(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ベース、及び前記固定ベースに固着された軸受けホルダと、
前記軸受けホルダに、回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸の側面の、周方向に関して一部の領域に対向するように配置され、前記固定ベースに固定されたヨークであって、該回転軸の側面に対向する面から前記回転軸に向かって突出し、該回転軸の側面との間に間隙を画定し、該回転軸の回転方向に並ぶように配置された一対の磁極を含むヨークと、
前記回転軸の、長さ方向に沿って形成された面上に固定された反射鏡と、
前記回転軸が回転方向に関して中立位置に静止しているとき、前記回転軸の前記ヨーク側を向く側面に固定され、回転方向に並ぶように配置され、該回転軸の径方向に磁化された複数の永久磁石と、
前記磁極に巻かれたコイルと
を有し、
前記一対の磁極は、前記回転軸の回転中心となる仮想直線を含む中立平面に関して対称の関係になるように配置されており、
前記複数の永久磁石、及びその極性の向きは、前記回転軸が中立位置に静止しているときに、前記中立平面に関して対称の関係になるように配置されており、かつ、前記中立平面に関して同じ側に複数の永久磁石が固定されており、前記中立平面に関して同じ側で相互に隣り合う永久磁石は、前記回転軸の径方向の極性の向きが相互に反対向きとなるように配置されており、
前記コイルは、前記中立平面に関して対称の位置に配置される磁極の前記回転軸側の端部が反対極性に励磁されるように巻かれているビームスキャナ。
【請求項２】
前記永久磁石が４つ以上配置されており、前記回転軸が中立位置に静止しているときに、前記中立平面に関して同じ側に配置され、かつ、前記回転軸の回転方向に関して相互に隣り合う２つの永久磁石の間に、前記磁極が配置される請求項１に記載のビームスキャナ。
【請求項３】
固定ベース、及び前記固定ベースに固着された軸受けホルダと、
前記軸受けホルダに、回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸の側面の、周方向に関して一部の領域に対向するように配置され、前記固定ベースに固定されたヨークであって、該回転軸の側面に対向する面から前記回転軸に向かって突出し、該回転軸の側面との間に間隙を画定し、該回転軸の回転方向に並ぶように配置された一対の磁極を含むヨークと、
前記回転軸の、長さ方向に沿って形成された面上に固定された反射鏡と、
前記回転軸が回転方向に関して中立位置に静止しているとき、前記回転軸の前記ヨーク側を向く側面に固定され、回転方向に並ぶように配置され、該回転軸の径方向に磁化された一対の永久磁石と、
前記磁極に巻かれたコイルと
を有し、
前記一対の磁極は、前記回転軸の回転中心となる仮想直線を含む中立平面に関して対称の関係になるように配置されており、
前記一対の永久磁石、及びその極性の向きは、前記回転軸が中立位置に静止しているときに、前記中立平面に関して対称の関係になるように配置されており、
前記コイルは、前記中立平面に関して対称の位置に配置される磁極の前記回転軸側の端部が反対極性に励磁されるように巻かれており、
更に、前記回転軸が回転方向に関して中立位置に静止しているとき、前記中立平面に関して対称な関係となるように、前記回転軸の側面に一対の凸極が形成されており、
前記回転軸が中立位置に静止しているときに、前記磁極が、回転方向に関して、前記永久磁石と前記凸極とにまたがる位置に、または前記永久磁石と前記凸極との間に配置されるビームスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射したビームを反射して走査することのできるミラーを備えるビームスキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や電子部品に関連する分野では、電子機器、たとえば携帯電話などの情報通信端末の小型化、高機能化を実現するための部品の高密度実装が必要であり、高いスループットで、高密度の基板穴開け加工を行うシステムが求められている。
