JPH0283520A - 振動体支持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は振動体支持機構に関し、−層詳細には、例えば
、ばね材等の機械的な共振現象を利用してミラーを偏向
させるミラー振動型光偏向器において、前記ミラーを振
動軸に固定し、この振動軸を１字形状に湾曲形成したば
ね部材を介して支持するよう構成した振動体支持機構に
関する。

［発明の背景］ 近年、ミラーを高速度で振動させ、あるいは回転させる
ことにより画像等の二次元情報を処理する光スキャナー
が広範に用いられている。

例えば、コンピュータ出力マイクロフィルム、レーザマ
ーキング、非接触印刷、通信、軍事用ナイトビジョン等
、レーザや赤外の応用分野においてその需要が拡大して
いる。

前記光スキャナーは高精度、高い再現性、長時間運転性
が要求されると共に応答が速く低慣性であることが望ま
しい。この光スキャナーの中、ばね部材の機械的な共振
現象を利用してミラーを正弦的に振動させ偏向を行うも
のとして、細い金属線等の捩じりを利用したトーション
バ一方式、板ばねの捩じりを利用したタウトバンド方式
、振動軸に取着された板ばねにミラーを支持させたフレ
キジュラルビポット方式等が挙げられる。

この中でフレキジュラルビボット方式を採用した光スキ
ャナーの要部を第１図ａに示す。参照符号２はミラー振
動体を示し、このミラー振動体２は、実質的に、振動軸
４とミラー６と板状ばね部材４ａ乃至４ｄとから構成さ
れる。振動軸４は長尺な板体からなり、この中央部には
連結部材６ａを介してミラー６が取着されている。前記
板状ばね部材４ａ　、　４ｂおよび４ｃ、４ｄは互いに
交差し、一端が振動軸４に夫々取着されると共に、他端
が第１図ｂＳｃに示す支持８に取着される。この場合、
前記板状ばね部材４ａ　、４ｂおよび４ｃ、４ｄの交差
位置０は前記ミラー６と前記振動軸４および連結部材６
ａを合わせた可動部９の重心の位置と一致するように設
定される。このミラー振動体２は図示しない駆動機構に
より前記交差位置０を中心に矢印方向に振動するように
構成されている。

ここで、前記板状ばね部材４ａ乃至４ｄの長さを１とし
、ミラー振動体２を振れ角±θだけ振動させた場合、交
差位置０は、 で与えられる。従って、（１）式より諒解されるように
、交差位置０は前記板状ばね部材４ａ乃至４ｄの長さｌ
に比例して変動し、また、ミラーの振れ角θを大きくす
るとそれにつれて交差位置０の変動も大きくなる。

ところで、前記ミラー振動体２においては、ミラー６に
入射する光ビームの偏向動作を高精度に行わせるため、
当該可動部９の重心の位置が前記板状ばね部材４ａ乃至
４ｄの交差位置Ｏに一致するよう連結部材６ａを介して
前記振動軸４に取着している。従って、構造がその分複
雑なものとなっている。また、ミラー６の振れ角θを十
分に確保するためには板状ばね部材４ａ乃至４ｄの長さ
！を大きくせねばならず、そのために装置が大型化する
不都合も生じる。

さらに、前述のように、ミラー振動体２の交差位置０の
変動は板状ばね部材４ａ乃至４ｄの長さｌに比例するた
め、前記板状ばね部材４ａ乃至４ｄの長さｌを大きくす
るとミラー振動体２の交差位置Ｏの変動が大きくなる。

この場合、ミラー振動体２によって走査される光ビーム
のウォブルが無視出来なくなる虞があると共に、重心の
移動によって生ずる回転以外・の振動が増加し、従って
、ミラーの振れ角θが制限される結果となる。一方、板
状ばね部材４ａ乃至４ｄを短くして交差位置０の変動を
抑えミラーの振れ角θを十分に確保しようとすると、前
記板状ばね部材４ａ乃至４ｄに過大な応力がかかり、寿
命が短くなるという不都合が露呈する。

［発明の目的コ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、振動体を３字形状に湾曲させたばね部材を介し
て支持することにより、構造が単純で且つ振動中心の変
動を抑えることが出来ると共に、振動振幅を十分確保す
ることが可能となる振動体支持機構を提供することを目
的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は３字形状に湾曲
形成した少なくとも２つのばね部材を夫々の略中央部に
おいて交差させ、各ばね部材の一端部を支持体に固着す
る一方、前記各ばね部材の他端部に振動体を取着し、ば
ね部材の弾性によって前記振動体を振動させるように構
成することを特徴とする振動体支持機構。

［実施態様］ 次に、本発明に係る振動体支持機構について好適な実施
態様を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明
する。

