(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を中心に回転可能な回転部材と、
その一端が固定部材に対して回動可能に連結され、他端が前記回転部材と第１のヒンジ部を介して連結された連結部材と、
前記連結部材を当該連結部材の回動方向に押圧する駆動手段と、
前記固定部材または前記中心軸を、前記固定部材と前記中心軸とが互いに離隔する方向に移動させることにより、前記第１のヒンジ部に張力を付与する張力付与手段と、
を備えたことを特徴とする微小回転駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の微小回転駆動装置において、
前記連結部材は第２のヒンジ部を介して前記固定部材と連結されており、前記張力付与手段は前記第１のヒンジ部と前記第２のヒンジ部とに張力を付与する微小回転駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２いずれかに記載の微小回転駆動装置において、
前記張力付与手段は、前記固定部材を前記中心軸から離隔する方向に移動させる微小回転駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、部材を微小角度だけ回転駆動する微小回転駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような微小回転駆動装置は、例えば、光学系における光学素子を微小角度だけ回転させる目的で使用される。
【０００３】
このような微小回転駆動装置は、例えば、特許第２５３７２７７号公報において開示されている。この特許第２５３７２７７号公報に開示された微小回転駆動装置は、画像の描画装置に使用する走査光学系において、像を回転させる目的でペチャンプリズムを微小角度だけ回転駆動するために使用されるものであり、その四隅を板バネにより牽引された矩形の回転体に対して、一対のピエゾ素子により対偶力を付与することにより、この回転体に対して仮想中心を中心とした回転変位を生じせしめる構成を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の微小回転駆動装置は、回転変位を得るために一対のピエゾ素子等の駆動手段が必要となり、構成が複雑化するという問題が生ずる。
【０００５】
また、回転体はその四隅を板バネにより牽引されていることから、この回転体を回転させるために大きな力が必要となる。このため、回転体やピエゾ素子等の変形により変位のリニアリティを維持することが困難となり、正確な回転駆動を実行できないという問題が生ずる。
【０００６】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成でありながら正確な微小回転駆動を得ることができる微小回転駆動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の微小回転駆動装置は、中心軸を中心に回転可能な回転部材と、その一端が固定部材に対して回動可能に連結され、他端が前記回転部材と第１のヒンジ部を介して連結された連結部材と、前記連結部材を当該連結部材の回動方向に押圧する駆動手段と、前記固定部材または前記中心軸を、前記固定部材と前記中心軸とが互いに離隔する方向に移動させることにより、前記第１のヒンジ部に張力を付与する張力付与手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の微小回転駆動装置は、請求項１に記載の微小回転駆動装置において、前記連結部材は第２のヒンジ部を介して前記固定部材と連結されており、前記張力付与手段は前記第１のヒンジ部と前記第２のヒンジ部とに張力を付与している。
【０００９】
請求項３に記載の微小回転駆動装置は、請求項１または請求項２いずれかに記載の微小回転駆動装置において、前記張力付与手段は、前記固定部材を前記中心軸から離隔する方向に移動させている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の第１実施形態に係る微小回転駆動装置の平面概要図であり、図２はその要部を示す斜視図、また、図３はその正面概要図である。
【００１１】
この微小回転駆動装置は、中心軸１を有する回転部材２と、この微小回転駆動装置を設置するためのベース部９（その一部を図１に図示）に固定された固定部材５と、これらの回転部材２と固定部材５とを連結するための連結部材３と、この連結部材３を押圧するピエゾ素子７とを備える。回転部材２、固定部材５および連結部材３は、工具鋼等の金属により一体的に成型されている。
【００１２】
回転部材２の中心軸１は、この微小回転駆動装置を設置するベース部９上に設置された図示しない軸受により回転可能に支持されている。そして、この中心軸１は、例えば上述したペチャンプリズム等の光学系における回転駆動すべき光学素子と接続されている。
【００１３】
固定部材５は、貫通孔１８（図２参照）を貫通してこの微小回転駆動装置を設置するベース部９に形成されたねじ穴に螺合する一対のねじ１７により、ベース部９に固定されている。なお、固定部材５に形成された貫通孔１８の内径はねじ１７の外形より大きくなっており、固定部材５はくさび部材８の作用により、中心軸１から離隔する方向に移動しうる構成となっている。
【００１４】
より具体的には、固定部材５の一端には傾斜面１６（図３参照）が形成されており、また、くさび部材８には、この傾斜面１６と当接する傾斜面１５が形成されている。このため、くさび部材８をその上方から一対のねじ１４により押圧すれば、固定部材５の傾斜面１６がくさび部材８の傾斜面により押圧されて、固定部材５が中心軸１から離隔する方向に移動することになる。