【０００３】
レーザビームを照射して加工を行なう場合、ガルバノミラー（回転ミラー）でビームを反射して走査するガルバノスキャナ（ビームスキャナ）を用いて照射位置を移動させる方法を採ると、高速な加工が可能になる。
【０００４】
したがって、レーザ加工の高速化、高精度化、高スループット化を実現するため、レーザ加工装置のキーコンポーネントとなるガルバノスキャナに対する要求が高まっている。
【０００５】
図５は、ガルバノスキャナを含むレーザ加工装置の概略図である。レーザ加工装置は、レーザ発振器１２、第１ガルバノスキャナ２０、第２ガルバノスキャナ２４、ｆθレンズ６、及びステージ８を含んで構成される。第１及び第２ガルバノスキャナ２０、２４は、それぞれ回転ミラー２０ａ、２４ａを備える。図示するようにＸＹＺ直交座標系を画定するとき、第１ガルバノスキャナ２０の回転ミラー２０ａは、たとえばＺ軸に平行な軸の周囲を回転し、第２ガルバノスキャナ２４の回転ミラー２４ａは、たとえばＹ軸に平行な軸の周囲を回転する。
【０００６】
レーザ発振器１２が、たとえばＸＹ平面に平行な方向に、パルスレーザビーム１４を出射する。出射したパルスレーザビーム１４は、第１ガルバノスキャナ２０の回転ミラー２０ａでＸＹ平面に平行な所定の方向に反射される。パルスレーザビーム１４は、更に、第２ガルバノスキャナ２４の回転ミラー２４ａで所定の方向に反射され、ｆθレンズ６を経て、ステージ８上に載置された加工対象物１０に照射される。パルスレーザビーム１４は、ｆθレンズ６により、加工対象物１０の表面に対して垂直な方向に偏向して、加工対象物１０に入射する。
【０００７】
第１及び第２ガルバノスキャナ２０、２４の回転ミラー２０ａ、２４ａを回転し、レーザビーム１４の進行方向を変えることによって、レーザビーム１４が加工対象物１０上を走査する。
【０００８】
図６は、ムービングコイル式ガルバノスキャナの概略を示す断面図である。ガルバノスキャナは、入射光を反射する回転ミラー３３、回転ミラー３３を先端に保持し、周囲に回転させる回転軸３０、回転軸３０を回転自在に支持する第１及び第２軸受３１、３２、回転軸３０に固着されたコイル３４、コイル３４に電流を流したとき、回転ミラー３３を回転させるトルクを発生させる永久磁石３５及びヨーク３６、並びに、回転ミラー３３の回転角度を検出するための角度センサ３７を含んで構成される。
【０００９】
永久磁石３５とヨーク３６とで作られた磁界の中に配置されたコイル３４に電流を流したとき発生するトルクは、第１及び第２軸受３１、３２により支持された回転軸３０に伝達され、回転ミラー３３を回転させる。回転ミラー３３の回転角度は、回転軸３０の回転ミラー３３とは反対側の端部に取り付けられた角度センサ３７によって計測される。
【００１０】
前述したように、ガルバノスキャナの高速、高精度な駆動への要求が高まっている。しかしながら図６に示したガルバノスキャナにおいては、回転ミラー３３、コイル３４、角度センサ３７が回転軸３０に、直列的に配置されているため、回転軸３０の捩れ変形による共振が発生しやすい。特に、回転軸３０の両端に取り付けられている回転ミラー３３と角度センサ３７とは、回転軸３０の捩れ変形による共振現象の主原因となり、回転ミラー３３の高速駆動を妨げる。
【００１１】
また、回転軸３０に捩れ変形が生じると、回転ミラー３３の実際の回転角度と、角度センサ３７による測定値との間にずれが生じ、レーザ照射位置の位置決め精度が低下する場合もある。
【００１２】
このような問題点を解決するため、回転軸の端部に、回転ミラーを直列に配置しない構成が提案されている（たとえば、特許文献１、２、及び３参照）。特許文献１には、ミラーの裏面に直接コイルを取り付ける構成のガルバノミラー装置が開示されている。また、特許文献２及び３には、ミラーの両端にコイルを配置する構成（それぞれミラー式光路偏向装置、及び、スキャナ装置）が開示されている。
