(57)【要約】【課題】簡単な構成により、得られるトルクの低下を招くことなくコイルのインダクタンスの大きな低減を図れるとともに、コイルへの通電に伴う熱を効率良く外部へ放散することができるガルバノアクチュエータを提供する。【解決手段】半円柱形状に磁極が分極された円柱状の磁石２と、夫々が磁石２の外周面の一部に沿うように磁石２の軸心方向に延在して配された２つのコイル４，４と、磁石２と軸心を同一として磁石２及びコイル４，４を内包する円筒状のヨークとを備えるガルバノアクチュエータにおいて、磁石２及びコイル４，４を内包する円筒状のヨーク６とを備えるガルバノアクチュエータ１にあって、コイル４，４とヨーク６との間に銅シート５（導電性シート）を設けている。【選択図】図２
2014239577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半円柱形状に磁極が分極された円柱状の磁石と、夫々が該磁石の外周面の一部に沿うように前記磁石の軸心方向に延在して配された２つのコイルと、前記磁石と軸心を同一として前記磁石及び前記コイルを内包する円筒状のヨークとを備えるガルバノアクチュエータにおいて、
前記コイルと前記ヨークとの間に導電性シートを設けてあることを特徴とするガルバノアクチュエータ。
【請求項２】
前記導電性シートは２枚のシートからなり、該２枚のシート夫々を前記２つのコイル夫々の位置に対応させて設けてあることを特徴とする請求項１記載のガルバノアクチュエータ。
【請求項３】
前記導電性シートは、前記ヨークの内周面にメッキにより形成されたものであることを特徴とする請求項１または２記載のガルバノアクチュエータ。
【請求項４】
前記導電性シートの材料は、銅または銅合金であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のガルバノアクチュエータ。
【請求項５】
前記コイルは平角成形コイルであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のガルバノアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばミラーなどの光学部材の回動に使用されるガルバノアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザビームなどの光ビームを走査したり高精度に位置決めしてその光エネルギーを利用して対象物を加工する装置、また、対象物であるスクリーンに光ビームを走査して画像を描画する装置が知られている。光源からの光ビームを対象物の所望方向に案内する際には、回動しているミラーにて光源からの光ビームを反射させて所望の方向に走査させる。ミラーの回動を行う駆動部材としてガルバノアクチュエータが利用されている。
【０００３】
このようなミラーなどの光学部材の回動に適用されるガルバノアクチュエータとして、従来から種々のタイプが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、磁石を有して中心軸の周囲で回転する磁気ロータと、該磁気ロータに同軸であって２つのコイル部分を含むステータとから構成されたガルバノアクチュエータが開示されている。
【０００４】
また、光ディスクに記録された情報を読み取る光学ヘッドの対物レンズの変位を行うための駆動部材として利用されるアクチュエータとして、特許文献２には、コイルを含む可動子と磁石を含む固定子にて構成されたアクチュエータが記載されており、可動子を構成するポールピースの表面に導電膜を設けることにより、コイルのインダクタンスを低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１９９８１３号公報
【特許文献２】特開昭６１−２９２２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガルバノアクチュエータにあって、コイルのインダクタンスが大きい場合には、該コイルに通電する交流に対して抵抗となる。大きいインダクタンスに対抗して通電するためには、印加する電圧を高くすることが考えられるが、高電圧を発生するための電源回路が必要となり、構成の大型化を招来することとなる。よって、ガルバノアクチュエータにおいてコイルの低インダクタンス化を図る必要がある。
