WO2006117867A1

WO2006117867A1 - 磁気駆動アクチュエータ

Info

Publication number: WO2006117867A1
Application number: PCT/JP2005/008207
Authority: WO
Inventors: Jun Tominaga; Atsuo Matsumoto; Kazuo Furukawa
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2007-10-28
Also published as: CN101124711A; EP1876691A1; CN101124711B; US20080164963A1

Description

明細書

磁気駆動ァクチユエータ

技術分野

[0001] 本発明は、外乱振動の影響を低減する磁気駆動ァクチユエータに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、レーザ光を用いた走査装置として、走査型レーザレーダ装置や、レーザスキャナ、レーザプリンタ、レーザマーカ、物体監視装置などが知られている。その中で、例えば車両の衝突防止のための走査型レーザレーダ装置に用いられる車載用レーザ光走査用ァクチユエータには、レーザ光を走査するために、レーザ光を通すレンズを保持するレンズホルダを光軸に対して車両の上下左右方向に変位自在にばね支持し、レンズホルダを磁気回路により駆動するようにしたものがある。

[0003] 上記した車両の衝突防止のための走査型レーザレーダ装置にあっては、車両の外乱入力による振動の影響を受けに《する必要がある。このような外乱振動は周波数が比較的低く（例えば数十 Hz程度）、そのような低い周波数に対しても効果的に振動を減衰させる減衰機構を設ける必要がある。特に、車両の上下方向に対する減衰特性を高めることが望ましい。制振作用を行うものとして、例えば鋼板の振動を抑制するための非接触電磁制振を行うようにしたものがある。（例えば、特許文献 1参照。 )

[0004] 特許文献 1 :特開平 5— 245521号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] また、減衰特性を高め得るものとして、例えば、アクリル、シリコン等力もなる粘弾性材をばねに貼付するという簡単な構造で実現し得るものがある。しかしながら、ばねに粘弾性材を付けることにより、減衰効果を大きくすると、ばね部分における粘性の影響が増大し、駆動時の応答性が低下したり、ヒステリシスが発生したりするといつた悪影響が出るという問題がある。また、上記アクリルやシリコン等にあっては、温度によってその減衰特性が大きく変化する (ガラス転位点前後で大幅に特性が変わる）ため、自動車のような冷寒から灼熱の環境変化の中で安定した減衰特性を維持することは困難であると、う問題がある。

課題を解決するための手段

[0006] このような課題を解決して、外乱振動に対する減衰効果が大きぐかつ温度特性が良好であり、また、駆動時のヒステリシスが小さな磁気駆動ァクチユエータを実現するために、本発明に於いては、固定部分と、前記固定部分に設けられた磁石と、前記固定部分に対して少なくとも 1方向に変位自在にばねを介して支持された可動部分と、前記可動部分に設けられたコイルと、前記磁石と前記コイルとの協働により前記可動部分を磁気駆動するべく前記コイルに接続された駆動回路とを有する磁気駆動ァクチユエータであって、外乱による前記可動部分の振動を、前記振動により前記コィルに発生する誘導起電力により減衰させると共に、前記可動部分の減衰特性を調整するべぐ前記コイルによる前記減衰力を調整するためまたは別個に減衰力を発生させるための第 2のコイルを設けたものとした。

[0007] 外乱が入力して可動部分が振動すると、可動部分に設けられたコイルが磁石の磁力線を横切る運動をして、コイルと駆動用ドライバとの間に電流が流れ得る状態であるとコイルに誘導起電力が生じる。その誘導起電力は変位を抑える制振力として作用するため、コイルを含む可動部分のばねマス系の外部入力による振動を減衰させることがでさる。

[0008] 特に、前記第 2のコイルが、前記コイルに並列に接続された付帯コイルであることにより、コイル自体を駆動特性に合わせて設計し、減衰特性については付帯コイルにより設計することができる。また、前記付帯コイルに、前記付帯コイルと協働して電気系共振回路を形成するコンデンサが接続されていることにより、その共振周波数の設計を容易に行うことができ、減衰特性をより一層適切化することができる。なお、付帯コィルにあっては、固定部分側に設けられていて良いが、可動部分に駆動用のコイルと共に設けられて、ても良、。

[0009] あるいは、前記第 2のコイルが、前記コイルとは別個に前記可動部分に設けられた短絡コイルであると良い。これにより、可動部分が外乱により振動した場合に短絡コィルに誘導起電力が発生し、それにより減衰力が発生する。短絡コイルに発生する誘導起電力は駆動コイルとは別個に発生するため、特定の外乱振動に対してのみ有効に減衰力が作用するようにすることができる。また、駆動回路の入力インピーダンスが高い場合には駆動コイル側で有効な誘導起電力が発生しなくなるため、駆動コィルによる駆動特性と短絡コイルによる制振特性とを互いに何ら影響を及ぼすことなく設計できる。したがって、例えば車載用レーザレーダなど、駆動周波数が一定であり、外乱の振動周波数がある程度特定される用途には特に有効である。さらに、前記短絡コイルに、共振回路を形成するコイル及びコンデンサが接続されてヽることにより、短絡コイルと協働して LC共振回路を形成することができ、共振周波数の設計などを容易に行うことができる。