【００１３】
これらの構成は、小さなミラーの回転を行う機構をコンパクトに構築する場合に有効である。しかし、慣性モーメントが大きくなってしまうため、ミラーが大きい場合に、駆動に十分なトルクを発生させることは容易ではなく、また、高速、高精度の駆動には適さない。
【００１４】
特に、ミラーにコイルを直接取り付ける構成においては、コイルで発生した熱がミラーに伝達しやすく、その結果、ミラーで反射されたレーザビームの断面形状が劣化したり、位置決め精度が低下する恐れがある。このため、高速駆動に十分な電流を流せないという問題もある。更に、コイルで発生した熱がコイルの剛性を低下させるため、可動部に共振が発生しやすく、高速性、高精度性の実現が困難となる。
【００１５】
ムービングコイル式ガルバノスキャナは、回転子にコイルが配設され、固定子に永久磁石が配置される構成を有する。一方、回転子に永久磁石が配置され、固定子にコイルが配設された構成を備えるムービングマグネット式のガルバノスキャナも知られている（たとえば、特許文献４参照）。
【００１６】
特許文献４記載のガルバノスキャナ（ガルバノミラーアクチュエータ）は、ミラーを保持するミラー枠の裏面に、永久磁石を配置した構成を有する。この構成によれば、コイルで発生した熱のミラーへの伝導を防止することができる。しかし、ミラーが大きい場合には、駆動に十分なトルクを発生させることは容易ではない。
【００１７】
なお、コイルの巻数を増やすことで大きいトルクを得ることは可能である。しかし、この場合、コイルギャップも厚くなり、パーミアンス係数が小さくなって、永久磁石に減磁が生じる。また、コイルでの発熱量が増加する。このため、コイルの巻数を増やすことは、高速、高精度駆動の要求に応えるものとはいえない。
【００１８】
【特許文献１】特開平７−１０４２０７号公報
【特許文献２】特開平６−３３１９０９号公報
【特許文献３】特開２００３−４３４０５号公報
【特許文献４】特開２０００−８１５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、高速で動作が可能なビームスキャナを提供することである。
【００２０】
また、高精度で動作が可能なビームスキャナを提供することである。
【００２１】
更に、安定な動作が可能なビームスキャナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の一観点によれば、固定ベース、及び前記固定ベースに固着された軸受けホルダと、前記軸受けホルダに、回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の側面の、周方向に関して一部の領域に対向するように配置され、前記固定ベースに固定されたヨークであって、該回転軸の側面に対向する面から前記回転軸に向かって突出し、該回転軸の側面との間に間隙を画定し、該回転軸の回転方向に並ぶように配置された一対の磁極を含むヨークと、前記回転軸の、長さ方向に沿って形成された面上に固定された反射鏡と、前記回転軸が回転方向に関して中立位置に静止しているとき、前記回転軸の前記ヨーク側を向く側面に固定され、回転方向に並ぶように配置され、該回転軸の径方向に磁化された複数の永久磁石と、前記磁極に巻かれたコイルとを有し、前記一対の磁極は、前記回転軸の回転中心となる仮想直線を含む中立平面に関して対称の関係になるように配置されており、前記複数の永久磁石、及びその極性の向きは、前記回転軸が中立位置に静止しているときに、前記中立平面に関して対称の関係になるように配置されており、かつ、前記中立平面に関して同じ側に複数の永久磁石が固定されており、前記中立平面に関して同じ側で相互に隣り合う永久磁石は、前記回転軸の径方向の極性の向きが相互に反対向きとなるように配置されており、前記コイルは、前記中立平面に関して対称の位置に配置される磁極の前記回転軸側の端部が反対極性に励磁されるように巻かれているビームスキャナが提供される。
