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公開番号2024113803
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-23
出願番号2023019007
出願日2023-02-10
発明の名称揺動装置
出願人ニデックインスツルメンツ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 26/10 20060101AFI20240816BHJP(光学)
要約【課題】可動体を2方向に揺動可能に支持する揺動支持機構の構造を単純化し、耐久性を高めるとともに、回転負荷を低減させる。
【解決手段】可動体3と支持体5とを接続する揺動支持機構4は、平板状のフレーム8と、フレーム8と支持体5とを接続する接続機構9を備える。接続機構9は、フレーム8のY軸方向の両端に固定された球体91と、支持体5に配置されるばね部材92の凹曲面96と点接触させて、フレーム8全体をY軸周りに回転可能に支持する。フレーム8は、可動体保持部81からX軸方向の両側に延びる一対の軸部83A、83Bを回転軸として、可動体保持部81に固定される可動体3をX軸周りに回転可能に支持する。フレーム8は、可動体保持部81のY軸方向の両側からX軸方向の両側へそれぞれ先細り形状に延びる一方側枠部分86Aおよび他方側枠部分86Bを備える。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
可動体および支持体と、
前記可動体と前記支持体とを接続する揺動支持機構と、を有し、
前記可動体は、前記揺動支持機構を介して、前記支持体に対して第１軸を中心とする第１軸周りの方向に揺動可能に支持されるとともに、前記支持体に対して第１軸と交差する第２軸を中心とする第２軸周りの方向に揺動可能に支持され、
前記第１軸に沿う方向を第１軸方向とし、前記第２軸に沿う方向を第２軸方向とし、前記第１軸と交差し且つ前記第２軸と交差する第３軸に沿う方向を第３軸方向とする場合に、
前記揺動支持機構は、前記第３軸方向を板厚方向とする平板状のフレームと、前記フレームの前記第２軸方向の両端に設けられた一対のフレーム側摺動部と、前記支持体に配置されて前記一対のフレーム側摺動部を前記第２軸周りに回転可能に支持する一対の支持体側摺動部と、を備え、
前記フレームは、前記可動体に対して前記第３軸方向に重なる可動体保持部と、前記可動体保持部の外周を囲む枠部と、前記可動体保持部から前記第１軸方向の両側に延びて前記枠部に接続される一対の軸部と、を備え、
前記枠部は、
前記可動体保持部の前記第２軸方向の両側から前記第１軸方向の一方側へ先細り形状に延びて前記一対の軸部の一方の先端に接続される一方側枠部分と、
前記可動体保持部の前記第２軸方向の両側から前記第１軸方向の他方側へ先細り形状に延びて前記一対の軸部の他方の先端に接続される他方側枠部分と、を備えることを特徴とする揺動装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第１軸周りの駆動力を発生させる第１磁気駆動機構と、
前記第２軸周りの駆動力を発生させる第２磁気駆動機構と、を有し、
前記第１磁気駆動機構は、前記第１軸上の位置で前記可動体保持部に固定される第１磁石と、前記第１磁石に前記第３軸方向で対向する第１コイルと、を備え、
前記第２磁気駆動機構は、前記可動体保持部の前記第２軸方向の少なくとも一方側において前記第２軸上の位置で前記枠部に固定される第２磁石と、前記第２磁石に前記第３軸方向で対向する第２コイルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の揺動装置。
【請求項３】
前記フレームは、板金部材であり、
前記可動体保持部および前記枠部には、それぞれ、樹脂製の磁石ホルダがインサート成形により固定され、
前記第１磁石および前記第２磁石は、前記磁石ホルダを介して前記フレームに固定されることを特徴とする請求項２に記載の揺動装置。
【請求項４】
前記第１磁石の着磁方向は、前記第２軸方向であり、
前記第２磁石の着磁方向は、前記第１軸方向であることを特徴とする請求項２に記載の揺動装置。