[0010] また、前記コイル及び前記第 2のコイルによる電気共振回路の共振周波数がばねマス系の共振周波数と略一致し、前記可動部分を変位させる駆動周波数が前記ばねマス系の共振周波数力離れた低周波数で発生するように設定されていると良い。これによれば、外乱により可動部分が変位した時に第 2のコイルに誘導起電力が発生し、それによる共振周波数が駆動周波数よりも高周波側で作用することになる。外乱振動周波数よりも駆動周波数が力なり低い場合、外乱振動に対してのみ有効に減衰力が作用し、駆動特性には何ら影響を及ぼすことがない。

[0011] 特に、磁気駆動ァクチユエータを、例えば車載用レーザレーダなどの車両搭載機器に用いることにより、外乱の振動周波数がある程度特定されるため、そのような外乱による可動部分の振動に対する好適な制振力を発揮させる設計を容易に行うことができる

発明の効果

[0012] このように本発明によれば、外乱が入力して可動部分が振動することによりコイルに生じる誘導起電力による振動減衰効果を、例えば、ばねマス系共振周波数に対して大きく効かせるようにコイルを設定することにより、外乱振動に対して制振作用が発揮される。

[0013] 特に、コイルに並列に付帯コイルを設けることにより、駆動用のコイルを所定の駆動特性が得られるように設定し、ある特定の外乱振動の周波数と略同じ共振周波数となるように付帯コイルによる共振回路を設計することができるため、その周波数の外乱振動の入力に対して可動部分が変位した時に最大の減衰力が作用するようにすることができる。また、駆動回路の入力インピーダンスが大きい場合には、駆動用のコィルに有効な誘導起電力が発生せず、付帯コイルとの間での電気的共振回路を設計すれば良ぐ共振周波数の設定を容易に行うことができる。さらに、付帯コイルと協働して共振回路を形成するコンデンサを接続することにより、ある特定の電気的共振周波数となるように付帯コイルとコンデンサとによる共振回路を設計することができるため、電気的共振周波数の設定がより一層容易になり、設計自由度がさらに増す。

[0014] あるいは、駆動用のコイルとは別個に短絡コイルを設けることにより、短絡コイルにおける可動部分の振動により発生する誘導起電力の大きさ及び共振周波数を任意に設定できるため、例えば駆動回路の入力インピーダンスが大きい場合には駆動用のコイルには有効な誘導起電力が発生しないが、短絡コイルにより充分な誘導起電力による制振力を発生させることができる。したがって、駆動回路の仕様にかかわらず有効な減衰力を得ることが可能になる。なお、短絡コイルを駆動用のコイルと略同一面上に配置することができ、その場合には構造的にも大きな変更の必要がない。

[0015] さらに、短絡コイルに、ある特定の外乱振動の周波数と同じ周波数でインピーダンスが 0になる共振回路を形成するコイル及びコンデンサを接続することにより、その周波数の外乱振動の入力に対して可動部分が変位した時に最大の減衰力が作用するようにする設計を容易に行うことができる。

[0016] また、例えば車載用レーザレーダ装置などの車両搭載機器に用いることにより外乱振動の周波数がある程度特定されるため、そのような用途には特に有効である。発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

[0018] 図 1は、本発明が適用された車両の衝突防止のための走査型の車載用レーザレーダ装置に用いられるレーザ光走査用ァクチユエータを示す斜視図である。また、図 2 はレーザ光走査用ァクチユエータを示す上面図であり、図 3は図 2の矢印 III線から見た側面図であり、図 4は要部分解組み立て斜視図である。なお、図示例のレーザ光走査用ァクチユエータにあっては、その前後 ·上下'左右の各方向を図 1の矢印で示されるものとし、その前後を車両への取り付け状態で車両の前後方向に合わせるものとして、以下に説明する。

[0019] 本レーザ光走査用ァクチユエータは、図示されない車両ボディ（フレーム）に固定される固定部分としての固定ベース 1と、片持ち支持手段として固定ベース 1から延出する 4枚の上下方向変位用板ばね 2を介して支持された可動支持部としての矩形枠状のコイル支持体 3と、コイル支持体 3に 4枚の左右方向変位用板ばね 4を介して支持された可動部分としてのレンズホルダ 5とを有する。そのレンズホルダ 5には、出射手段としてのレーザダイオード 6の出射光を通すための走査用レンズ 7と、障害物などで反射して戻ってくる反射光を受光する受光フォトダイオード 8に集光するための受光用レンズ 9とが一体に設けられている。

[0020] 上記 4枚の上下方向変位用板ばね 2は、各主面を 1軸方向として図の上下方向に向けて、ベース 1の上下方向に延在する立壁部の上下両面に各一端部を固定され、かつ後側へ互いに平行に延出するように配設されている。それら上下方向変位用板ばね 2の各他端部がコイル支持体 3の上下左右の適所に結合されて、る。板ばねの橈み方向がその形状力規制されるため、容易に上下方向変位用板ばね 2を図の上下方向にのみ橈みようにすることができ、コイル支持体 3は、ガイド手段を必要とせずに、ベース 1に対して上下方向に変位自在に支持されて、ることになる。

[0021] 本図示例のものにあっては、可動部分がレンズホルダ 5になり、そのレンズホルダ 5 に対する固定部分をコイル支持体 3とみなすことができる。すなわち、レンズホルダ 5 の絶対的変位は、固定ベース 1に対するものであり、その変位方向は上下左右方向となるが、コイル支持体 3を固定部分とみなした場合の相対的変位は、コイル支持体 3に対するものとなり、その変位方向は左右方向となる。