また、本発明の他の観点によれば、固定ベース、及び前記固定ベースに固着された軸受けホルダと、前記軸受けホルダに、回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の側面の、周方向に関して一部の領域に対向するように配置され、前記固定ベースに固定されたヨークであって、該回転軸の側面に対向する面から前記回転軸に向かって突出し、該回転軸の側面との間に間隙を画定し、該回転軸の回転方向に並ぶように配置された一対の磁極を含むヨークと、前記回転軸の、長さ方向に沿って形成された面上に固定された反射鏡と、前記回転軸が回転方向に関して中立位置に静止しているとき、前記回転軸の前記ヨーク側を向く側面に固定され、回転方向に並ぶように配置され、該回転軸の径方向に磁化された一対の永久磁石と、前記磁極に巻かれたコイルとを有し、前記一対の磁極は、前記回転軸の回転中心となる仮想直線を含む中立平面に関して対称の関係になるように配置されており、前記一対の永久磁石、及びその極性の向きは、前記回転軸が中立位置に静止しているときに、前記中立平面に関して対称の関係になるように配置されており、前記コイルは、前記中立平面に関して対称の位置に配置される磁極の前記回転軸側の端部が反対極性に励磁されるように巻かれており、更に、前記回転軸が回転方向に関して中立位置に静止しているとき、前記中立平面に関して対称な関係となるように、前記回転軸の側面に一対の凸極が形成されており、前記回転軸が中立位置に静止しているときに、前記磁極が、回転方向に関して、前記永久磁石と前記凸極とにまたがる位置に、または前記永久磁石と前記凸極との間に配置されるビームスキャナが提供される。
【００２３】
このビームスキャナは、動作における高速性、高精度性、安定性を有するビームスキャナである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高速で動作が可能なビームスキャナを提供することができる。
【００２５】
また、高精度で動作が可能なビームスキャナを提供することができる。
【００２６】
更に、安定な動作が可能なビームスキャナを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例によるガルバノスキャナを示す概略的な断面図である。
【００２８】
図１（Ａ）を参照する。第１の実施例によるガルバノスキャナは、磁性体で形成され、長さ方向に内部を貫く揺動軸Ｃが画定され、揺動軸Ｃの周囲に回転（自転）可能なシャフト５２、シャフト５２の径方向上部（光入射側）に取り付けられ、入射光を反射する平面ミラー５１、磁性体で形成された突極形ヨーク６２、及び、コイル６１を含む。
【００２９】
なお、次図に示すように、シャフト５２の側面には永久磁石が固定されており、突極形ヨーク６２及びコイル６１とともに動力源（シャフト５２を自転させる駆動トルクを発生させるトルク発生源）を構成する。
【００３０】
コイル６１は、突極形ヨーク６２に配設されており、突極形ヨーク６２は固定ベース６５に固着されている。固定ベース６５は、実施例によるガルバノスキャナの固定的基準位置を定める。
【００３１】
シャフト５２は、長さ方向に沿って離れた２点で、軸受け５４ａ、５４ｂを介して、固定ベース６５に固着された軸受けホルダ６４ａ、６４ｂに、揺動軸Ｃの周囲を揺動（自転）自在に、支持されている。
【００３２】
シャフト５２の長さ方向の一端部には、ストッパ５５が取り付けられている。ストッパ５５と、軸受けホルダ６４ａに固定されたストッパホルダ６３とで、シャフト５２の自転可能範囲を制限することができる。
【００３３】
