JPH0612686A

JPH0612686A - ２軸アクチュエータ

Info

Publication number: JPH0612686A
Application number: JP17244092A
Authority: JP
Inventors: Takashi Obara; 隆小原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】他軸の干渉を受けることなく各々独立して駆
動できると共に、その駆動制御の向上を図ることが可能
な２軸アクチュエータを提供する。【構成】コーナーキューブ８を保持し第１突起部１０
を有する第１ホルダー９と第１突起部９を第１作用点１
２にて支持する第１板バネ１１と第１ホルダー９に接続
された第１コイル１３とよりなる第１可動部１９と、第
１磁気回路２０と、第１板バネ１１を第１支点１５にて
第１側面１８に固定すると同時に第１側面１８に直交す
る第２側面２１に突出し形成された第２突起部２２を有
する第２ホルダー１７と第２突起部２２を第２作用点２
４にて支持する第２板バネ２３と第２ホルダー１７に接
続された第２コイル２５とよりなる第２可動部２９と、
第２磁気回路３０と、第２板バネ２３が第２支点２７に
て固定される第３側面３１ｂと底面部３１ａとを有する
ベース３１とよりなる２軸アクチュエータを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精密Ｘ−Ｙステージや
光ヘッド等における光軸制御用として用いられるミラー
或いはコーナーキューブ等を２軸駆動する２軸アクチュ
エータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光軸制御装置におけるアクチュエ
ータはその制御機構によって異なり、ミラーやコーナー
キューブを用いて光軸制御を行っている。ミラーを用い
た例としては、例えば、特開平２−１２０８１６号公報
に開示されているように直交する２軸に対して回動させ
るいわゆるジンバル機構が用いられる。また、コーナー
キューブを用いた例としては、例えば、特開平２−２８
９９２７号公報に開示されているようにコーナーキュー
ブ等を複数本のワイヤ或いは板バネ等で支持して２軸可
動を行っている。

【０００３】図５は、コーナーキューブを用いて光軸制
御を行う機構を示したものである。レーザ出射光はリレ
ーレンズ１、コリメートレンズ２を透過してミラー３に
より反射され、コーナーキューブ４により反射された
後、λ／４板５を透過して偏光ビームスプリッタ６によ
り透過又は反射される。透過光は４分割受光素子７に検
出されて光軸制御用のビームとして用いられ、反射光は
光軸制御後の出射用ビームとして用いられる。

【０００４】この場合、実線で示したレーザ出射光が一
点鎖線のように光軸ズレしたような場合、その光軸ズレ
を４分割受光素子７が検出し、これによりその光軸ズレ
に見合った量だけコーナーキューブ４を矢印に示す方向
（ここでは、左側の方向の点線で示す位置）に移動させ
る。これにより、偏光ビームスプリッタ６により反射さ
れた光は、光軸制御されたレーザ光として用いることが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなジンバ
ル機構及び光ピックアップ機構では、１軸の駆動を行っ
たような場合、他方の軸側にも変位を生じる、いわゆ
る、クロストーク現象が起こる。特に、後者の光ピック
アップ機構の場合、両駆動方向の１次共振時のクロスト
ークは非常に大きくなり、制御不能となる場合がある。

【０００６】また、光ピックアップ機構の場合、板バ
ネ、ワイヤー等の作用点にかかる反力が可動体の重心を
通らないため、それらが複数本組み合わされ、その反力
にアンバランスを必ず生じて可動体がローリングを生
じ、制御不能となることがある。