[0022] なお、ベース 1及びコイル支持体 3は合成樹脂製であって良ぐ図示例では、上下方向変位用板ばね 2の長手方向両端部に各一対の孔を設け、結合対象となるベース 1及びコイル支持体 3の対応する部分に突状ボス部を形成している。そして、突状ボス部に、板ばねに設けた孔を嵌合し、板状の押さえ部材 10を板ばねに重ね合わせかつ押さえ部材 10に設けた結合孔を突状ボス部にはめて、板ばねの端部を結合対象に押さえ付けるようにして固定している。このようにして、簡単に組み付け可能にしている。また、これら各部品にあっては、板ばねをインサート成形することにより一体化することができ、その場合にはさらに簡単かつ位置精度が高い組付けを行うことが可會になる。

[0023] また、上記 4枚の左右方向変位用板ばね 4は、各主面を図の左右方向に向けて、コィル支持体 3の図における左右の枠部に各一端部を固定され、かつ前側へ互いに平行にベース 1を越えて延出するように配設されている。それら左右方向変位用板ばね 4の各端部がレンズホルダ 5の適所に結合されている。これにより、左右方向変位用板ばね 4が図の左右方向にのみ橈み得るため、レンズホルダ 5は、ベース 1に対して左右方向に変位自在に支持されて、ることになる。この左右方向変位用板ばね 4 の結合対象 (コイル支持体 3 ·レンズホルダ 5)に対する固定も上記と同様である。なお、各押さえ部材 10は、それぞれ形状の違いがあるが、同一の符号を付している。

[0024] このレイアウトによれば、レンズホルダ 5はベース 1に対して各板ばね 2 ·4を介して上下左右方向に変位自在に支持されている。そして、ベース 1から後方に向けて上下方向変位用板ばね 2が延出し、上下方向変位用板ばね 2に結合されたコイル支持体 3から前側へベース 1を越えて左右方向変位用板ばね 4が延出していることから、上下方向変位用板ばね 2よりも左右方向変位用板ばね 4の方が長い。すなわち、レンズホルダ 5 (レンズ 7 · 9)の上下左右方向の各変位代は、左右方向に大きく取れるようにしている。これは、車載用レーダにあっては、進行方向に対する障害物などを検出するには、上下方向よりも左右方向に大きく走査するためである。

[0025] なお、レンズホルダ 5は、左右方向変位用板ばね 4の各端部が結合された連結部 5 aと、各レンズ 7 · 9を保持するレンズ保持部 5bとを有し、それら連結部 5a及びレンズ保持部 5bを図の左右方向に並列に配置するように例えば合成樹脂材にて一体成形されて形成されている。また、各レンズ 7 · 9は、本図示例では軽量かつコンパクトィ匕に好適なフルネルレンズである力それに限られるものではな、。

[0026] 次に、レンズホルダ 5を上下左右方向に駆動するための駆動手段の構造について示す。上記コイル支持枠 3に、左右方向に長軸を向けた長円形に巻かれた上下駆動用コイル 11がー体に固着されている。図 5に併せて示されるように、その上下駆動用コイル 11と協働して磁気回路を構成するヨーク 12が、上下駆動用コイル 11をその長軸回りに外囲するようにベース 1の立設壁の後面に固設されている。このヨーク 12とベース 1との結合も凹凸のはめ合いによるものであって良い。なお、ヨーク 12は、上下駆動用コイル 11を挟んで対畤する両壁部 12a · 12bを有して、る。その一方（図示例ではベース 1側）の壁部 12aには、上下で磁極を変えた一対のマグネット 13a' 13b が固設されている。このようにして、上下駆動用コイル 11を挟む磁気回路 (ヨーク 12、マグネット 13a ' 13b)が形成されている。

[0027] また、図 6に併せて示されるように、レンズホルダ 5の連結部 5aには、左右方向について各左右方向変位用板ばね 4の内側に上下方向に延在する 2本の支持枠 5cが設けられており、それら両支持枠 5c間に、上下方向に長軸を向けた長円形に巻かれた左右駆動用コイル 14が設けられている。その左右駆動用コイル 14と協働して磁気回路を構成するヨークは、一対の U字状ヨーク 15を左右駆動用コイル 14のコイル軸線を対称軸とする対称形に互いに並列にかつ両者間に隙間を有して設けられている。なお、各コイル 11 · 14にあっては、上述した板ばねの他の例と同様にインサート成形しても良ぐ板ばねの場合と同様に簡単かつ位置精度が高い組付けを行うことが可能になると共に、板ばね及びコイルを共にインサート成形するようにすれば、その効果をより一層高め得る。

[0028] 両 U字状ョーク 15の開放端面には上記ヨーク 12と一体に形成された L字状延出部 12aが結合され、両 U字状ヨーク 15は、各開放端面を延出部 12aにより閉塞されると共に、延出部 12aを介してヨーク 12に一体的に支持される。また、各 U字状ヨーク 15 の左右駆動用コイル 14を挟んで対畤する各両内面の一方（図示例では左右駆動用コイル 14の外側）には、左右駆動用コイル 14に対して同じ磁極を向けたマグネット 1 6a ' 16bがそれぞれ固設されている。このようにして、左右駆動用コイル 14を挟む磁気回路（ヨーク 15、マグネット 16a ' 16b)が形成されている。