また、ガルバノスキャナは、角度センサ４２を含む。角度センサ４２は、シャフト５２の、ストッパ５５が取り付けられた端部とは反対側の端部に固着されたスケール４２ａ、及び、固定ベース６５に間接的に固定された（固定ベース６５との位置関係が変化しない）エンコーダヘッド４２ｂを含んで構成される。スケール４２ａには、原点位置が画定されている。エンコーダヘッド４２ｂは、スケール４２ａの揺動に伴う原点位置の変位を読み取ることで、ミラー５１の回転位置を検出することができる。
【００３４】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿う断面図である。
【００３５】
シャフト５２の長さ方向の中心付近は、たとえば円筒の一部を、中心軸（揺動軸Ｃ）に沿って、切り口が平面となるように、切り取った形状を有する。したがって、この位置におけるシャフト５２の断面は、円から弧の一部を弦状に切り取った形状を有する。シャフト５２の切り取られた平面部分上には、ミラー５１が直接固定される。
【００３６】
シャフト５２の円筒側面には、相互に同形、同特性の永久磁石５３ａ〜ｄが固着される。永久磁石５３ａ〜ｄは、シャフト５２の回転方向に並ぶように配置され、シャフト５２の径方向に磁化された永久磁石である。
【００３７】
永久磁石５３ａ、５３ｂは、シャフト５２の径方向について、Ｓ極とＮ極とが相互に同じ向きに配置される。たとえば、シャフト５２側にＮ極、突極形ヨーク６２側（スロット６６ａ、６６ｂ側）にＳ極を向けて配置される。
【００３８】
また、永久磁石５３ｃ、５３ｄも、シャフト５２の径方向について、Ｓ極とＮ極とが相互に同じ向きに配置される。更に、永久磁石５３ａ、５３ｃは、シャフト５２の径方向について、Ｓ極とＮ極とが相互に逆向きである。したがって、たとえば、永久磁石５３ｃ、５３ｄは、シャフト５２側にＳ極、突極形ヨーク６２側（スロット６６ａ、６６ｂ側）にＮ極を向けて配置される。
【００３９】
永久磁石５３ａ〜ｄは、シャフト５２の中心軸（揺動軸Ｃ）に平行に形成される。また、永久磁石５３ａと５３ｂとは、シャフト５２の中心軸（揺動軸Ｃ）を含み、かつ、平面ミラー５１と垂直に交わる仮想平面Ｐ（仮想平面Ｐはシャフト５２に固定され、シャフト５２とともに揺動軸Ｃの周囲を揺動する仮想平面である。）に関して、対称に配置される。永久磁石５３ｃと５３ｄとについても同様である。
【００４０】
すなわち、永久磁石５３ａ〜ｄ及びその極性の向きは、仮想平面Ｐに関して対称の関係になるように配置されている。
【００４１】
更に、永久磁石５３ａと５３ｃとは、シャフト５２の中心軸（揺動軸Ｃ）を含み、かつ、仮想平面Ｐと垂直に交わる仮想平面Ｑ（仮想平面Ｑもまた、シャフト５２に固定され、シャフト５２とともに揺動軸Ｃの周囲を揺動する仮想平面である。）に関して、対称に配置される。永久磁石５３ｂと５３ｄも、仮想平面Ｑに関して対称に配置される。
【００４２】
なお、平面ミラー５１及びシャフト５２も仮想平面Ｐに関して、自己対称である。
【００４３】
図示するようにＸＹＺ座標系を画定する。鉛直方向をＺ方向とし、ＸＹ平面に平行な面内に固定ベース６５を配置するとき、シャフト５２は、中心軸（揺動軸Ｃ）がＹ方向と平行となるように配置される。
【００４４】
突極形ヨーク６２は、シャフト５２の側面の、周方向に関して一部の領域に対向するように配置される。突極形ヨーク６２には、シャフト５２側（永久磁石５３ａ〜ｄ側）に向かって突き出した凸部であるスロット６６ａ及び６６ｂが形成されている。たとえばスロット６６ａ及びｂは、それぞれ相互に同形である。スロット６６ａ及びｂは、シャフト５２の側面との間に間隙を画定する。
【００４５】
スロット６６ａ、ｂは、たとえばＹ軸と平行、すなわち揺動軸Ｃと平行に形成される。また、揺動軸Ｃを含み、ＹＺ平面に平行な平面（中立平面、図１（Ｂ）においては、仮想平面Ｐと一致する平面）に関して対称な関係となるように配置される。なお、たとえば突極形ヨーク６２自体も、中立平面に関し自己対称である。
【００４６】
スロット６６ａ、ｂには、それぞれコイル６１ａ、ｂが巻かれている。
【００４７】
