JPH10176232A - Optical scanning device - Google Patents

Optical scanning device

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JPH10176232A
JPH10176232A JP33816796A JP33816796A JPH10176232A JP H10176232 A JPH10176232 A JP H10176232A JP 33816796 A JP33816796 A JP 33816796A JP 33816796 A JP33816796 A JP 33816796A JP H10176232 A JPH10176232 A JP H10176232A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
torsion spring
optical scanning
temperature
alloy
scanning device
Prior art date
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Pending
Application number
JP33816796A
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Japanese (ja)
Inventor
Jun Isono
純 磯野
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トーションバネに取り付けた小磁石を交番磁
界によって共振振動させる光走査方式においては、トー
ションバネに相当の引張り応力と繰り返しねじり応力が
かかるために、金属疲労によって破断するという問題が
あり、いかに耐疲労性を向上させるかが課題となってい
る。 【解決手段】 形状記憶合金からなるトーションバネ
に、無処理も含めて、予め450℃以下の温度で熱処理
を施し、これによって優れた耐疲労性が得られる。ま
た、トーションバネを構成する合金のオーステナイト変
態終了温度を室温以上に調整し、室温では常にマルテン
サイト相に保つことにより、同様に疲労限を高め、長寿
命の光走査装置を得ることができる。
(57) [Problem] In an optical scanning method in which a small magnet attached to a torsion spring is resonated and vibrated by an alternating magnetic field, the torsion spring is subjected to considerable tensile stress and repeated torsional stress, so that it is broken by metal fatigue. The problem is how to improve the fatigue resistance. SOLUTION: A torsion spring made of a shape memory alloy is preliminarily subjected to a heat treatment at a temperature of 450 ° C. or less, including untreated, so that excellent fatigue resistance is obtained. In addition, by adjusting the austenite transformation end temperature of the alloy constituting the torsion spring to a temperature equal to or higher than room temperature and always maintaining the martensite phase at room temperature, the fatigue limit can be similarly increased, and a long-life optical scanning device can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザプリンタ、
バーコードリーダ、レーザスキャンマイクロメータ等の
事務機器、計測機に使用される光走査装置に関するもの
である。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser printer,
The present invention relates to an optical scanning device used for office equipment such as a barcode reader and a laser scan micrometer, and a measuring instrument.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、磁石付きミラーと交流磁場を発生
させるためのコイルを備えた光走査装置としては、出願
人が既に提案した特願平8−22618号がある。これ
は、磁石付き超弾性合金ワイヤと交番磁界による共振現
象を利用したものであり、その構成は、図4に示され
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical scanning apparatus provided with a mirror with a magnet and a coil for generating an alternating magnetic field, there is Japanese Patent Application No. 8-22618 already proposed by the present applicant. This utilizes a superelastic alloy wire with a magnet and a resonance phenomenon caused by an alternating magnetic field, and the configuration is shown in FIG.

【0003】概略を説明すると、光を反射させるため表
面13aが鏡面加工されている磁石付きミラー13は、
形状記憶合金(オーステナイト変態終了温度:Af点が
室温以下に設定されたもの)であるNi−Ti合金から
なるト−ションバネ15に接着固定されている。さらに
そのトーションバネ15は、所定の張力で引っ張られた
状態で固定治具12によってハウジング11に取り付け
られている。
[0003] In brief, a mirror 13 with a magnet whose surface 13a is mirror-finished to reflect light,
It is adhered and fixed to a torsion spring 15 made of a Ni-Ti alloy which is a shape memory alloy (austenite transformation end temperature: Af point is set to a room temperature or lower). Further, the torsion spring 15 is attached to the housing 11 by a fixing jig 12 while being pulled by a predetermined tension.

【0004】コア16にはコイル17が巻き付けてあ
り、該コイル17は、該コア16に設けられたネジ穴1
8および、ハウジング11に設けられた穴14を通して
図示しないネジによって磁石付きミラ−13の後方に固
定されている。交番パルス電流発生器19とコイル17
は周囲に交番磁界を発生させ、磁石付きミラー13を振
動させる。交番パルス電流の周波数ωとトーションバネ
15と磁石付きミラー13からなる機械的固有振動数ω
0とが一致した場合、該磁石付きミラー13は共振振動
を起こす。光源より発射されたレ−ザ−光線20が共振
振動している磁石付きミラ−13によって反射され、走
査されるものである。
[0004] A coil 17 is wound around the core 16, and the coil 17 is provided with a screw hole 1 provided in the core 16.
8 and is fixed to the rear of the magnet-equipped mirror 13 by a screw (not shown) through a hole 14 provided in the housing 11. Alternating pulse current generator 19 and coil 17
Generates an alternating magnetic field around and causes the mirror with magnet 13 to vibrate. Frequency ω of alternating pulse current and mechanical natural frequency ω composed of torsion spring 15 and mirror 13 with magnet
When 0 is coincident, the mirror with magnet 13 causes resonance vibration. A laser beam 20 emitted from a light source is reflected and scanned by a mirror 13 with a magnet that resonates and vibrates.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、トーションバネとして採用した形状記憶合金
は比較的疲労限が高く耐久性に優れているものの、前記
トーションバネとハウジングとの固定部には応力が集中
し、さらに磁石が共振振動をさせられ該箇所にねじれ振
動による応力が繰り返し加わった場合、金属疲労により
トーションバネが破断することがあった。
However, in the above-mentioned prior art, although the shape memory alloy used as the torsion spring has a relatively high fatigue limit and excellent durability, the fixing portion between the torsion spring and the housing is not provided. When the stress is concentrated and the magnet is caused to resonate and the torsion vibration is repeatedly applied to the portion, the torsion spring may be broken due to metal fatigue.