[0029] 本図示例のものにあっては、図 7に示されるように、各コイル 11 · 14と図示されない外部駆動回路 (駆動用ドライバ）とを各板ばね 2 ·4を介して接続するものである。そのために、各板ばね 2 ·4を導電性ばね材により形成すると共に、各板ばね 2 ·4には、図 7に良く示されるように、それぞれ一対の端子部 2a及び 4aが両長手方向端に設けられている。各端子部 2a '4aは、各板ばね 2 ·4をそれぞれベース 1 ·コイル支持枠 3 ·レンズホルダ 5に結合した状態で露出するようにされてヽる。 [0030] 例えば、 4枚の上下方向変位用板ばね 2のベース 1側の端子部 2aが外部に設けられた駆動回路（図 8の駆動用ドライバ 25)の出力端子とリード線を介して接続される。 4枚の板ばね 2の内の 2枚のベース 1側とは相反する側の各端子部 2aに上下駆動用コイル 11のコイル素線の両端が接続されている。また、 4枚の板ばね 2の残りの 2枚のベース 1側とは相反する側の各端子部 2aと、 4枚の左右方向変位用板ばね 4の内の 2枚の対応する側 (コイル支持体 3側）の各端子部 4aとがリード線を介して接続されている。そして、それら 2枚の板ばね 4のコイル支持体 3側とは相反する側の各端子部 4 aに左右駆動用コイル 13のコイル素線の両端が接続されている。

[0031] このようにして駆動手段が構成されており、図 8に示されるように上下駆動用コイル 1 1に流す電流 Idの向きを変えることにより、コイル支持体 3をベース 1に対して図 5の矢印 Aに示されるように上下方向に変位させることができる。同様に、左右駆動用コイル 14に流す電流の向きを変えることにより、レンズホルダ 5をコイル支持体 3すなわちべース 1に対して図 6の矢印 Bに示されるように左右方向に変位させることができる。

[0032] なお、本図示例における片持ち支持手段は、固定ベース 1と可動部分としてのレンズホルダ 5との間にコイル支持体 3を介して各板ばね 2 ·4を連結した構造力なる力板ばねの代わりに線ばねを用い、固定ベース 1により線ばねを介して直接的にレンズホルダ 5を片持ち支持することができる。このようにしても、上記レイアウトを達成することができる。そして、板ばね 2 ·4と、板ばね 2 ·4により可動支持されている部品（レンズホルダ 5 ·コイル支持体 3 ·コイル 11 · 14など）とにより本図示例におけるばねマス系が構成されている。

[0033] このように構成された磁気駆動型ァクチユエ一タを車載用として用いると、外乱が入力した時にコイル支持体 3やレンズホルダ 5の変位が特にそのばねマス系の共振周波数で大きくなる。特に外乱振動が大きくその方向が投受光制御を行う方向と同じになる場合には、その方向の制御が困難になる。したがって、外乱振動が入力した時のコイル支持体 3やレンズホルダ 5の運動を減衰させる必要が生じる。コイルホルダ 3に取り付けられた上下駆動用コイル 11やレンズホルダ 5に取り付けられた左右駆動用コイル 14の形状、線径、卷数、材質を選定することにより、外乱入力によるばねマス系の振動に対して誘導起電力による減衰効果の調整が可能である。なお、外乱としては、ステップ状の波形のように入力したり、車体の固有振動として入力したりするものなどがある。

[0034] 次に、本発明による制振対象とする周波数の外乱振動に対して減衰効果を高める構成例を以下に示す。まず、本ァクチユエータを駆動する電気回路の第 1の例を図 8 a'b 'cに示す。図において、駆動回路としての外部の駆動用ドライバ 25の一対の出力端子に上記したように板ばね 2を介してコイル 11の両端が電気的に接続されてヽる。なお、板ばね 4を介してコイル 14の両端も同様に接続されている。駆動時 (走査時）に駆動用ドライバ 25により印加電流 Idを板ばね 2に供給すると、板ばね 2を介してコイル 11が通電され、通電方向に応じた方向に電磁力が発生し、コイル支持体 3 またはレンズホルダ 5 (レンズ 7· 9)が変位する。なお、以下の説明としては上下駆動用コイル 11について示す力左右駆動用コイル 14についても同様であるため、その説明を省略する。

[0035] 図 8aに示されるように、この第 1の例にあっては駆動用コイル 11に並列に接続された第 2のコイルとしての付帯コイル 26が設けられている。付帯コイル 26は、固定部分側に設けられ、駆動用コイル 11とは配線で接続されていて良いが、可動部分に設けられていても良い。その付帯コイル 26の一端がコンデンサ 27を介して、他端が抵抗 R1を介して、コイル 11に接続されている。このようにして付帯コイル 26を用いた LCR 共振回路が形成されており、各素子の仕様を変えることにより、容易に任意の共振周波数を設定することができる。なお、可動部分に付帯コイルを設けた場合には、磁気回路の影響を受けな、所に設けるのが良、。

[0036] 例えば本図示例の車載用レーザレーダ装置の場合には、駆動制御時には、コイル支持体 3またはレンズホルダ 5を所定の振幅及び周波数 (例えば 1Hz)で振らせるように駆動用コイル 11に所定の交番電流 Idを流す。なお、本図示例では、その可動部分の固有振動数となるばね-マス系共振周波数は約 40Hzとして、以下の説明を行