【００１５】
連結部材３と回転部材２とは、第１のヒンジ部４を介して接続されている。この第１のヒンジ部４は、この第１のヒンジ部４を構成する金属を約０．２ｍｍ程度の厚みとなるように形成することで、連結部材３と回転部材２とを弾性力をもって曲げ得る状態で接続するものである。すなわち、この第１のヒンジ部４は、金属薄板を利用した板バネ構造の弾性ヒンジを構成する。このため、回転部材２は、連結部材３に対して回動可能に連結されていることになる。
【００１６】
同様に、連結部材３と固定部材５とは、第２のヒンジ部６を介して接続されている。この第２のヒンジ部６も、この第２のヒンジ部６を構成する金属を約０．２ｍｍ程度の厚みとなるように形成することで、連結部材３と固定部材５とを弾性力をもって曲げ得る状態で接続するものである。すなわち、この第２のヒンジ部６も、金属薄板を利用した板バネ構造の弾性ヒンジを構成する。このため、連結部材３は固定部材５に対して回動可能に連結されていることになる。
【００１７】
ピエゾ素子９は、その一端がベース部９に固定されており、その他端は連結部材３の凹部１１内に配設された球体１２と当接している。このため、このピエゾ素子９は、連結部材３を、固定部材５に対する連結部材３の回動方向に押圧する駆動手段として機能する。
【００１８】
以上のような構成を有する微小回転駆動装置においては、くさび部材８の傾斜面１５により固定部材５の傾斜面１６を押圧して、固定部材５を中心軸１から離隔する方向に移動させることにより、第１のヒンジ部４と第２のヒンジ部６とに張力を付与した後、ねじ１７により固定部材５をベース部９に対して固定しておく。そして、この状態において、収縮状態にあるピエゾ素子７におけるベース部９との当接部とは逆側の端部が、連結部材３の凹部１１内に配設された球体１２と当接するように、ピエゾ素子７を配置する。
【００１９】
このような状態において、ピエゾ素子７に電圧を印加することにより、ピエゾ素子７の駆動で球体１２を押圧する。このピエゾ素子７による押圧力に伴って、連結部材３は第２のヒンジ部６における曲げ位置を中心に図１における時計方向に微小角度だけ回動する。そして、この連結部材３の回動に伴って第１のヒンジ部４が移動し、この第１のヒンジ部４の移動に伴って、連結部材３と第１のヒンジ部４を介して接続された回転部材２が、中心軸１を中心として、図１に示す反時計方向に微小角度だけ回転する。
【００２０】
このとき、回転部材２と固定部材５とは、金属を薄板状に加工することにより形成された第１のヒンジ部４および第２のヒンジ部６により連結部材３と連結されているので、小さな駆動力により容易に回転部材２を回転させることができる。
【００２１】
また、ピエゾ素子７による押圧力を解除した場合には、くさび部材８の作用により生ずる張力により、回転部材２は反時計方向に回転し、もとの角度位置まで復帰する。
【００２２】
なお、このような構成を有する微小回転駆動装置においては、第１のヒンジ部４および第２のヒンジ部６を構成する金属の薄板部分を薄くすれば、より小さい駆動力により回転部材２を回転させることが可能となり、また、第１のヒンジ部４および第２のヒンジ部６に作用する曲げ応力が緩和されて第１のヒンジ部４および第２のヒンジ部６の耐久力が向上する。一方、第１のヒンジ部４および第２のヒンジ部６を薄くした場合には、その剛性が低下し、外部の振動等の影響を受けやすいという問題が生ずる。
【００２３】
しかしながら、上述した微小回転駆動装置においては、第１のヒンジ部４と第２のヒンジ部６には、くさび部材８の作用により張力が付与されていることから、第１のヒンジ部４および第２のヒンジ部６の厚みを薄くした場合であっても、応力硬化効果により、第１のヒンジ部４および第２のヒンジ部６の剛性を向上させることができ、外部の振動等の影響を防止することが可能となる。
【００２４】
また、この微小回転駆動装置の外部に共振を生じせしめる振動が発生するような場合においても、くさび部材８に対するねじ１４の押圧力を調整して第１、第２のヒンジ部４、６に付与される張力を調整することにより、回転部材２、連結部材３および固定部材５等に対する振動の固有値を変更して共振の発生を防止することが可能となる。
【００２５】
なお、図１に示すように、第２のヒンジ部６の曲げ位置と第１のヒンジ部４の曲げ位置との距離をａ、第２のヒンジ部６の曲げ位置とピエゾ素子７と球体１２との接触位置との距離をｂとし、ピエゾ素子７による球体１２の移動量をｃとした場合、第２のヒンジ部４はｄ＝ｃ×（ａ／ｂ）だけ移動することになる。このため、同一のピエゾ素子７を使用する場合においても、上述したａ、ｂの値を変更することにより、この微小回転駆動装置による回転角度を変更することが可能となる。
【００２６】
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。図４はこの発明の第２実施形態に係る微小回転駆動装置の平面概要図である。なお、上述した第１実施形態と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２７】
上述した第１実施形態に係る微小回転駆動装置においては、ピエゾ素子７による押圧力とくさび部材８により生ずる張力とを利用して回転部材２を回転させ、または、元の角度位置まで復帰させているが、この第２実施形態においては、ピエゾ素子７と対向する位置に、ピエゾ素子７による連結部材３の押圧方向と逆方向に連結部材３を押圧するバネ１３をさらに配設し、このバネ１３による押圧力で回転部材２をもとの角度位置まで復帰させている。