【０００７】さらに、光ピックアップ機構の場合、１つ
の磁気回路のギャップ内に２軸駆動するコイルを配置す
るために、その可動体の変位位置によって駆動感度が異
なり、これにより制御能力が低下してしまう。また、磁
気ギャップを小さくできないため、磁気回路の小型化を
図ることができない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、コーナーキューブを保持すると共に一軸方向に突出
して形成された第１突起部を有する第１ホルダーと前記
第１突起部を第１作用点にて支持する第１板バネとこの
第１板バネを介して前記第１ホルダーに接続された第１
コイルとよりなる第１可動部と、この第１可動部の軸心
と同一方向に配設された第１磁気回路と、前記第１ホル
ダーを内部に含み前記第１板バネを第１支点にて第１側
面に固定すると同時に前記第１側面に直交する第２側面
に突出して形成された第２突起部を有する第２ホルダー
と前記第２突起部を第２作用点にて支持する第２板バネ
とこの第２板バネを介して前記第２ホルダーに接続され
た第２コイルとよりなる第２可動部と、この第２可動部
の軸心と同一方向に配設された第２磁気回路と、前記第
２板バネが第２支点にて固定される第３側面と前記第２
ホルダーの設置される底面部とを有するベースとよりな
る２軸アクチュエータを設けた。

【０００９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、第１可動部と第２可動部の重心を一致さ
せた。

【００１０】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、第１板バネの第１支点及び第１作用点
と、第１可動部の重心を通る第１突起部の方向の第１可
動平面と、第２板バネの第２支点及び第２作用点と、第
２可動部の重心を通る第２突起部の方向の第２可動平面
とを一致させた。

【００１１】請求項４記載の発明では、請求項１記載の
発明において、第１板バネの第１支点及び第１作用点を
除いた第１板バネ面と第２板バネの第２支点及び第２作
用点を除いた第２板バネ面とにそれぞれダンパー部材を
配設した。

【００１２】請求項５記載の発明では、請求項１記載の
発明において、各可動方向の駆動力を発生させる第１磁
気回路及び第２磁気回路のそれぞれの磁気ギャップをべ
ースの底面部と平行となるように配置した。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明では、板バネの支点、作用
点を可動部の重心を通る平面内に配置しているため、他
方の軸が動作した時の加速度力により生じる可動部のロ
ーリング力が重心回りに板バネの支点に発生するモーメ
ント力と釣り合い、これによりクロストークを生じさせ
なくさせることが可能となる。

【００１４】請求項２記載の発明では、２軸両方の可動
部の重心を一致させ、すべての板バネの作用点に働く反
力は重心を通ることから、重心回りのモーメント力は発
生せず、両方の可動部にローリング現象が発生すること
をなくすことが可能となる。

【００１５】請求項３記載の発明では、２軸両方の動作
平面を一致することにより、他方の軸干渉による高次共
振で励振されるようなことをなくすことが可能となる。

【００１６】請求項４記載の発明では、板バネの支点、
作用点を除いた部分にダンパー部材を設けたことによ
り、可動時のヒステリシスを小さくさせることが可能と
なる。

【００１７】請求項５記載の発明では、駆動力を発生さ
せるための磁気ギャップが２軸独立にベースに平行に設
けられているため磁束密度が均一となり、駆動感度を安
定化させることが可能となる。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図４に基づいて説
明する。ここでは、コーナーキューブを用いた場合の２
軸アクチュエータの構成について述べる。まず、コーナ
ーキューブ８は第１ホルダーとしてのキューブホルダー
９に固着されており、このキューブホルダー９のＸ軸方
向には第１突起部１０が形成されている。この突起部１
０は、２自由端を有する第１板バネ１１の中央部の第１
作用点１２で第１コイル１３を介して、固定ネジ１４に
より固定されている。前記第１コイル１３は、駆動コイ
ル１３ａと、このコイルの巻回されたボビン１３ｂとよ
りなっている。また、前記第１板バネ１１の左右２箇所
に設けられた第１支点１５には固定ネジ１６が嵌合さ
れ、これにより第１板バネ１１は第１側面１８に固定さ
れる。このように第１ホルダー９と第１板バネ１１と第
１コイル１３とは、第１可動部としての第１可動体１９
を構成している。この第１可動体１９の軸心と同一のＸ
軸方向には、第１磁気回路２０が配設されている。この
第１磁気回路２０は、継鉄２０ａと、永久磁石２０ｂ
と、ポールピース２０ｃとよりなっている。