[0037] 外乱入力時には、可動部分 (レンズホルダ 5 ·コイル支持体 3)が外乱入力方向に変位する外力を受け、それによる変位によりコイル 11も磁気回路内で変位することから、コイル 11に誘導起電力が発生する。その誘導起電力に応じて発生する電流 Inは図の破線に示されるように振動に応じて交互に向きを変えて流れ、それにより外乱振動方向とは反対方向の推力を発生し得る電磁力がコイル 11に生じる。

[0038] コイル 11は対応するヨーク 12、マグネット 13a' 13bによる磁気回路内で変位することから、上記電磁力により、可動部分 (レンズホルダ 5 ·コイル支持体 3)の外乱振動による運動を制止することができ、外乱振動に対して好適に減衰作用が働く。この制振力は、振動周波数が高い (変位速度が高い)ほど、また振幅が大きいほど大きく発揮される。それに対して、駆動周波数はこの例によれば 1Hzであり、またこのような車載用レーザレーダ装置では高々 10Hz程度で駆動することが考えられ、そのような駆動周波数に対して大きく離れた高周波数側にばねマス系の共振周波数 (可動部分の固有振動数)があり、またそのばねマス系の共振周波数近傍で制振力が大きく働くように電気的共振周波数を設定することにより、駆動時の低周波数では減衰作用が働、て、な、とみなせるため、駆動特性に何ら問題が生じな!/、。

[0039] なお、図 8aでは付帯コイル 26にコンデンサ 27及び抵抗 Rを接続した LCR共振回路を形成した回路とした力図 8bに示されるように付帯コイル 26のみであっても良ぐまた図 8cに示されるように付帯コイル 26とコンデンサ 27とを接続したものであっても良い。それぞれの電気的共振回路の形成による制振効果は上記と同様である。そのような簡略ィ匕した回路でも同様の電気的共振周波数が設定できれば、回路が簡素化され、ァクチユエータの小型化及び低コスト化を促進し得る。

[0040] 上記回路はある特定の周波数で電気共振を起こしてインピーダンスが 0になる。そして、その周波数力も離れると徐々にインピーダンスが大きくなる。したがって、ばねマス系共振周波数にこの電気系共振周波数を略一致させることにより、駆動用ドラィバがコイルに駆動電流を流していない時でも外乱が入力して振動した時には回路に逆起電力による電流が流れて、可動部分の運動に対して特にばねマス系共振周波数で強い減衰効果が発揮されるようになる。また、減衰効果を発揮させたい所定の外乱振動周波数と駆動周波数帯域とが大きく異なる場合であれば、その外乱振動周波数に対して大きな制振力が発揮される電気系共振周波数を設定することにより、周波数が大きく異なる駆動時には減衰効果が発揮されな、ように調整することができ、駆動特性に何ら影響を及ぼすことなぐ好適な減衰力が発揮される。 [0041] この第 1の例として、付帯コイル 26を 4. 2mHとし、コンデンサ 27を 5mFとし、抵抗 Rを 100 Ωとして、約 35Hzの電気共振周波数を設定した回路を接続したときのァクチユエータ (A4)について、 DC的に駆動したときの電流 ·変位特性図を図 9に示すと共に、コイルへの駆動電流を流さない状態で外乱振動として 1〜： LOOHzのサイン波をスイープさせて入力したときの周波数応答線図を図 10に示す。併せて比較のために、駆動用ドライバによりコイルへの通電可能な状態で外乱振動を入力した場合のァクチユエータ A1とァクチユエータ A2との周波数応答特性と電流'変位特性とを、図 9 • 10にァクチユエータ A1を破線で、ァクチユエータ A2を点線でそれぞれ示す。

[0042] 駆動周波数が減衰対象の外乱振動周波数（ばねマス系の共振周波数)と大きく異なる場合であれば、上記図 8aに示される付帯コイル 26 ·コンデンサ 27·抵抗尺の電気的共振回路を接続していても駆動時にその回路による減衰効果は働かず、その結果、印加電流を 0力増加して駆動した場合と印加電流を減少させて 0に至るまで駆動した場合との特性差 (ヒステリシス）は図 9の実線 (A4)に示されるように発生しない。この点で、ァクチユエータのばねに粘弹性材を貼り付けた従来例のァクチユエ一タ A2 (図 9の点線）と大きく異なる。したがって、ァクチユエータ A4にあっては温度変化による特性変化も小さい。一方、図 12に示されるように、外乱振動が入力したときには駆動用ドライバが作動していなくても、この回路の働きにより、駆動用ドライバによりコイルへの通電可能な状態のァクチユエータ A2と同等の減衰効果が得られるようになる。したがって、この構造にあっては、減衰効果が駆動用ドライバ 25の作動状態に依存しないため、駆動用ドライバの内部抵抗が大きい場合などに好適である。なお、図 8aの回路の場合には抵抗 Rの値を調整することにより減衰力の大きさを調整することが可能である。