前述したように、実施例によるガルバノスキャナは、ミラー５１が直接シャフト５２に固着される。ミラー５１をシャフト５２に取り付ける際に、たとえばミラー５１を保持するミラー枠を用いることがないため、剛性を高くすることができる。これにより、ミラー５１の曲げ変形による共振と、シャフト５２の捩れ変形による共振を抑止し、ミラー５１を高速、高精度で位置決めすることが可能となる。
【００４８】
また、コイル６１ａ、ｂは、ヨーク６２（スロット６６ａ、ｂ）に配設され、シャフト５２側には配置されない。したがって、コイル６１ａ、ｂで発生した熱が、ミラー５１に伝導することで生じる、レーザビーム（ミラー５１で反射されるレーザビーム）の形状の劣化や、位置決め精度の低下を防止することができる。
【００４９】
図１（Ｃ）を参照して、動力源の構造と動作を説明する。なお、本図に示すのは、コイルに通電せず、永久磁石５３ａ〜ｄの磁力を考慮しないときの平衡位置（中立位置）に、シャフト５２が回転方向に関して静止している状態である。
【００５０】
永久磁石５３ａ〜ｄは、シャフト５２の、突極形ヨーク６２側を向く側面に固定され、中立平面に関して相互に対称の関係になるように配置されている。なお、永久磁石５３ａ〜ｄの断面形状は、たとえばすべて、揺動軸Ｃを中心とする扇形から、シャフト５２を除いた形状である。
【００５１】
突極形ヨーク６２のスロット６６ａ及びｂの中心線は、それぞれＸ軸正方向及び負方向に沿って、揺動軸Ｃに向かって伸びている。
【００５２】
スロット６６ａ、ｂのシャフト５２側端部は、シャフト５２の回転方向に相互に隣り合う２つの永久磁石の間に配置される。第１の実施例においては、スロット６６ａは、永久磁石５３ａと５３ｃとの間に配置され、スロット６６ｂは、永久磁石５３ｂと５３ｄとの間に配置される。
【００５３】
スロットのシャフト側端部は、永久磁石が４つ以上配置されている場合、たとえば仮想平面Ｐに関して同じ側に配置され、かつ、シャフト５２の回転方向に関して相互に隣り合う２つの永久磁石の間に配置される。
【００５４】
スロット６６ａ及びｂには、連続した一本の導線により、それぞれ同一の巻き数で、コイル６１ａ及びｂが形成されている。コイルは、スロット６６ａと６６ｂのシャフト５２側端部（スロットの先端部）が反対極性に励磁されるように巻かれている。コイル６１ａとコイル６１ｂの巻き方向は逆向きである。
【００５５】
たとえば図の「電流方向」の矢印に沿って電流を流したとき、スロット６６ａについては、シャフト５２（揺動軸Ｃ）側端部にＮ極が形成され、スロット６６ｂについては、シャフト５２（揺動軸Ｃ）側端部にＳ極が形成される。
【００５６】
本図には、ガルバノスキャナ内に形成される磁力線を、閉曲線に矢印を付して示した。永久磁石５３ｄ、スロット６６ｂ（コイル６１ｂ）、突極形ヨーク６２、スロット６６ａ（コイル６１ａ）、永久磁石５３ａ、シャフト５２、永久磁石５３ｄの向きに磁気回路が形成される。
【００５７】
図に示すような磁極が形成された状態において、永久磁石５３ａとスロット６６ａとの間には吸引力、永久磁石５３ｃとスロット６６ａとの間には反発力が働く。また、永久磁石５３ｄとスロット６６ｂとの間には吸引力、永久磁石５３ｂとスロット６６ｂとの間には反発力が作用する。
【００５８】
これらの吸引力及び反発力によって、可動部（シャフト５２、ミラー５１、永久磁石５３ａ〜ｄ、及びスケール４２ａ）を揺動軸Ｃの周囲に揺動させる回転トルク（本図に示す場合においては、反時計回りの向きのトルク）が発生する。
【００５９】
図２は、第２の実施例によるガルバノスキャナの動力源近傍を示す概略的な断面図であり、図１（Ｃ）に対応する図である。第２の実施例によるガルバノスキャナは、シャフト５２の構成において、第１の実施例によるガルバノスキャナと特徴的に異なる。なお、本図に示すのは、コイルに通電せず、永久磁石５３ａ、５３ｂの磁力を考慮しないときの平衡位置（中立位置）に、シャフト５２が回転方向に関して静止している状態である。
【００６０】
第２の実施例においては、シャフト５２に２つの突極５６ａ、５６ｂが形成されている。
【００６１】