【００１９】前記第２ホルダー１７の第１側面１８と直
交する位置には、第２側面２１が形成されている。この
第２側面２１の形成されたＹ軸方向には、第２突起部２
２が形成されている。この突起部２２は、２自由端を有
する第２板バネ２３の中央部の第２作用点２４で第２コ
イル２５を介して、固定ネジ２６により固定されてい
る。前記第２コイル２５は、駆動コイル２５ａと、この
コイルの巻回されたボビン２５ｂとよりなっている。ま
た、前記第２板バネ２３の左右２箇所に設けられた第２
支点２７には固定ネジ２８が嵌合され、これにより第２
板バネ２３は第２側面２１に固定される。このように第
２ホルダー１７と第２板バネ２３と第２コイル２５と
は、第２可動部としての第２可動体２９を構成してい
る。この第２可動体２９の軸心と同一のＹ軸方向には、
第２磁気回路３０が配設されている。この第１磁気回路
３０は、継鉄３０ａと、永久磁石３０ｂと、ポールピー
ス３０ｃとよりなっている。

【００２０】このようにして一体化された第１ホルダー
９と第２ホルダー１７とは、ベース３１の底面部３１ａ
上に置かれる。この底面部３１ａの両側には、第３側面
３１ｂが形成されている（ここまでの構成は請求項１に
対応する）。

【００２１】また、本実施例では、以下のような各種の
条件に設定する。まず、第１可動体１９の重心Ｇと、第
２可動体２９の重心Ｇ’とを一致させる（請求項２に対
応する）ように配置させる。

【００２２】第１板バネ１１の第１支点１５及び第１作
用点１２と、第１可動体１９の重心Ｇを通る第１突起部
１０の方向の図示しない第１可動平面と、第２板バネ２
３の第２支点２７及び第２作用点２４と、第２可動体２
９の重心Ｇ’を通る第２突起部２２の方向の図示しない
第２可動平面とを一致させるようにした（請求項３に対
応する）。すなわち、言い替えると、第１板バネ１１の
第１支点１５及び第１作用点１２は、第１可動体１９の
重心Ｇを通り、べース３１の底面部３１ａと平行な可動
平面内に設けられている。また、第２板バネ２３の第２
支点２７及び第１作用点２４は、第２可動体２９の重心
を通り、べース３１の底面部３１ａと平行な可動平面内
に設けられている。

【００２３】第１板バネ１１の第１支点１５及び第１作
用点１２を除いた第１板バネ面と、第２板バネ２３の第
２支点２７及び第２作用点２４を除いた第２板バネ面と
に、それぞれダンパー部材３２，３３を配設させる（請
求項４に対応する）。このダンパー部材３２，３３とし
ては、例えば、ブチルゴム等を用いることができる。

【００２４】各可動方向の駆動力を発生させる第１磁気
回路２０及び第２磁気回路３０のそれぞれの図示しない
磁気ギャップをべース３１の底面部３１ａと平行となる
ように配置させる（請求項５に対応する）。

【００２５】このような構成において、コーナーキュー
ブ８をＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ独立して駆動制御でき
る機構について説明する。今、駆動コイル１３ａのコイ
ル端末より通電することによりコーナーキューブ８はＸ
軸方向に移動自在となり、また、駆動コイル２５ａのコ
イル端末より通電することによりコーナーキューブ８は
Ｙ軸方向に移動自在となる。これにより、コーナーキュ
ーブ８はＸ−Ｘ’、Ｙ−Ｙ’方向に移動自在となる。

【００２６】図２は、第１可動体１９及び第２可動体２
９に作用する力関係、すなわち、他軸が干渉することに
よって生じる加速度力を示すものである。まず、Ｘ軸方
向においては、加速度力の釣合い関係から、