[0043] また、図 8aに示されるように付帯コイル 26とコンデンサ 27とを並列に接続した回路による電気系共振周波数を所定の外乱振動周波数に一致させることにより、上述したものと反対のようにする（駆動周波数帯の外乱振動が入力した時には減衰効果を発揮させずに、その他の帯域では減衰効果を発揮させる)ことも可能である。これにより駆動周波数帯での制振作用を防止することができ、効率の良い駆動特性を得られると共に、その他の周波数帯に対する外乱振動に対しては好適に制振力が得られる [0044] 次に、図 11及び図 12に本発明による外乱振動に対して減衰効果を高める手段の第 2の例を、上記図示例と同様に上下駆動用コイル 11について示す。なお、図 11は図 5と同様の図であり、同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この第 2の例にあっては、コイル 11を支持するべくコイル支持体 3に形成されたコイルボビン 3aにより、例えばコイル 11に外囲されるように第 2のコイルとしての短絡コイル 28をコイル 11の内側に設けている。なお、短絡コイル 28は軸線方向に対してコイル 11と略同一面上に配置されている。このようにすることにより、短絡コイル 28をコイル支持体 3から突出させることなく配設することができ、搭載場所に対する取り付けスペースに影響を及ぼすことがな、。

[0045] この第 2の例として、駆動用コイル 24の卷数を 300ターンとし、短絡コイル 28の卷数を 260ターンとしたときのァクチユエータ A5につ!/、て、 DC的に駆動したときの電流 •変位特性を図 13に、駆動用ドライバを作動させないで外乱振動として l〜100Hz のサイン波をスイープさせて入力したときの周波数応答線図を図 14に示す。併せて比較のために、駆動用ドライバによりコイルへの通電可能な状態で外乱振動を入力した場合のァクチユエータ A1とァクチユエータ A2との電流'変位特性と周波数応答特性とを図 13 · 14に、ァクチユエータ A1の場合を破線で、ァクチユエータ A2の場合を点線でそれぞれ示す。

[0046] 図 13に示されるように、駆動周波数が制振対象とする外乱振動周波数と大きく異なる場合には、短絡コイル 28を搭載しても駆動時には減衰効果は働かず、ヒステリシスは発生しない。よって、温度変化による特性変化は生じない。一方、図 14に示されるように、外乱振動が入力したときには駆動用ドライバが作動していなくても、短絡コィルを搭載することによって、駆動用ドライバによりコイルへの通電可能な場合のァクチユエータ A2と同等の大きな減衰効果を発揮させることができる。したがって、この構造も駆動用ドライバ 25の内部抵抗が大きい場合に好適である。

[0047] また、減衰効果を短絡コイル 28の仕様 (例えばコイルの形状、線径、卷数、材質）により自由に設定できることから、駆動用コイルに制振作用をもたせるものに対して、減衰効果が駆動ドライバの特性に依存されない。併せて、駆動用コイルによる制振作用を考慮する必要がないので、駆動用コイルの設計自由度も高い。

[0048] 次に、図 15に本発明による外乱振動に対して減衰効果を高める手段の第 3の例を、上記図示例と同様に上下駆動用コイルについて示す。この第 3の例にあっては、上記第 2の例の短絡コイル 28に付帯コイル 30とコンデンサ 29とを接続したものである。この付帯コイル 30の接続形態については上記第 2の例と同様である。このようにすることにより、第 2の例と同様に、外乱入力時に可動部分が変位すると短絡コイル 28に誘導起電力が生じ、その起電力が制振作用として働く。そして、付帯コイル 30及びコンデンサ 29の設定により、電気的共振周波数の設定を容易かつ任意に設定することができ、磁気駆動ァクチユエータの適用範囲を拡大することができる。

[0049] また、駆動用コイル 11による減衰作用も期待でき、その一例について次に示す。具体例として、レンズホルダ 3の上下方向への推力（駆動力）を例えば 2. 7Nとして設定した場合について以下に示す。図 16aの想像線により基準コイル 24を示す。この場合の基準コイル 24とは、磁気駆動ァクチユエータの推力を所定値として設計する場合に、主として小型軽量となることを目的として設計する場合のコイルを指すものとする。そのコイル仕様にあっては、素線径が 0. 16mmのものを約 250ターンで卷線して形成すると、その重量は約 5gとなり、印加電流 IIを 300mAとすると上記推力 2. 7N を発生する。基準コイル 24での系全体の減衰係数は、内部抵抗が非常に小さい駆動回路 (駆動用ドライバ 25)を接続した場合には 0. 24である。

[0050] それに対して、素線径を同じ 0. 16mmとして、 460ターンで卷線してコイルを形成することにより、図 16aに示されるように基準コイル 24よりも大きな外形の上下駆動用コイル 11になり、その重量は 10. 3gになる。しかしながら、卷数を増大していることから、その印加電流 12を 165mAと減少しても、同じ 2. 7Nの推力が得られる。そして、本図示例の上下駆動用コイル 11にあっては、その系全体の減衰係数は、内部抵抗が非常に小さい駆動回路を接続した場合には 0. 4になる。

[0051] このように、基準コイル 24に対して卷数を増大させて同一の推力を得るようにすることができ、それによりコイル重量が増大するものの、外乱振動入力時の変位により生じる誘導起電力による電磁制振力が増大し得るため、減衰係数を大きくすることができる。したがって、通常の走査時に必要な駆動力を確保し、外乱による振動に対しては大きな減衰係数によりコイル支持体 3の変位量を小さくすることができ、本図示例のように車載用レーザレーダ装置における投受光制御に対する外乱振動の影響を小さくすることができるため、良好な走査駆動特性が得られる。