第２図において、参照符号ｌＯは本実施態様に係るミラ
ー振動型光偏向器を示し、このミラー振動型光偏向器Ｉ
Ｏは円筒管形状の筐体１２を含む。

筐体１２は円周上に沿って略１８０°切り欠いた開口部
１４を有しており、後述するミラーがこの開口部１４に
臨むよう前記筐体１２内に内装される。

筐体１２内には断面円弧状の支持体１６が固設される。

また、前記筐体１２内の上部には後述する振動軸の駆動
源であるソレノイド１８が設けられる。下方に延在する
前記ソレノイド１８の駆動軸２０には角柱の振動軸２２
が取着される。そして、前記振動軸２２の中間部には反
射面が扁平なミラー２４が前記筐体１２の開口部１４に
臨んで取り付けられる。この場合、ミラー２４と振動軸
２２および駆動軸２０とから構成される可動部２９の重
心位置が振動中心と一致するように設定される。

前記振動軸２２の上下両端部近傍には１字形状に湾曲し
た板ばね２６ａ、２６ｂおよび２８ａ、２８ｂの一端部
が取着され、また、前記板ばね２６ａ、２６ｂおよび２
８ａ、２８ｂの他端部は前記支持体１６に取着される。

この場合、前記１字形状の板ばね２６ａ、２６ｂおよび
２８ａ、２８ｂはその中央部において夫々略直角に交差
して配置される。板ばね２６ａ、２６ｂおよび２８ａ、
２８ｂの交差位置は可動部２９の重心の位置に一致する
ように配置される。

ここで、前記１字形状の板ばね２６ｈ、２６ｂおよび２
８ａ、２８ｂの外形形状を第３図に示す。同図において
、板ばね２６ａ、２６ｂおよび２８ａ１２８ｂは略Ｊ字
形状に湾曲して形成されており、短片３０と長片３２と
これらを連結する連結部３８とから構成される。前記短
片３０の端部３４には前記振動軸２２に取着するための
取付孔３４ａ、３４ｂが穿設されている。また、前記長
片３２の端部３６には前記支持体１６に取着するための
取付孔３６ａ１３６ｂが穿設されている。

本実施態様に係るミラー振動型光偏向器は基本的には以
上のように構成されるものであり、次にその作用並びに
効果について説明する。

この場合、本実施態様に係るミラー振動型光偏向器が適
用される画像走査装置の例を挙げて説明する。

先ず、原稿あるいは記録担体等の被走査体に対して光ビ
ームを走査させるにあたり、第２図に示すように、ソレ
ノイド１８に対して外部より交番電流を供給する。この
場合、ソレノイド１８は駆動軸２０を揺動させ、これに
よって振動軸２２に取着されたミラー２４が振動する。

そこで、ミラー２４に入射した光ビームＬは前記ミラー
２４によって反射偏向され、図示しない走査レンズを介
して原稿等の被走査体上を走査し、画像の読取あるいは
記録が行われる。

ここで、前記振動軸２２０両端部側は１字形状の板ばね
２６ａ、２６ｂおよび２８ａ、２８ｂを介して支持体１
６に取着されている。そして、前記１字形状の板ばね２
６ａ、２６ｂおよび２８ａ、２８ｂは第３図に示す交差
位置０において夫々交差するように構成されており、ソ
レノイド１８より与えられる駆動力に対して板ばね２６
ａ、２６ｂおよび２８ａ、２８ｂが共振し、ミラー２４
が第２図に示す矢印方向に振動する。

この場合、板ばね２６ａ、２６ｂおよび２８ａ１２８ｂ
の交差位置０は、座標系を第４図ａＳｂに示すように設
定した場合において、振れ角θに対し、 で与えられる。ここで、ｆ、は板ばね２６ａ１２６ｂ、
２８ａ、２８ｂの長片３２の長さを示し、１２は板ばね
２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの短片の長さを示す。

そこで、第１図に示す従来の支持機構では、板状ばね部
材４ａ乃至４ｄの交差位置Ｏは板状ばね部材４ａ乃至４
ｄの長さｌに比例して変動している（（１）式参照）。

これに対し、本実施態様に係るミラー振動型光偏向器１
０では、交差位置０は、（２）式に示すように、板ばね
２６ａ、２６ｂおよび２８ａ、２８ｂの長片３２の長さ
１１と短片３０の長さ１２との差に比例して変動する。

従って、従来のように、ミラーの振れ角θを十分確保す
るために必要な板状ばね部材４ａ乃至４ｄの長さｌと、
本実施態様に係るミラー振動型光偏向器１０に適用され
る板ばね２６ａ、２６ｂ、２８ａ。