【００２７】

【数１】

【００２８】となる。また、加速度力による重心回りの
モーメントの釣合い関係から、２ＲyxＬy₁−２ＲyxＬy₂＝０Ｌy₁＝Ｌy₂ となる。

【００２９】一方、Ｙ軸方向においては、加速度力の釣
合い関係から、

【００３０】

【数２】

【００３１】となる。また、加速度力による重心回りの
モーメントの釣合い関係から、２ＲxyＬx₁−２ＲxyＬx₂＝０Ｌx₁＝Ｌx₂ となる。

【００３２】ただし、

【００３３】

【数３】

【００３４】このように図２の力学関係から上述したよ
うな各式が成り立つため、図３中のｆ₁ の点線で示すよ
うなクロストークは発生しない。

【００３５】

【外１】

【００３６】また、各可動体重心Ｇ，Ｇ’が一致してい
なくても、上述したような関係式は成り立つ。

【００３７】上述したように、本構成においては、第１
可動体１９の重心Ｇと第２可動体２９の重心Ｇ’とが一
致しているため、重心回りのモーメント力は釣合い、ま
た、第１作用点１２、第２作用点２４に働く力はそれぞ
れ重心Ｇ，Ｇ’を通るため、可動体自身のローリングは
発生することはなく、これにより可動体の駆動制御の向
上を図ることができる。また、Ｘ，Ｙの両軸の動作平面
が一致しているため、他方の軸に発生する２次共振、す
なわち、図３の点線部のｆ₃ が生じても励振されず影響
を受けるようなことがない。

【００３８】また、ブチルゴム等からなるダンパー部材
３２，３３が板バネ１１，２３の固定部にないため、図
４に示すような構造ヒステリシスがない。このように可
動時のヒステリシスが小さいことから、可動体の駆動制
御の精度を向上させることができる。

【００３９】さらに、駆動力を発生させるための磁気ギ
ャップが２軸それぞれ独立にベース３１と平行に設けら
れているため、磁束密度を均一にすることができ、図４
中に一点鎖線３４で示すような変位感度（傾き）の変化
がなく、実線３５で示すような直線特性を得ることがで
きる。このように磁束密度を均一化することにより、駆
動感度が安定化し、駆動制御の精度を向上させることが
できる。しかも、磁気回路のギャップを狭くすることが
できるため、小型化を図ることができる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、コーナーキュー
ブを保持すると共に一軸方向に突出して形成された第１
突起部を有する第１ホルダーと前記第１突起部を第１作
用点にて支持する第１板バネとこの第１板バネを介して
前記第１ホルダーに接続された第１コイルとよりなる第
１可動部と、この第１可動部の軸心と同一方向に配設さ
れた第１磁気回路と、前記第１ホルダーを内部に含み前
記第１板バネを第１支点にて第１側面に固定すると同時
に前記第１側面に直交する第２側面に突出して形成され
た第２突起部を有する第２ホルダーと前記第２突起部を
第２作用点にて支持する第２板バネとこの第２板バネを
介して前記第２ホルダーに接続された第２コイルとより
なる第２可動部と、この第２可動部の軸心と同一方向に
配設された第２磁気回路と、前記第２板バネが第２支点
にて固定される第３側面と前記第２ホルダーの設置され
る底面部とを有するベースとよりなる２軸アクチュエー
タを設けたので、このように板バネの支点、作用点を可
動部の重心を通る平面内に配置することによって、他方
の軸が動作した時の加速度力により生じる可動部のロー
リング力が重心回りに板バネの支点に発生するモーメン
ト力と釣り合うため、クロストークを生じるようなこと
がなく、これにより駆動制御の向上を図ることができる
ものである。

【００４１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、第１可動部と第２可動部の重心を一致させ
たので、すべての板バネの作用点に働く反力は重心を通
ることから重心回りのモーメント力は発生せず、両方の
可動部にローリング現象が発生することがなくなり、こ
れにより駆動制御の精度を向上させることができるもの
である。