突極５６ａ、５６ｂは、シャフト５２の円筒側面に磁性体で形成され、突極形ヨーク６２側（スロット６６ａ、６６ｂ側）に向かって突き出す凸部である。たとえば突極５６ａ、５６ｂは、相互に同形であり、突極形ヨーク６２（スロット６６ａ、６６ｂ）との間に間隙を画定する。
【００６２】
突極５６ａ、５６ｂは、中立平面に関して対称な関係となるように配置される。たとえば図示するように、突極５６ａのＹ方向に沿う側面の一方が仮想平面Ｑ上にあり、他方がミラー５１側にあるように配置される。突極５６ｂについても同様である。
【００６３】
第１の実施例においては、シャフト５２の円筒側面に４つの永久磁石５３ａ〜ｄが固定されていたが、第２の実施例においては、シャフト５２の円筒側面に２つの永久磁石５３ａ及びｂが固定される。
【００６４】
第２の実施例における永久磁石５３ａ及びｂは、第１の実施例における永久磁石５３ｃ及びｄにそれぞれ対応し、基本的構成は一致する。しかし、図示するように、永久磁石５３ａのＹ方向に沿う側面の一方が仮想平面Ｑ上にあり、他方がミラー５１とは反対側（突極形ヨーク６２側）にあるように配置される点において異なる。永久磁石５３ｂについても同様である。
【００６５】
図２に示す形態においては、永久磁石５３ａと突極５６ａとは隣接し、スロット６６ａは両者にまたがる位置に配置される。永久磁石５３ａと突極５６ａとの間に空隙が設けられ、スロット６６ａが両者にまたがる位置に配置されていてもよい。更に、永久磁石５３ａと突極５６ａとの間に空隙が設けられ、スロット６６ａが両者間に配置されていてもよい。永久磁石５３ｂ、突極５６ｂ、及びスロット６６ｂとの関係についても同様である。
【００６６】
スロット６６ａ及びｂに巻かれたコイル６１ａ及びｂに、図の「電流方向」の矢印に沿って電流を流したとき、スロット６６ａについては、シャフト５２（揺動軸Ｃ）側端部にＮ極が形成され、スロット６６ｂについては、シャフト５２（揺動軸Ｃ）側端部にＳ極が形成される。それに伴って、永久磁石５３ｂ、スロット６６ｂ（コイル６１ｂ）、突極形ヨーク６２、スロット６６ａ（コイル６１ａ）、突極５６ａ、シャフト５２、永久磁石５３ｂの向きに磁気回路が形成される。
【００６７】
永久磁石５３ｂとスロット６６ｂとの間に働く吸引力と、突極５６ａとスロット６６ａとが一直線上に並ぼうとする力により、可動部は揺動軸Ｃの周囲に、反時計回りに回転する。
【００６８】
第１及び第２の実施例によるガルバノスキャナは、永久磁石の吸引力を利用しているため、大ミラーの高速駆動に充分な、大きいトルクを発生させることができる。また、ミラーの曲げ変形や、シャフトの捩れ変形による共振を抑え、ミラーを高速、安定に位置決めすることができる。更に、コイルの発熱量が小さく、永久磁石の減磁が生じにくい。実施例によるガルバノスキャナは、大ミラーを用いた場合であっても、高速、高精度な動作を実現することができる。
【００６９】
図３は、第１及び第２の実施例によるガルバノスキャナの出力トルク特性を示すグラフである。
【００７０】
グラフの横軸は、０°位置からの回転角を単位「度（°）」で示し、縦軸は、相対的な出力トルクを、単位「％」で示した。ここで０°位置とは、図１（Ｃ）及び図２に図示されているように、仮想平面Ｐが中立平面と一致する位置のことをいう。
【００７１】
可動部が揺動したとき、中立平面と仮想平面Ｐとのなす角を回転角と定義した。また、図１（Ｃ）及び図２において、仮想平面Ｐが０°位置から反時計回りに回転したとき、回転角を正と定義し、時計回りに回転したとき、回転角を負と定義した。
【００７２】
曲線ａは、第１の実施例によるガルバノスキャナについての、回転角と出力トルクとの関係を示し、曲線ｂは、第２の実施例によるガルバノスキャナについての両者の関係を示す。
【００７３】
第１の実施例によるガルバノスキャナ（曲線ａ）の方が、第２の実施例によるガルバノスキャナ（曲線ｂ）よりも、トルク変動が小さく、本図に示したグラフだけから判断すると、高速、高精度、高安定の駆動を実現しやすいことがわかる。