２８ｂの長片３２の長さ１１を等しいものとして考察す
ると、本実施態様に係るミラー振動型光偏向器ｌＯにお
ける交差位置０の変動は従来に比較して明らかに小さく
なることが容易に諒解されよう。一方、振動軸２２は実
質的に板ばね２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの短片３
０と長片３２とを和した長さくＩＢ　＋１２）のばね力
により支持されているので、長さ（Ｉ！１＋ｆｚ）の直
線状の板ばねを使用することによって得られる振れ角と
同等の振れ角を確保することが出来る。この結果、十分
な振れ角θを確保した状態で極めて高精度な画像読取あ
るいは記録を行うことが出来る。

また、板ばね２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂを３字形
状とすることによりミラー２４を振動軸２２に近接する
ことが出来、これによって、従来の連結部材６ａを省略
し構造を簡易なものとすることが可能となる。さらに、
ミラー２４を収容する筐体１２を小さくすることが出来
るので装置の小型化も可能となる。

なお、３字形状の板ばね２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８
ｂを 板厚：Ｔ＝０．５ｍｍ 材質：ばね鋼 ヤング率：　Ｅ　＝２０．０００ｋｇ／　ｍｍ２となる
素材で構成した場合、交差位置Ｏを中心としたミラー２
４の振れ角θに対するトルク特性は、第５図に示すよう
に、路線型性を呈する。

なお、回転角０°付近のばね定数には ｋ　＝０．０４ｋｇｃｍ／ｄａｇ　＝　０．２２５Ｎｍ
／ｒａｄであり、振れ角θが大きくなるに従ってばね定
数ｋが大きくなるような非線型性が存在する。

然しなから、振れ角θが±１５°の範囲内においては、
ばね定数にの変化は数パーセント以内であり、用途にも
よるが、線型であるとして差支えない場合が多い。前記
板ばね２６ａ、２６ｂ、　２ｇ　ａ　。

２８ｂを用いて慣性モーメントＪ　＝　Ｉ　Ｘｌ０−’
ｋｇｍ”の振動軸２２を支持し共振させた場合の共振周
波数ｆは振れ角θ＝０°の時、 ｆ　＝　１　／　２　ｙｒ　＼、「■万＝　１５１　Ｈ
ｚとなり、共振特性は第６図のようになる。この場合、
振れ角θの増加に伴って共振周波数ｆが変化する特性を
示すが実用上問題はないことが判明している。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、３字形状に湾曲させた
複数のばね部材を交差させ、前記ばね部材の一端部を支
持体に固定する一方、他端部に振動体を取着し、共振現
象を利用して前記振動体を振動させるように構成してい
る。この場合、振動体はばね部材による振動中心に配設
することが出来るため、その取付構造は極めて簡易なも
のとなる。また、前記振動中心の変動はばね部材を３字
形状とすることで振動体の振れ角を確保した状態で十分
小さく抑制されるため、振動体の極めて高精度な振動特
性を得ることが出来る。従って、この機構を光スキャナ
ーに適用した場合、高速回転に起因する回転以外の振動
やミラーのウォブル等を抑制することが出来、高精度な
光走査が可能となる。さらに、３字形状のばね部材は振
れ角に対するトルク特性が路線型性を示し、また、前記
ばね部材による共振特性は非常にシャープな特性である
ため、安定し且つ高精度な光走査が可能となる。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係るフレキシニラルビボット方式を
用いた光スキャナーの説明図、第２図は本発明に係る振
動体支持機構が適用されるミラー振動型光偏向器の要部
構成斜視図、第３図は第２図における１字形状のばね部
材の形状説明図、 第４図は第２図に示すミラー振動型光偏向器の作用説明
図、 第５図は第２図に示すミラーの振れ角に対するトルク特
性図、 第６図は第２図に示すミラーの共振特性図である。 １０・・・ミラー振動型光偏向器　１２・・・筐体１６
・・・支持体　　　　　　　　１８・・・ソレノイド２
０・・・駆動軸　　　　　　　　２２・・・振動軸２４
・・・ミラー ２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂ＝−板ばね３０・・・
短片　　　　　　　　　３２・・・長片ＦＩＧ、２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｊ字形状に湾曲形成した少なくとも２つのばね部
   材を夫々の略中央部において交差させ、各ばね部材の一
   端部を支持体に固着する一方、前記各ばね部材の他端部
   に振動体を取着し、ばね部材の弾性によって前記振動体
   を振動させるように構成することを特徴とする振動体支
   持機構。
2. （２）請求項１記載の機構において、振動体はミラー振
   動型光偏向器を構成する偏向ミラーであることを特徴と
   する振動体支持機構。
3. （３）請求項１記載の機構において、前記ばね部材の共
   振現象を用いて、前記振動体を共振振動させるように構
   成することを特徴とする振動体支持機構。