）と
なることが判る。すなわち、（ａ／ｂ）を適宜に定める
ことによって変位の拡大率を設定することができる。

次に、第７図は偶力式変位拡大機構のみを用いた変位拡
大装置の一例を示すものであり、この装置では、矩形枠
状の支持部材２Ａの中に偶力式変位拡大機構３を配置し
、両側の力作用部と支持部材２Ａとの間に夫々アクチュ
エータ１を配置し、２つのアクチュエータ１で直接偶力
式変位拡大機構３を動作させ、変位を拡大するものであ
る。

ところで、この偶力式変位拡大機構３は３　ｋ　Ｈｚ程
度までの周波数応答性を持つが、この周波数応答性での
変位拡大率は約５倍が限度である。したがって、アクチ
ュエータ１として例えば積層型圧電アクチュエータを用
いた場合、その変位量は約１０μｍであるから、第７図
に示すように偶力式変位拡大機構３だけを変位の拡大に
用いた場合、動作部の変位量は約５０μｍとなり、使用
目的によっては変位量が及ばないことがある。

そこで、本発明ではこの偶力式変位拡大機構に、前述の
てこ式変位拡大機構を接続し、てこ式変位拡大機構でア
クチュエータの変位を拡大して偶力式変位拡大機構に作
用させ、さらに大きな変位量が得られるようにしたもの
である。

〔実　施　例〕

以下、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する
。

尚、ここでは第９図に示すような光走査装置における像
面湾曲の補正に本発明の変位拡大装置を応用する場合の
実施例について説明する。

先ず光走査装置について簡単に説明する。

第９図において、半導体レーザＬＤとコリメートレンズ
ＣＬにより構成される光源装置１からの平行な光束はア
パーチュア１８でビーム形状を整形された後、副走査対
応方向（図面に直交する方向）にのみパワーを持つシリ
ンドリカルレンズ１２Ａにより回転多面鏡１３の偏向反
射面１４の近傍に主走査対応方向に長い線像として結像
する。

偏向反射面１４により反射された光束は回転多面鏡１３
の回転により偏向され、レンズ１５．１６により構成さ
れるｆθレンズに入射し、このｆθレンズの作用により
被走査面１７上に光スポットとして結像して被走査面１
７を光走査する。

ここで、ｆθレンズは、主走査方向の像面湾曲を極めて
良く補正されているが、副走査方向には第１０図（、）
に示すような像面湾曲を有する。

そこで、この副走査方向の像面湾曲を補正する方法とし
ては、シリンドリカルレンズ１２Ａを第１０図（ａ）の
−点鎖線で示すような正弦曲線に従って調和振動させる
と副走査方向の像面湾曲を第１０図（ｂ）のように軽減
することができる。

ここで、光走査装置の副走査方向の像面湾曲量とそのと
き振動させるシリンドリカルレンズ１２Ａの調和振動を
表す式は、偏向光束の偏向角をθ（○≦θ≦４π）とし
て、 ｘ　＝０．１３２２・ｃｏｓ（θ＋０．５０３５）Ｘニ
ジリントリカルレンズの移動量（ｍｍ）となり、また、
書き込み速度より、調和振動の周波数は４．２５ｋＨｚ
となる。

したがって、シリンドリカルレンズ１２Ａを周波数４．
２５ｋＨｚ、振襠２６４μｍで調和振動させれば副走査
方向の像面湾曲を第１０図（ｂ）のように補正すること
ができる。

本発明は、上述のシリンドリカルレンズの調和振動を実
現するための変位拡大装置を提供するものであり、その
具体的な実施例を第１図に示す。

第１図は本発明による変位拡大装置の平面図であって、
この変位拡大装置は、駆動回路からの信号に応じて微小
変位する積層型圧電アクチュエタ１の変位を拡大する装
置であって、支持部材２にてこ式に支持されたアーム部
４ａを有し、該アーム部４ａの一端側が上記アクチュエ
ータ１に連結され該アクチュエータ１の変位に応じて他
端側４ｂが揺動変位し変位量を拡大するてこ式変位拡大
機構４と、上記てこ式変位拡大機構４のアーム部４ａ揺
動端４ｂと支持部材２との間に支持される拡大機構であ
って、変位すべき物体が取り付けられる動作部３ｃと該
動作部３ｃの天側に夫々配される偶力による回転運動を
利用した偶力式変位拡大部３ａ、３ｂとを備え、偶力式
変位拡大部３ａ＋３ｂに上記てこ式変位拡大機構４のア
ーム部４ａの揺動により偶力が作用したときに偶力式変
位拡大部３ａ、３ｂが回転運動して動作部３ｃを並進運
動する偶力式変位拡大機構３とを備えた構造となってお
り、上記アクチュエータ１の微小変位を上記てこ式変位
拡大機構４のアーム部４ａを介して上記偶力式変位拡大
機８３に作用させ、動作部３ｃの並進運動として変位量
を拡大して、シリンドリカルレンズＣＬを光軸ｒ方向に
調和振動させるものである。

ここで、てこ式変位拡大機構４の構成及び動作は前述の
第３図で説明したものと同様であり、偶力式変位拡大機
構の構成及び動作は前述の第５図で説明したものと同様
である。