【０００７】
ガルバノアクチュエータのコイルのインダクタンスの低減を図る第１の手法として、コイルの巻き数を少なくする方法が考えられる。しかしながら、コイルの巻き数を少なくした場合には、得られるトルクが低下してしまって、光学部材に対して所望の回動を行えなくなるという問題がある。
【０００８】
コイルのインダクタンスの低減を図る第２の手法として、ギャップの磁場を高めるために、磁石及びコイルを囲むように配されたヨーク（アウターヨーク）をバルク化して導電性を持たせることにより、コイルのインダクタンスを下げる方法が考えられる。しかしながら、ヨークのバルク化により、インダクタンスの低下は得られるものの、その低下量は少なく、十分な低減を実現しているとは言い難いという問題がある。
【０００９】
第３の手法として、コイルの内側に沿って導体のリングを設けるＶＣＭ（Voice Coil Motor）で適用されているショートリング（ショートターン）が考えられるが、このショートリング（ショートターン）もインダクタンスの低減効果は少なく、低周波数領域ではその低減効果がないという問題がある。
【００１０】
以上のことから、上述した手法は何れも、コイルのインダクタンスの低減化には十分な対策とはなっていない。
【００１１】
また、電動機であるガルバノアクチュエータにあっては、コイルへの通電によって発熱するが、その発熱の影響によりコイルの電気抵抗が上昇し、エネルギー効率を悪化させている。したがって、コイルへの通電に伴って発生する熱を効率良く外部へ放散する必要がある。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成により、得られるトルクの低減を招くことなくコイルのインダクタンスの大きな低減を図れるとともに、コイルへの通電に伴う熱を効率良く外部へ放散することができるガルバノアクチュエータ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】
【００１３】
本発明に係るガルバノアクチュエータは、半円柱形状に磁極が分極された円柱状の磁石と、夫々が該磁石の外周面の一部に沿うように前記磁石の軸心方向に延在して配された２つのコイルと、前記磁石と軸心を同一として前記磁石及び前記コイルを内包する円筒状のヨークとを備えるガルバノアクチュエータにおいて、前記コイルと前記ヨークとの間に導電性シートを設けてあることを特徴とする。
【００１４】
本発明のガルバノアクチュエータにあっては、コイルとヨークとの間に導電性シートを設けている。コイルへの通電により生じた磁束によって、導電性シートに渦電流が発生する。この渦電流は、コイルへの通電による磁束とは反対の向きの磁束を発生させるので、全体の磁束は減少する。インダクタンスは磁束に比例するため、コイルのインダクタンスは低減する。この際、磁束の減少は、発生するトルクに影響を及ぼさないため、得られるトルクが低下することはない。一方、コイルへの通電により生じた熱は、導電性シートを介して容易にヨークに伝導する。よって、コイルへの通電に伴う熱を効率良く外部へ放散することが可能である。
【００１５】
本発明に係るガルバノアクチュエータは、前記導電性シートは２枚のシートからなり、該２枚のシート夫々を前記２つのコイル夫々の位置に対応させて設けてあることを特徴とする。
【００１６】
本発明のガルバノアクチュエータにあっては、２枚の導電性シート夫々が２つのコイル夫々を被うように配されている。よって、渦電流による磁束の減少を確実に行えるとともに、コイルからの熱放散を効率良く行える。
【００１７】
本発明に係るガルバノアクチュエータは、前記導電性シートは、前記ヨークの内周面にメッキにより形成されたものであることを特徴とする。
【００１８】
本発明のガルバノアクチュエータにあっては、ヨークの内周面へのメッキにより導電性シートを形成している。よって、比較的薄い導電性シートを容易に設けられる。
【００１９】