[0052] 本ァクチユエータの動作において、駆動時 (走査時）に駆動用ドライバ 25により印加電流 12を板ばね 2に図 16bに示されるように供給すると、板ばね 2を介してコイル 1 1に通電され、通電方向に応じた方向に電磁力が発生し、コイル支持体 3 (板ばね 4 を介してコイル 14に通電された場合にはレンズホルダ 5 (レンズ 7· 9) )が変位する。例えば本図示例の車載用レーザレーダ装置の場合には所定の振幅及び周波数 (例えば 1Hz)でコイル支持体 3を振らせる。

[0053] それに対して、外乱入力時には、可動部分 (レンズホルダ 5 ·コイル支持体 3)が外乱入力方向に変位する力を受け、それによりコイル 11が磁気回路内で変位することから、コイル 11に誘導起電力が発生して、図 16bに示されるように電流 lbが流れ、外乱振動方向に抗する推力を発生する電磁力が生じる。したがって、可動部分 (レンズホルダ 5 ·コイル支持体 3)の外乱振動による運動を抑制することができ、外乱振動に対して好適に減衰作用が働く。この制振力は、振動周波数が高い (変位速度が高い )ほど、また振幅が大きいほど大きく発揮される。それに対して、駆動周波数は上記例によれば 1Hzであり、またこのような車載用レーザレーダ装置では高々 10Hz程度駆動することになり、そのような低周波数では減衰作用が働、て、な、とみなせるため、駆動時には何ら問題が生じない。

[0054] ここで、通常のターン数 (卷数)の少な、コイル (例えば上記基準コイル 24)を搭載したァクチユエータ (A1)と、そのァクチユエータ A1のばねに粘弹性材を貼り付けた従来例で示したような対策をしたァクチユエータ (A2)と、そして外乱が入力したときに減衰効果が大きくなるようにコイル (例えば上記上下駆動用コイル 11)の形状'線径'卷数'材質を最適化させた本図示例のァクチユエータ (A3)とにつ、て、駆動用ドライバ 25によりコイル 11への通電可能な状態で外乱振動として 1〜： LOOHzのサイン波をスイープさせて入力したときの周波数応答線図を図 17に示し、 1〜： LOOHzのサイン波をスイープさせて電流を印加して駆動したときの周波数応答線図を図 18に示す。 [0055] 駆動用ドライバの電源をオンした状態 (コイルに通電可能な状態)で通常のァクチュエータ A1に外乱が入力すると、本図示例のものにあっては図 17の破線のようにばね —マス系共振周波数となる約 40Hz付近の振れ幅が大きい周波数特性になる。このときの振れ幅をさらに小さくしたい場合には、ァクチユエータ A1のばねに粘弹性材を貼り付けることにより図 9の点線のような周波数特性を得ることが可能である（従来のァクチユエータ A2)。しかし、粘弹性材を使用すると、図 18の点線のように駆動時の周波数応答特性にも影響が及ぶ。

[0056] それに対して、ァクチユエータ A1において、ばねマス系共振周波数と同一の外乱入力周波数での振動に対して大きな制振力が発生するように、コイルの形状'線径'卷数 '材質を設計してコイルの最適化を行うことができる。これにより、粘弾性材が無くても、外乱が入力した場合の振れ幅を図 17の実線で示されるように従来のァクチユエータ A2と同等レベルに小さくすることができる。また、粘弾性材を使用した場合における駆動時の周波数応答特性の悪ィ匕がないため、図 18の実線で示されるように、駆動時の周波数応答特性は通常のァクチユエータ A1と同等レベルを確保することが可能になる。なお、コイルの最適化により制振力を大きくする周波数をばねマス系共振周波数と一致させるものではなぐばねマス系共振周波数近辺で誘導起電力が大きくなつて大きな制振力が得られるようにコイルを最適化すれば良い。

[0057] このように駆動周波数が低ぐそれに対して外乱入力により共振することになるばねマス系共振周波数が高い環境で使用される磁気駆動ァクチユエータにおいて、駆動用コイルを上記したように小型軽量ィ匕よりも減衰係数を大きくすることを優先して形成することで、外乱振動が入力された時のみにその外乱振動に対して強い減衰効果を得ることができる。そして、低い駆動周波数での変位では誘導起電力の発生が小さいため、駆動周波数に対してはその効果が発揮されないような制振力の周波数応答特性を得ることができるため、駆動特性には何ら影響がない。また、粘弾性材を貼り付けないことから、温度変化や応答性の低下、ヒステリシスの発生などによる悪影響を受けに《なり、また部品点数の削減による低コスト化も実現し得る。

[0058] これらの回路は、ある特定の周波数で電気共振を起こしてインピーダンスが 0になる。そして、その周波数力離れると徐々にインピーダンスが大きくなる。したがって、車載用途のように外乱入力によるばねマス系の共振周波数と駆動周波数帯域とが大きく異なるように設定することができる場合には、回路の電気系共振周波数をばねマス系共振周波数に一致させることにより、駆動用ドライバが作動していないときでも、その周波数の外乱振動が入力されたときのみ回路に逆起電力による電流が流れて、可動部分の運動に対して減衰効果が発揮され、一方駆動時には減衰効果が発揮されることがないなど、好適に使用することができる。

[0059] また、付帯コイル 26やコンデンサ 27、また短絡コイル 28やコンデンサ 29の各値を調整することにより周波数特性の調整が可能であるため、付帯コイルや短絡コイルを設けたものにあっては、駆動用ドライバの特性に影響されずに減衰効果を発揮させることができるため、駆動用コイルの設計自由度も高くなる。また、コイルの形状'線径' 卷数 '材質をそれぞれ別個に設定することができ、それにより推力や制振力の変更に対する設計自由度が増し、汎用性が高くなる。