【００７４】
図４は、第１及び第２の実施例によるガルバノスキャナのコギングトルク特性を示すグラフである。
【００７５】
グラフの横軸の意味するところは、図３と同じである。縦軸は、相対的なコギングトルクを、単位「％」で示した。図１（Ｃ）及び図２において、シャフト（仮想平面）を反時計回りに回転させようとするコギングトルクを正、時計回りに回転させようとするコギングトルクを負と定義した。
【００７６】
曲線ｃは、第１の実施例によるガルバノスキャナについての、回転角とコギングトルクとの関係を示し、曲線ｄは、第２の実施例によるガルバノスキャナについての両者の関係を示す。グラフは、コイルに流す電流をゼロ（非通電）として作成した。
【００７７】
第１、第２の実施例ともに、殊に、第１の実施例によるガルバノスキャナ（曲線ｃ）は、コギングトルクの値が小さい。加えて、どちらの実施例（曲線ｃ、曲線ｄ）についても、０°位置において、曲線が右下がりになっており、可動部が０°位置から傾いた場合であっても、コギングトルクは可動部を０°位置に引き戻す方向に働くことがわかる。したがって、実施例によるガルバノスキャナは、安定性の高いガルバノスキャナである。このため、実施例によるガルバノスキャナを用いると、高精度で位置決め制御を行うことができる。
【００７８】
実施例によるガルバノスキャナは、大ミラーの高速駆動に充分な大トルクを得ることができる。また、大ミラーを使用した場合であっても、高速、高精度、高安定の駆動を実現することができる。
【００７９】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
レーザ加工及びレーザ加工装置一般に利用することができる。殊に、高速、高精度、高安定のビーム走査が必要とされる、たとえばレーザ穴開け加工やレーザマーキング加工等のレーザ加工、及び、それらのレーザ加工を行う装置に好適に利用される。また、大ミラーが好適に用いられるレーザ加工、及び、レーザ加工装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例によるガルバノスキャナを示す概略的な断面図である。
【図２】第２の実施例によるガルバノスキャナの動力源近傍を示す概略的な断面図であり、図１（Ｃ）に対応する図である。
【図３】第１及び第２の実施例によるガルバノスキャナの出力トルク特性を示すグラフである。
【図４】第１及び第２の実施例によるガルバノスキャナのコギングトルク特性を示すグラフである。
【図５】ガルバノスキャナを含むレーザ加工装置の概略図である。
【図６】ムービングコイル式ガルバノスキャナの概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
６  ｆθレンズ
８  ステージ
１０  加工対象物
１２  レーザ発振器
１４  レーザビーム
２０  第１ガルバノスキャナ
２０ａ  回転ミラー
２４  第２ガルバノスキャナ
２４ａ  回転ミラー
３０  回転軸
３１  第１軸受
３２  第２軸受
３３  回転ミラー
３４  コイル
３５  永久磁石
３６  ヨーク
３７  角度センサ
４２  角度センサ
４２ａ  スケール
４２ｂ  エンコーダヘッド
５１  ミラー
５２  シャフト
５３ａ〜ｄ  永久磁石
５４ａ、ｂ  軸受け
５５  ストッパ
５６ａ、ｂ  突極
６１、６１ａ、ｂ  コイル
６２  突極形ヨーク
６３  ストッパホルダ
６４ａ、ｂ  軸受けホルダ
６５  固定ベース
６６ａ、ｂ  スロット
Ｃ  揺動軸
Ｐ、Ｑ  仮想平面
【図１】
0004727509.tif 000002
【図２】
0004727509.tif 000003
【図３】
0004727509.tif 000004
【図４】
0004727509.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004727509.tif 000007