本発明に係るガルバノアクチュエータは、前記導電性シートの材料は、銅または銅合金であることを特徴とする。
【００２０】
本発明のガルバノアクチュエータにあっては、導電性シートの材料が、電気伝導性及び熱伝導性の両方に優れた銅または銅合金である。銅または銅合金製の導電性シートは、優れた電気伝導性を有するので、インダクタンスの低減に寄与する大きな渦電流が得られる。また、銅または銅合金製の導電性シートは優れた熱伝導性を有するので、コイルに発生する熱が効率良くヨークに伝達される。
【００２１】
本発明に係るガルバノアクチュエータは、前記コイルは平角成形コイルであることを特徴とする。
【００２２】
本発明のガルバノアクチュエータにあっては、コイルとして平角成形コイルを使用する。よって、高い占積率が得られて、狭いスペースで多くの巻回数を実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のガルバノアクチュエータでは、コイルとヨークとの間に導電性シートを設けているので、発生するトルクを減少させることなくコイルのインダクタンスの大幅な低減を図ることができるとともに、コイルへの通電により発生する熱を効率良く外部へ放散することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のガルバノアクチュエータの光ビーム走査システムへの適用例を示す概略図である。
【図２】本発明のガルバノアクチュエータの一例を示す横断面図である。
【図３】本発明のガルバノアクチュエータの一例を示す縦断面図である。
【図４】インダクタンスの低減の作用を説明するための説明図である。
【図５】導電性シートを設けた効果を示すグラフである。
【図６】本発明のガルバノアクチュエータの他の例の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、本発明のガルバノアクチュエータの光ビーム走査システムへの適用例を示す概略図である。
【００２６】
光ビーム走査システム１０は、ガルバノアクチュエータ１を有しており、ガルバノアクチュエータ１にはミラー締結軸２０を介してミラー３０が連結されている。ミラー締結軸２０は、ガルバノアクチュエータ１のロータ部（可動子）に接続しており、ガルバノアクチュエータ１内の後述するコイルに通電することにより、その軸心を中心にして回動する。この回動により、ミラー締結軸２０に連結されたミラー３０も回動する。
【００２７】
ミラー３０には、光源４０から光ビーム５０が投射され、その投射光ビームはミラー３０で反射する。反射された光ビーム６０は、対象物７０に照射される。ここで、ミラー３０が回動することにより、反射された光ビーム６０は対象物７０上を走査される。そして、この走査光ビームにより、対象物７０が加工されたり、対象物７０に画像が表示されたりする。
【００２８】
図２、図３はそれぞれ、本発明のガルバノアクチュエータの一例を示す横断面図、縦断面図である。ガルバノアクチュエータ１は、磁石２と、スリーブ３と、２組のコイル４，４と、銅シート５と、アウターヨーク６と、アウターケース７とを備えている。
【００２９】
磁石２及びスリーブ３にて、ガルバノアクチュエータ１のロータ部（可動子）が構成され、コイル４，４、銅シート５、アウターヨーク６及びアウターケース７にて、ガルバノアクチュエータ１のステータ部（固定子）が構成される。
【００３０】
磁石２は、半円柱形状に磁極（Ｎ極、Ｓ極）が分極励磁されている円柱状の永久磁石である。円筒形をなすスリーブ３は、例えばステンレス鋼製であり、その内部に磁石２を保持する。磁石２及びスリーブ３は、例えばエポキシ樹脂などの接着剤により一体的に保持されており、ガルバノアクチュエータ１の駆動時には、磁石２及びスリーブ３が一体として回動する。
【００３１】