さて、前述したように、偶力式変位拡大機構３は３ｋＨ
ｚ程度までの周波数応答性を持つが、この周波数応答性
での変位拡大率は約５倍が限度である。したがって、ア
クチュエータとして例えば積層型圧電アクチュエータを
用いた場合、その変位量は約１０μｍであるから、偶力
式変位拡大機構だけを用いた場合、動作部の変位量は約
５０μｍとなり、目標仕様によっては変位量が及ばない
ことがあり１例えば、第１０図に示すような像面湾曲量
を補正するには偶力式変位拡大機構３の変位量を５倍拡
大しなければならない。

そこで、本発明では、第１図に示すように、偶方式変位
拡大機構３に、てこ式変位拡大機構４を接続し、てこ式
変位拡大機構４によって変位量を拡大し、さらに大きな
変位量が得られるようにしたものである。

すなわち、第１図に示す変位拡大装置では、積層型圧電
アクチュエータ１の変位量を支点Ｂを中心にアーム部４
ａのてこの比で任意に拡大して偶力式変位拡大機構３に
作用させ、さらに偶力式変位拡大機構３により変位を拡
大して動作部３ＣのシリンドリカルレンズＣＬを所望の
変位量で変位させるわけである。

ところで１．第１図の構成に変えて、第８図に示すよう
に、てこ式変位拡大機構４を２つ用いて左右対称構造に
設け、左右対称のアーム部４ａの両揺動端４ｂの間に偶
力式変位拡大機構３を配置して、偶力式変位拡大機構３
に両アームによって平行力を作用させる構造も実施でき
るが、このような構造の場合、左右のアーム部は完全に
対称に設けなければならない。しかし、加工精度の点で
完全に左右対称に加工することは困難であり、てこ式変
位拡大機構４の左右のアーム部で偶力式変位拡大機構３
を押す（若しくは引く）力は均等ではない。従って、動
作部３ｃには並進運動の他、横振れ等が生じる虞れがあ
り、前述の像面湾曲補正用のシリンドリカルレンズＣＬ
の単振動に用いるには問題が残る。

これに対して、第１図に示す構成の変位拡大装置では、
てこ式変位拡大機構４のアーム部４ａを１つ設け、支持
部材２とアーム部４ａの揺動端４ｂとの間に偶力式変位
拡大機構３を配置し、てこ式変位拡大機構４のアーム部
４ａの揺動に伴う支持部材２との間の作用、反作用力を
利用して偶力式変位拡大機構３に平行力を作用させるた
め、偶力式変位拡大機構３には常に左右対称の平行力を
作用させることができ、横振れのない状態で動作部３ｃ
を光軸方向ｒに振動させることができる。

また、第１図の構成ではアーム部が１つで済むため、第
８図の装置よりコンパクトになるという利点も有する。

次に、第２図は本発明による変位拡大装置の別の実施例
を示すものであって、この変位拡大装置は、偶力式変位
拡大機構３をてこ式変位拡大機構４のアーム部４ａの揺
動力向に沿って配置することにより、てこ式変位拡大機
構４から偶力式変位拡大機構３への力の伝達効率を向上
した例である。

尚、第２図において第１図と同符号を付したものは同様
の構成部材である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、圧電素子、電歪
素子、磁歪素子等の伸縮変位するアクチュエータの変位
量を数倍乃至数１０倍に拡大することができるため、光
走査装置の像面湾曲補正用装置のアクチュエータ部等と
して用いるのに最適な変位拡大装置を提供することがで
きる。

また、この装置は構成が比較的簡単であるから、低コス
トで製造でき、しかも、設計上の拡大倍率を周波数特性
良く実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す変位拡大装置の平面図
、第２図は本発明の別の実施例を示す変位拡大装置の平
面図、第３図はてこ式変位拡大機構の原理説明図、第４
図乃至第７図は偶力式変位拡大機構の説明図、第８図は
てこ式変位拡大機構と偶力式変位拡大機構とを組み合わ
せた変位拡大装置の別の構成例を示す平面図、第９図は
本発明の変位拡大装置が適用される光走査装置の説明図
、第１０図は第９図に示す光走査装置における像面湾曲
とその補正方法の説明図である。 １・・・・アクチュエータ、２・・・・支持部材、３・
・・偶力式変位拡大機構、３ａ、３ｂ・・・・偶力式変
位拡大部、３ｃ・・・・動作部、４・・・・てこ式変位
拡大機構、アーム部・・・・４ａ、揺動端・・・・４ｂ
、ＣＬ・・・・・シリンドリカルレンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 駆動回路からの信号に応じて微小変位するアクチュエー
   タの変位を拡大する装置であって、支持部材にてこ式に
   支持されたアーム部を有し、該アーム部の一端側が上記
   アクチュエータに連結され該アクチュエータの変位に応
   じて他端側が揺動変位し変位量を拡大するてこ式変位拡
   大機構と、上記てこ式変位拡大機構のアーム部揺動端と
   支持部材との間に支持される拡大機構であって、変位す
   べき物体が取り付けられる動作部と該動作部の両側に夫
   々配される偶力による回転運動を利用した偶力式変位拡
   大部とを備え、偶力式変位拡大部に上記てこ式変位拡大
   機構のアーム部の揺動により偶力が作用したときに偶力
   式変位拡大部が回転運動して動作部を並進運動する偶力
   式変位拡大機構とを備え、 上記アクチュエータの微小変位を上記てこ式変位拡大機
   構のアーム部を介して上記偶力式変位拡大機構に作用さ
   せ、動作部の並進運動として変位量を拡大することを特
   徴とする変位拡大装置。