【００２８】
この第２実施形態に係る微小回転駆動装置においては、収縮状態にあるピエゾ素子７のベース部９との当接部とは逆側の端部と、バネ１３により押圧された状態（図４において一点差線で示す状態）にある連結部材３の凹部１１内に配設された球体１２とが当接するように、ピエゾ素子７を配置する。
【００２９】
このような状態において、ピエゾ素子７に電圧を印加することにより、ピエゾ素子７の駆動で球体１２を押圧する。このピエゾ素子７による押圧力に伴って、連結部材３は第２のヒンジ部６における曲げ位置を中心に図４における時計方向に微小角度だけ回動する。そして、この連結部材３の回動に伴って第１のヒンジ部４が移動し、この第１のヒンジ部４の移動に伴って、連結部材３と第１のヒンジ部４を介して接続された回転部材２が、図４において一点差線で示す位置から、図４において実線で示す位置を越え、図４において２点差線で示す位置まで回転する。
【００３０】
また、ピエゾ素子７による押圧力を解除した場合には、バネ１３による押圧力により、回転部材２は反時計方向に回転し、図４において一点差線で示すもとの角度位置まで復帰する。
【００３１】
上述した第１、第２の実施の形態においては、いずれも、固定部材５に形成された傾斜面１６と当接する傾斜面１５を備えたくさび部材８により固定部材５を押圧して、固定部材５を中心軸１から離隔する方向に移動させているが、固定部材５をねじ等により直接押圧して、固定部材５を中心軸１から離隔する方向に移動させる構成としてもよい。
【００３２】
また、上述した第１、第２の実施の形態においては、いずれも、固定部材５を中心軸１から離隔する方向に移動させることにより、第１のヒンジ部４および第２のヒンジ部６に張力を付与しているが、中心軸１を固定部材５から離隔する方向に移動させることにより、第１のヒンジ部４および第２のヒンジ部６に張力を付与する構成としてもよい。
【００３３】
また、上述した第１、第２の実施の形態においては、いずれも、微小回転駆動装置を設置するベース部９上に配設された図示しない軸受により回転可能に支持された中心軸１を、回転部材２に対して固定した構成を有しているが、中心軸１を微小回転駆動装置を設置するベース部９上に固定し、回転部材２を中心軸１に対して回転させる構成としてもよい。この場合においては、回転部材２のみが回転することから、上述したペチャンプリズム等の光学系における回転駆動すべき光学素子は、回転部材２と接続させておく。
【００３４】
また、上述した第１、第２の実施の形態においては、いずれも、連結部材３と固定部材５とを第２のヒンジ部６を介して接続しているが、連結部材３の一端を他の回動連結機構により固定部材５に対して回動可能に連結する構成としてもよい。
【００３５】
さらに、上述した第１、第２の実施の形態においては、いずれも、連結部材３をその回動方向に押圧する駆動手段としてピエゾ素子７を使用しているが、他の電歪素子や磁歪素子を使用するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、中心軸を中心に回転可能な回転部材と、その一端が固定部材に対して回動可能に連結され、他端が回転部材と第１のヒンジ部を介して連結された連結部材と、連結部材を連結部材の回動方向に押圧する駆動手段と、固定部材または中心軸を固定部材と中心軸とが互いに離隔する方向に移動させることにより第１のヒンジ部に張力を付与する張力付与手段とを備えたことから、装置全体の構成を簡易なものとしながら、小さな駆動力で回転部材を微小角度回転させることができ、正確な微小回転駆動を得ることが可能となる。
【００３７】
請求項２に記載の発明によれば、連結部材は第２のヒンジ部を介して固定部材と連結されており、張力付与手段は第１のヒンジ部と第２のヒンジ部とに張力を付与することから、装置全体の構成をより簡易にすることができ、また、より小さな駆動力で回転部材を微小角度回転させることが可能となる。
【００３８】
請求項３に記載の発明によれば、張力付与手段が固定部材を中心軸から離隔する方向に移動させることから、回転中心の位置を変更することなく張力を付与することが可能となり、回転すべき部材の位置決め作業が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る微小回転駆動装置の平面概要図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る微小回転駆動装置の要部を示す斜視図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る微小回転駆動装置の正面概要図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係る微小回転駆動装置の平面概要図である。
【符号の説明】
１      中心軸
２      回転部材
３      連結部材
４      第１のヒンジ部
５      固定部材
６      第２のヒンジ部
７      ピエゾ素子
８      くさび部材
９      ベース部
１１    凹部
１２    球体
１３    バネ
１４    ネジ
１５    傾斜面
１６    傾斜面
１７    ネジ
１８    孔部
【図１】
0003681541.tif 000002
【図２】
0003681541.tif 000003
【図３】
0003681541.tif 000004
【図４】
0003681541.tif 000005