スリーブ３（ロータ部）の外周面側には、２組のコイル４，４が、磁石２の軸心方向に延在して、前記外周面と所定の間隙を隔てて設けられている。よって、ロータ部とステータ部とは所定の間隙をあけて分離されることになる。コイル４，４は、磁石２を中心として、点対称の位置に設けられている。各コイル４は、例えば幅２ｍｍ、厚さ１ｍｍの線材を折り曲げながら巻回させてなる平角成形コイルである。平角成形コイルを使用しているため、狭いスペースでも多くの巻き数を得ることができる。また、一巻きのコイルにすると加工しにくいため、本実施の形態では、各コイル４が、内側の単コイルと外側の単コイルとの２層構成となっており、これらの２つの単コイルが電気的に直列に接続されている。なお、２層構成に限らず、各コイル４は、単層構成、３層以上の構成であっても良い。コイル４，４には、電源（図示せず）から所定周波数の交流電流が通電される。
【００３２】
アウターヨーク６は、磁石２と同一の軸心を有する円筒状をなし、磁石２、スリーブ３及びコイル４，４を内包している。アウターヨーク６は、例えばリング状のケイ素鋼板を軸方向に積層したものからなる。アウターヨーク６とコイル４，４との間には、導電性シートしての銅シート５が設けられている。具体的には、アウターヨーク６の内周面に、その全域にわたって厚さ０．１〜０．２ｍｍ程度の銅シート５が接着されている。そして、銅シート５及びコイル４，４は、合成樹脂を用いて、アウターヨーク６の内周面側で一体的にモールドされている。
【００３３】
アウターヨーク６の外周面には、円筒状のアウターケース７の内周面が接着されている。アウターケース７は、例えばアルミニウム製である。
【００３４】
上記のような構成のガルバノアクチュエータ１にあって、コイル４，４に交流電流を通電すると、磁石２は磁路と直交する方向にローレンツ力を受け、このローレンツ力に伴うトルクが発生して、ロータ部が回動する。このロータ部の回動が、ミラー３０に伝えられてミラー３０も回動し、対象物７０に対する光ビームの走査を行える。
【００３５】
コイル４に印加される駆動電圧に上限がある場合に、如何にして電流の立ち上がりを速くするかが、ガルバノアクチュエータ１の駆動効率の向上の鍵となる。コイル４のインダクタンスが低い場合には、駆動電圧を印加したときの電流の立ち上がりは急峻となる。よって、コイル４のインダクタンスの低減が望まれている。
【００３６】
本発明にあっては、アウターヨーク６とコイル４，４との間に銅シート５を設けているため、コイル４のインダクタンスを低減できる。以下、その理由について説明する。図４は、インダクタンスの低減の作用を説明するための説明図である。図４において、図２，図３と同一部材には同一番号を付している。
【００３７】
コイル４への通電により、外向きに磁束Φ１が発生する（図中白抜矢符）。このとき、銅シート５は導電性であるので、この磁束Φ１に応じて渦電流が流れる。流れた渦電流により、磁束Φ１とは逆向きである内向きの磁束Φ２が発生する（図中実線矢符）。磁束Φ１と磁束Φ２とは向きが反対であるため、コイル４を貫く全体の磁束Φは、Φ＝Φ１−Φ２となり、磁束Φ２分だけ減少する。ここで、インダクタンスＬは磁束Φに比例するので（電流をＩとした場合に、Ｌ＝Φ／Ｉ）、コイル４のインダクタンスは低減する。
【００３８】
図５は、導電性シート（銅シート５）を設けた効果を示すグラフである。図５において、横軸は印加する駆動電圧の周波数、縦軸はコイルのインダクタンスを表している。図５中、ａは本発明例（導電性シートあり）における特性を示し、ｂは従来例（導電性シートなし）における特性を示している。本発明例にあっては、特に周波数が大きくなるにつれて、インダクタンスが大幅に低減していることが理解される。
【００３９】
ところで、銅シート５を設けた場合、上述したように磁束が減少するので、得られるトルクも低下することが懸念される。しかしながら、このような懸念は当たらない。本発明に記載したガルバノアクチュエータ１は、コイルで発生する磁場と磁石で発生する磁場との吸引、反発によってトルクを発生させる構成ではなく、磁場の中で電流が流れることにより生じるローレンツ力によってトルクを発生させる構成である。ローレンツ力Ｆは、Ｂ（磁束密度）、Ｉ（電流）、ｌ（コイルの有効長）とした場合に、Ｆ＝ＢＩｌで示され、磁束の変動には直接影響を受けない。よって、本発明のように、銅シート５を設けても、発生するトルクはほとんど低下しない。
【００４０】