【００４２】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、第１板バネの第１支点及び第１作用点と、
第１可動部の重心を通る第１突起部の方向の第１可動平
面と、第２板バネの第２支点及び第２作用点と、第２可
動部の重心を通る第２突起部の方向の第２可動平面とを
一致させたので、他軸干渉による高次共振で励振され
ず、これにより駆動制御の精度を向上させることができ
るものである。

【００４３】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、第１板バネの第１支点及び第１作用点を除
いた第１板バネ面と第２板バネの第２支点及び第２作用
点を除いた第２板バネ面とにそれぞれダンパー部材を配
設したので、可動時のヒステリシスを小さくさせること
が可能なため、駆動制御の精度を向上させることができ
るものである。

【００４４】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明において、各可動方向の駆動力を発生させる第１磁気
回路及び第２磁気回路のそれぞれの磁気ギャップをべー
スの底面部と平行となるように配置したので、駆動力を
発生させるための磁気ギャップが２軸独立にベースに平
行となるため磁束密度が均一となり、駆動感度を安定化
させ、駆動制御の精度を向上させることができ、また、
これにより磁気ギャップを狭くすることができ小型化を
図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である２軸アクチュエータの
構成を示す分解斜視図である。

【図２】可動部に作用する力関係を示す模式図である。

【図３】２軸周波数特性を示す特性図である。

【図４】コイル電流に対する可動部の変位感度の様子を
示す特性図である。

【図５】光軸制御の動作原理を示す光路図である。

【符号の説明】

８コーナーキューブ９第１ホルダー１０第１突起部１１第１板バネ１２第１作用点１３第１コイル１５第１支点１７第２ホルダー１８第１側面１９第１可動部２０第１磁気回路２１第２側面２２第２突起部２３第２板バネ２４第２作用点２５第２コイル２７第２支点２９第２可動部３０第２磁気回路３１ベース３１ａ底面部３１ｂ第３側面３２，３３ダンパー部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コーナーキューブを保持すると共に一軸
方向に突出して形成された第１突起部を有する第１ホル
ダーと前記第１突起部を第１作用点にて支持する第１板
バネとこの第１板バネを介して前記第１ホルダーに接続
された第１コイルとよりなる第１可動部と、この第１可
動部の軸心と同一方向に配設された第１磁気回路と、前
記第１ホルダーを内部に含み前記第１板バネを第１支点
にて第１側面に固定すると同時に前記第１側面に直交す
る第２側面に突出して形成された第２突起部を有する第
２ホルダーと前記第２突起部を第２作用点にて支持する
第２板バネとこの第２板バネを介して前記第２ホルダー
に接続された第２コイルとよりなる第２可動部と、この
第２可動部の軸心と同一方向に配設された第２磁気回路
と、前記第２板バネが第２支点にて固定される第３側面
と前記第２ホルダーの設置される底面部とを有するベー
スとよりなることを特徴とする２軸アクチュエータ。
【請求項２】第１可動部と第２可動部の重心を一致さ
せたことを特徴とする請求項１記載の２軸アクチュエー
タ。
【請求項３】第１板バネの第１支点及び第１作用点
と、第１可動部の重心を通る第１突起部の方向の第１可
動平面と、第２板バネの第２支点及び第２作用点と、第
２可動部の重心を通る第２突起部の方向の第２可動平面
とを一致させたことを特徴とする請求項１記載の２軸ア
クチュエータ。
【請求項４】第１板バネの第１支点及び第１作用点を
除いた第１板バネ面と第２板バネの第２支点及び第２作
用点を除いた第２板バネ面とにそれぞれダンパー部材を
配設したことを特徴とする請求項１記載の２軸アクチュ
エータ。
【請求項５】各可動方向の駆動力を発生させる第１磁
気回路及び第２磁気回路のそれぞれの磁気ギャップをべ
ースの底面部と平行となるように配置したことを特徴と
する請求項１記載の２軸アクチュエータ。