[0060] また、上記各構成の磁気駆動ァクチユエータを外乱振動が入力される環境で用いることにより、その外乱振動に対する減衰効果が発揮され、好適に使用することができる。これは、外乱振動に対してのみ有効に作用し、駆動時には何ら影響を及ぼすことがない。したがって、例えば車載用レーザレーダ装置のように外乱の振動周波数がある程度特定される用途には特に有効である。

[0061] なお、本発明における可動部分の変位方向は、図示例では上下左右方向としたが、任意の軸回りに変位させる軸線回りの方向であっても適用される。

[0062] また、可動部分 (コイル支持体 3またはレンズホルダ 5)が固定部分に板ばね 2 · 4を介して支持されていることにより、容易に 1方向への変位を規制することができるため、 1方向への変位規制のためのガイド部材などを必要としな!/、。

産業上の利用可能性

[0063] 本発明にかかる磁気駆動ァクチユエータは、外乱振動に対しては制振作用が発揮され、駆動時にはその制振作用が影響しないようにすることができるため、走査型レ一ザレーダ装置等として有用である。

図面の簡単な説明

[0064] [図 1]本発明が適用されたレーザ光走査用ァクチユエータを示す斜視図である。 [図 2]図 1のレーザ光走査用ァクチユエータの上面図である。

[図 3]図 2の矢印 III線力も見た側面図である。

[図 4]図 1のレーザ光走査用ァクチユエ一タの要部分解組み立て斜視図である。

[図 5]上下方向駆動磁気回路を示す要部破断側面図である。

[図 6]左右方向駆動磁気回路を示す要部破断平面図である。

[図 7]板ばねとコイルとの電気的接続状態を示す斜視図である。

[図 8a]第 1の例を示すコイルの模式的駆動回路図である。

[図 8b]第 1の例の変形例を示す図 8aに対応する図である。

[図 8c]第 1の例のさらに別の変形例を示す図 8aに対応する図である。

[図 9]第 1の例における DC的に駆動した場合のァクチユエータの変位特性を示す図である。

[図 10]第 1の例における外乱振動が入力した場合のァクチユエータの周波数応答特性を示す図である。

[図 11]第 2の例を示す図 5と同様の図である。

[図 12]第 2の例を示す要部模式的斜視図である。

[図 13]第 2の例における DC的に駆動した場合のァクチユエータの変位特性を示す図である。

[図 14]第 2の例における外乱振動が入力した場合のァクチユエータの周波数応答特性を示す図である。

[図 15]第 3の例を示す回路図である。

[図 16a]駆動用コイルと基準コイルとを比較して示す模式図である。

[図 16b]図 16aのコイルの模式的駆動回路図である。

[図 17]外乱振動が入力した場合のァクチユエータの周波数応答特性を示す図である

[図 18]駆動した場合のァクチユエータの周波数応答特性を示す図である。

符号の説明

1 固定ベース

2 上下方向変位用板ばねコイル支持体左右方向変位用板ばねレンズホノレダレーザダイオード走査用レンズ受光フォトダイオード受光用レンズ

押さえ部材

上下駆動用コイルヨーク

a - 13b マグネット左右駆動用コイル U字状ヨークa- 16b マグネット基準コイル

駆動用ドライバ付帯コイル

コンデンサ

短絡コイル

コンデンサ

付帯コイル

Claims

請求の範囲

[1] 固定部分と、前記固定部分に設けられた磁石と、前記固定部分に対して少なくとも 1 方向に変位自在にばねを介して支持された可動部分と、前記可動部分に設けられたコイルと、前記磁石と前記コイルとの協働により前記可動部分を磁気駆動するべく前記コイルに接続された駆動回路とを有する磁気駆動ァクチユエータであって、外乱による前記可動部分の振動を、前記振動により前記コイルに発生する誘導起電力により減衰させると共に、

前記可動部分の減衰特性を調整するべぐ前記コイルによる前記減衰力を調整するためまたは別個に減衰力を発生させるための第 2のコイルを設けたことを特徴とする磁気駆動ァクチユエータ。

[2] 前記第 2のコイルが、前記コイルに並列に接続された付帯コイルであることを特徴とする請求項 1に記載の磁気駆動ァクチユエータ。

[3] 前記付帯コイルに、前記付帯コイルと協働して共振回路を形成するコンデンサが接続されていることを特徴とする請求項 2に記載の磁気駆動ァクチユエータ。

[4] 前記第 2のコイルが、前記コイルとは別個に前記可動部分に設けられた短絡コイルであることを特徴とする請求項 1に記載の磁気駆動ァクチユエータ。

[5] 前記短絡コイルに、共振回路を形成するコイル及びコンデンサが接続されていることを特徴とする請求項 4に記載の磁気駆動ァクチユエータ。

[6] 前記コイル及び前記第 2のコイルによる電気共振回路の共振周波数がばねマス系の共振周波数と略一致し、前記可動部分を変位させる駆動周波数が前記ばねマス系の共振周波数力離れた低周波数で発生するように設定されていることを特徴とする請求項 1に記載の磁気駆動ァクチユエータ。

[7] 車両搭載機器に用いられることを特徴とする請求項 1に記載の磁気駆動ァクチユエータ,