以上のように、本発明のガルバノアクチュエータでは、発生するトルクをほとんど低下させることなく、コイルのインダクタンスを大幅に低減することが可能である。そして、本実施の形態では、導電性シートとして、電気伝導性に優れた銅製のシート（銅シート５）を使用しているので、導電性シートに流れる渦電流を大きくできるため、インダクタンスのより大幅な低減を実現できる。
【００４１】
銅シート５の厚さを０．１〜０．２ｍｍ程度としたが、これには限らない。銅シート５が薄すぎると、渦電流によるインダクタンスの低減効果が十分に得られない。一方、銅シート５を厚くしすぎると、コイル４とアウターヨーク６とのギャップが広がりすぎるため、トルクが低下する可能性がある。よって、このような事情、発生させたいトルクの大きさきなどを考慮して、銅シート５の最適な厚さを決定すれば良い。
【００４２】
コイル４に通電した場合、多くの熱が発生する。この熱の影響によりコイル４の電気抵抗が上昇して、エネルギー効率が悪くなることが考えられるため、発生した熱を速やかに外部へ放散させることが重要である。本発明のガルバノアクチュエータ１は、この発生熱の外部放散にも適した構成である。発生熱の外部放散の作用・効果について以下に説明する。
【００４３】
コイル４に発生した熱は、アウターヨーク６、アウターケース７を経て外部に放散される。この際、本実施の形態では、熱伝導性に優れた銅シート５が、コイル４とアウターヨーク６との間に設けられているので、コイル４に発生した熱は、迅速に、銅シート５を介してアウターヨーク６に伝導されて外部へ放散される。よって、効率が良い外部への熱放散を行うことができる。この結果、コイル４からの熱による悪影響を低減することが可能である。
【００４４】
なお、上記のようにコイルの外側に導電性シートを設けているので、熱放散性に優れることになるのであり、コイルの内側、つまりコイルと磁石との間に、導電性シートを設ける場合には、このような優れた熱放散性は得られない。また、コイルと磁石との間に導電性シートを設けた場合には、コイルと磁石とのギャップが広くなるため、得られるトルクが低下する。本発明は、このようなトルクの低下とは無縁である。
【００４５】
図６は、本発明のガルバノアクチュエータの他の例の要部を示す図である。前述した例では、１枚の銅シート５を、アウターヨーク６の内周面全域に設けるようにしたが、図６に示す例では、アウターヨーク６の内周面に分離させて２枚の銅シート５，５を設けている。
【００４６】
図６に示すように、２枚の銅シート５，５夫々を、２組のコイル４，４夫々の設置位置に対応させて設けている。具体的には、２組のコイル４，４夫々に、２組のコイル４，４夫々を被うように、２枚の銅シート５，５夫々を設けている。このように構成する場合にも、コイル４，４夫々に発生する磁束が通過する範囲に、導電性シートとしての銅シート５，５夫々が設けられているため、同様の効果を奏することができる。
【００４７】
なお、上述した実施の形態では、銅シート５をアウターヨーク６の内周面に接着させるように構成したが、数十μｍ程度までの厚さの場合には、アウターヨーク６の内周面に銅メッキを施すことにより、導電性シートを設けるようにしても良い。
【００４８】
また、導電性シートの材料として銅を用いる場合について説明したが、銅と同様に電気伝導性及び熱伝導性に優れた銅合金を材料としても同様の効果を奏する。
【００４９】
また、上述した実施の形態では、ケイ素鋼板からなるアウターヨーク６と、アルミニウムからなるアウターケース７とを用いることとしたが、他の例として、アウターヨーク６を軟磁性体の一体物で構成する場合には、アウターケース７は不要である。
【００５０】
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５１】
１  ガルバノアクチュエータ
２  磁石
３  スリーブ
４  コイル
５  銅シート
６  アウターヨーク（ヨーク）
７  アウターケース
【図１】
2014239577.tif 000003
【図２】
2014239577.tif 000004
【図３】
2014239577.tif 000005
【図４】
2014239577.tif 000006
【図５】
2014239577.tif 000007
【図６】
2014239577.tif 000008