【請求項５】
前記フレームは、板金部材であり、
前記可動体保持部には、樹脂製の可動体ホルダがインサート成形により固定され、
前記可動体保持部の前記第２軸方向の中央には、前記第１軸方向の両端から前記第１軸方向の中央に向かって切り欠かれた一対の切欠き部が設けられ、前記一対の軸部は、前記一対の切欠き部の内側に配置される第１部分を備え、
前記可動体ホルダは、前記切欠き部と第３軸方向で重なる部分が切り欠かれており、
前記可動体と前記第１部分との間に前記第３軸方向の隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の揺動装置。
【請求項６】
前記一方側枠部分は、前記可動体保持部の前記第２軸方向の両側からそれぞれ前記第１軸方向の一方側へ向かうに従って前記第１軸に近づく方向に直線状に延びる一対の一方側直線部を備え、
前記他方側枠部分は、前記可動体保持部の前記第２軸方向の両側からそれぞれ前記第１軸方向の他方側へ向かうに従って前記第１軸に近づく方向に直線状に延びる一対の他方側直線部を備えることを特徴とする請求項１に記載の揺動装置。
【請求項７】
前記一方側枠部分は、前記第１軸方向の一方側に突出する円弧状であり、
前記他方側枠部分は、前記第１軸方向の他方側に突出する円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の揺動装置。
【請求項８】
前記フレーム側摺動部と前記支持体側摺動部の一方は、球体であり、
前記フレーム側摺動部と前記支持体側摺動部の他方は、前記球体に前記第２軸上で点接触する凹曲面であることを特徴とする請求項１に記載の揺動装置。
【請求項９】
前記球体と前記凹曲面との間に前記第２軸方向の与圧を付与するばね部材を備えることを特徴とする請求項８に記載の揺動装置。
【請求項１０】
前記フレーム側摺動部と前記支持体側摺動部の一方は、内輪と外輪との間に転動体が保持されたベアリングの前記内輪を備え、
前記フレーム側摺動部と前記支持体側摺動部の他方は、前記外輪を備えることを特徴とする請求項１に記載の揺動装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動体を揺動させる揺動装置に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザー光などの走査光を射出して反射光を検知し、反射光が戻ってくるまでの時間を計測することで対象物までの距離や方向、形状などを測定する計測装置が用いられている。この種の計測装置は、走査光を反射するミラーを所定の周波数で揺動させるチルト動作を行う揺動装置を備え、ミラーのチルト動作によりパルス光を射出する。
【０００３】
また、走査光を反射するミラーを所定の周波数で揺動させる揺動装置は、走査光により描画を行う光スキャナ装置に用いられている。特許文献１には、この種の光スキャナ装置が記載される。特許文献１の光スキャナ装置は、ミラーが固定される可動板と、可動板を囲む枠状の支持部と、可動板と支持部とを接続する板バネとが一体に形成されている。板バネは、可動板から両側へ延びる軸部材と、軸部材の先端から幅方向の両側へ延びて、軸部材の両側を平行に延びる一対の弾性部材を備えており、弾性部材は可動板の両側で支持部に接続される。軸部材は回転軸線上に配置され、可動板は、軸部材のねじり変形によって回転軸線周りに揺動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５０９２４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
走査光を射出して反射光を検知する計測装置では、ミラーを第１軸周りに高い周波数（例えば、数百Ｈｚ）で揺動させながら、第１軸と交差する第２軸周りに低い周波数（例えば、数十Ｈｚ）で揺動させる動作を行う。このような動作を行うための揺動機構は、通常、第１軸周りの揺動機構と、第２軸周りの揺動機構を組み立てて構成されるため、構造が軸雑になってしまう。また、高い周波数で揺動する機構は、部品の接合箇所に高い負荷が加わるため、壊れやすく、耐久性が低いという問題がある。
【０００６】
