JP3681541B2 - Micro-rotation drive device - Google Patents
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Description
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a minute rotation driving device that rotationally drives a member by a minute angle.
[0002]
[Prior art]
Such a minute rotation driving device is used, for example, for the purpose of rotating an optical element in an optical system by a minute angle.
[0003]
Such a micro-rotation driving device is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2537277. The micro-rotation driving device disclosed in Japanese Patent No. 2537277 is used in a scanning optical system used for an image drawing apparatus to rotate a Pechan prism by a micro angle for the purpose of rotating an image. There is a configuration in which a pair of piezo elements is applied to a rectangular rotating body pulled at its four corners by a leaf spring to cause rotational displacement about the virtual center to the rotating body. Have
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Such a conventional micro-rotation driving device requires a driving means such as a pair of piezo elements in order to obtain a rotational displacement, resulting in a problem that the configuration becomes complicated.
[0005]
Further, since the rotating body is pulled by the leaf springs at its four corners, a large force is required to rotate the rotating body. For this reason, it becomes difficult to maintain the linearity of the displacement due to the deformation of the rotating body, the piezo element, and the like, and there arises a problem that accurate rotational driving cannot be performed.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a micro-rotation driving device that can obtain accurate micro-rotation driving with a simple configuration.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a micro-rotation drive device comprising: a rotary member rotatable about a central axis; and one end of the rotary member rotatably connected to a fixed member, and the other end connected to the rotary member and a first hinge. A connecting member connected via a portion, a driving means for pressing the connecting member in a rotating direction of the connecting member, and the fixing member or the central axis, the fixing member and the central axis being separated from each other It is characterized by comprising tension applying means for applying tension to the first hinge part by moving in the direction.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the micro-rotation driving device according to the first aspect, wherein the connecting member is connected to the fixing member via a second hinge portion, and the tension applying means is Tension is applied to the first hinge portion and the second hinge portion.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the minute rotation driving device according to the first or second aspect, the tension applying unit moves the fixing member in a direction away from the central axis. ing.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic plan view of a micro-rotation drive device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the main part thereof, and FIG. 3 is a schematic front view thereof.
[0011]
The minute rotation drive device includes a
[0012]
The central shaft 1 of the rotating
[0013]
The
[0014]
More specifically, an inclined surface 16 (see FIG. 3) is formed at one end of the
[0015]
The connecting
[0016]
Similarly, the connecting
[0017]
One end of the piezo element 9 is fixed to the base portion 9, and the other end is in contact with a
[0018]
In the micro-rotation driving device having the above-described configuration, the
[0019]
In such a state, by applying a voltage to the
[0020]
At this time, the rotating
[0021]
When the pressing force by the
[0022]
In the micro-rotation driving device having such a configuration, if the metal thin plate portions constituting the
[0023]
However, in the micro-rotation drive device described above, tension is applied to the
[0024]
Further, even in the case where vibration that causes resonance occurs outside the micro-rotation drive device, the pressing force of the
[0025]
As shown in FIG. 1, the distance between the bending position of the
[0026]
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic plan view of a minute rotation driving device according to the second embodiment of the present invention. In addition, about the member same as 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0027]
In the micro-rotation drive device according to the first embodiment described above, the
[0028]
In the micro-rotation driving device according to the second embodiment, the end of the
[0029]
In such a state, by applying a voltage to the
[0030]
Further, when the pressing force by the
[0031]
In both the first and second embodiments described above, the fixing
[0032]
In both the first and second embodiments described above, the
[0033]
In both the first and second embodiments described above, the central shaft 1 that is rotatably supported by a bearing (not shown) disposed on the base portion 9 on which the micro-rotation driving device is installed, Although it has the structure fixed with respect to the
[0034]
In both the first and second embodiments described above, the connecting
[0035]
Furthermore, in both the first and second embodiments described above, the
[0036]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the rotating member that is rotatable about the central axis, one end of the rotating member is rotatably connected to the fixed member, and the other end is connected to the rotating member and the first hinge portion. The connecting member connected via the connecting member, the driving means for pressing the connecting member in the rotational direction of the connecting member, and the fixing member or the central shaft moving in the direction in which the fixing member and the central shaft are separated from each other. Since the tension applying means for applying tension to the hinge portion is provided, the rotation member can be rotated by a small angle with a small driving force while simplifying the configuration of the entire apparatus, and an accurate minute rotation drive is obtained. It becomes possible.
[0037]
According to the second aspect of the present invention, the connecting member is connected to the fixing member via the second hinge portion, and the tension applying means applies tension to the first hinge portion and the second hinge portion. Therefore, the configuration of the entire apparatus can be simplified, and the rotating member can be rotated by a small angle with a smaller driving force.
[0038]
According to the third aspect of the invention, since the tension applying means moves the fixing member in the direction away from the central axis, it is possible to apply the tension without changing the position of the rotation center, and to rotate. Positioning work for the power member becomes unnecessary.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a minute rotation driving device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the minute rotation driving device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic front view of the minute rotation driving device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic plan view of a minute rotation driving device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
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。A rotating member rotatable about a central axis;
One end of which is rotatably connected to the fixed member, and the other end is connected to the rotating member via the first hinge part,
Drive means for pressing the connecting member in the rotating direction of the connecting member;
Tension applying means for applying tension to the first hinge portion by moving the fixing member or the central axis in a direction in which the fixing member and the central axis are separated from each other;
A micro-rotation drive device characterized by comprising:
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。The minute rotation driving device according to claim 1,
The connecting member is connected to the fixing member via a second hinge portion, and the tension applying means applies a tension to the first hinge portion and the second hinge portion.
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。In the minute rotation drive device according to claim 1 or 2,
The tension applying means is a micro-rotation driving device that moves the fixing member in a direction away from the central axis.
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