また、ミラーを揺動させる際、回転負荷を下げることが望ましいが、２方向に揺動させる揺動機構の場合、第２軸周りの揺動の際に、第１軸周りの揺動機構全体を揺動させなければならない。そのため、イナーシャが大きく、回転負荷が大きくなってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、可動体を２方向に揺動可能に支持する揺動支持機構の構造を単純化し、耐久性を高めるとともに、回転負荷を低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の揺動装置は、可動体および支持体と、前記可動体と前記支持体とを接続する揺動支持機構と、を有し、前記可動体は、前記揺動支持機構を介して、前記支持体に対して第１軸を中心とする第１軸周りの方向に揺動可能に支持されるとともに、前記支持体に対して第１軸と交差する第２軸を中心とする第２軸周りの方向に揺動可能に支持され、前記第１軸に沿う方向を第１軸方向とし、前記第２軸に沿う方向を第２軸方向とし、前記第１軸と交差し且つ前記第２軸と交差する第３軸に沿う方向を第３軸方向とする場合に、前記揺動支持機構は、前記第３軸方向を板厚方向とする平板状のフレームと、前記フレームの前記第２軸方向の両端に設けられた一対のフレーム側摺動
部と、前記支持体に配置されて前記一対のフレーム側摺動部を前記第２軸周りに回転可能に支持する一対の支持体側摺動部と、を備え、前記フレームは、前記可動体に対して前記第３軸方向に重なる可動体保持部と、前記可動体保持部の外周を囲む枠部と、前記可動体保持部から前記第１軸方向の両側に延びて前記枠部に接続される一対の軸部と、を備え、前記枠部は、前記可動体保持部の前記第２軸方向の両側から前記第１軸方向の一方側へ先細り形状に延びて前記一対の軸部の一方の先端に接続される一方側枠部分と、前記可動体保持部の前記第２軸方向の両側から前記第１軸方向の他方側へ先細り形状に延びて前記一対の軸部の他方の先端に接続される他方側枠部分と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、可動体と支持体とを１枚の平板状のフレームにより接続しており、フレームは、外周部分である枠部と内側に配置される可動体保持部とを接続する軸部のねじり変形により、可動体保持部を第１軸周りに揺動可能に支持する。また、枠部の第２軸方向の両端と支持体とが第２軸周りに摺動可能に接続されるので、平板状のフレーム全体が第２軸周りに揺動可能に支持される。このような構成では、単一の部品である平板状のフレームに枠部および軸部を設け、枠部の第２軸方向の両端に摺動部を設けるだけで２方向に揺動させるための揺動支持機構を構成できるので、揺動支持機構の構造を単純化でき、部品同士の接合部を少なくして耐久性を高めることができる。また、フレームは、第２軸方向の両側に向かって先細り形状となる平面形状をしているので、軸部の長さを確保して第１軸周りの回転負荷を低減させながら、第２軸周りに回転させる際のイナーシャを少なくして回転負荷を低減させることができる。
【００１０】
本発明において、前記第１軸周りの駆動力を発生させる第１磁気駆動機構と、前記第２軸周りの駆動力を発生させる第２磁気駆動機構と、を有し、前記第１磁気駆動機構は、前記第１軸上の位置で前記可動体保持部に固定される第１磁石と、前記第１磁石に前記第３軸方向で対向する第１コイルと、を備え、前記第２磁気駆動機構は、前記可動体保持部の前記第２軸方向の少なくとも一方側において前記第２軸上の位置で前記枠部に固定される第２磁石と、前記第２磁石に前記第３軸方向で対向する第２コイルと、を備えることが好ましい。このようにすると、可動体の第１軸周りの回転中心である第１軸に近い位置に第１磁石を配置でき、且つ、可動体の第２軸周りの回転中心である第２軸に近い位置に第２磁石を配置できる。従って、可動体を第１軸周りおよび第２軸周りに揺動させるときのイナーシャを小さくすることができる。従って、可動体を高い周波数で揺動させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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