【0006】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、トーションバネとして、耐疲労
性に非常に優れる形状記憶用の合金線を用い、その熱処
理の温度を制御して、繰り返しねじれ応力による断線を
防止し、耐久性に優れ、かつ安定した振動・振幅を有す
る光走査装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and uses a shape memory alloy wire having extremely excellent fatigue resistance as a torsion spring, and controls the temperature of the heat treatment. An object of the present invention is to provide an optical scanning device which prevents disconnection due to repeated torsional stress, has excellent durability, and has stable vibration and amplitude.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項1記載の光走査装置は、レーザー光線と該光
線を反射させるための磁石付きミラーと該磁石付きミラ
ーを共振振動させるためのコイルおよびトーションバネ
とからなる光走査装置であって、前記トーションバネ
が、一般に形状記憶合金として用いられるNi−Ti
系、Cu−Zn系、Ag−Cd系、Au−Cd系、Cu
−Sn系、Cu−Al−Ni系、Ni−Al系、Fe−
Pt系のいずれかの合金からなり、かつ、その合金に予
め略450℃以下の温度で熱処理を施した構成となって
いる。
In order to achieve this object, an optical scanning device according to the first aspect of the present invention comprises a laser beam, a mirror with a magnet for reflecting the laser beam, and a resonator for resonating the mirror with the magnet. An optical scanning device comprising a coil and a torsion spring, wherein the torsion spring is a Ni-Ti alloy generally used as a shape memory alloy.
System, Cu-Zn system, Ag-Cd system, Au-Cd system, Cu
-Sn-based, Cu-Al-Ni-based, Ni-Al-based, Fe-
It is made of any one of Pt-based alloys, and the alloy is heat-treated at a temperature of about 450 ° C. or less in advance.

【0008】かかる構成により、降伏応力の高い、従っ
て耐疲労性に優れ、長期間の繰り返し変形にも破断する
ことなく、長寿命の光走査を実現する。
[0008] With this configuration, optical scanning with a long life can be realized without breaking even after repeated deformation for a long time because of high yield stress and therefore excellent fatigue resistance.

【0009】また、請求項2記載の光走査装置では、さ
らに前記トーションバネを構成する合金のオーステナイ
ト変態終了温度を室温以上に調整し、室温では常にマル
テンサイト相であるような構成となっている。
Further, in the optical scanning device according to the second aspect, the austenitic transformation end temperature of the alloy constituting the torsion spring is adjusted to room temperature or higher, so that the alloy always forms a martensite phase at room temperature. .

【0010】かかる構成により、同様に降伏応力の高
い、従って耐疲労性に優れ、請求項1記載事項の効果と
相乗して、長期間の繰り返し変形にも破断することな
く、長寿命の光走査を実現する。
[0010] With such a structure, the optical scanning device also has a high yield stress and is therefore excellent in fatigue resistance. To achieve.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1は、本発明の光走査装置の構造を示す
ものである。厚さ0.3mm縦3mm横6mmのNi−
Co(ニッケルコバルト)またはSm−Co(サマリュ
ウムコバルト)からなる小磁石(磁石付きミラー)3
は、その表面3aに光を反射させるため鏡面加工が施さ
れている。尚、鏡面加工するほかに小磁石と鏡体とを接
着等により一体化させることも可能である。本発明の機
能を保証するNi−Ti合金からなるト−ションバネ5
は、線径約140μm、長さ約10mm程度のものであ
る。
FIG. 1 shows the structure of an optical scanning device according to the present invention. 0.3mm thick 3mm long 6mm wide Ni-
Small magnet (mirror with magnet) 3 made of Co (nickel cobalt) or Sm-Co (samarium cobalt)
Is mirror-finished to reflect light on its surface 3a. In addition to the mirror finishing, it is also possible to integrate the small magnet and the mirror body by bonding or the like. Torsion spring 5 made of Ni-Ti alloy which guarantees the function of the present invention.
Has a wire diameter of about 140 μm and a length of about 10 mm.

【0013】ハウジング1には、上記ト−ションバネ5
が所定の張力で引っ張られた状態で固定治具2によって
取り付けられている。また、前記小磁石3は、該ト−シ
ョンバネ5が所定の張力で固定された後、接着材等にて
ほぼ中央に固定されている。コア6にはおよそ300タ
ーンほどに銅製コイル7が巻かれている。該コイル7
は、コア6に設けられたネジ穴8および、ハウジング1
に設けられた穴4を通して図示しないネジによって固定
されている。パルス電流発生器9は、たとえば3Vで1
00mA程度の電流をコイル7に流すものである。図示
しないレーザー光源より照射されたレ−ザ−光線10
は、鏡面加工された小磁石3によって反射され、コイル
7に交番パルス電流が流れる際、小磁石3が共振するこ
とにより、ある角度を持って走査される。このように、
本発明の光走査装置は、その機械的構成において、従来
技術で説明した構成と変わるところは無い。本発明の新
規性は、前記トーションバネ5に採用した材料と、その
材料特性の利用にある。
The housing 1 includes the torsion spring 5.
Are attached by the fixing jig 2 while being pulled by a predetermined tension. After the torsion spring 5 is fixed at a predetermined tension, the small magnet 3 is fixed substantially at the center with an adhesive or the like. A copper coil 7 is wound around the core 6 for about 300 turns. The coil 7
Are screw holes 8 provided in the core 6 and the housing 1
And is fixed by a screw (not shown) through a hole 4 provided in the hole. The pulse current generator 9 outputs 1
A current of about 00 mA flows through the coil 7. Laser beam 10 emitted from a laser light source (not shown)
Is reflected by the mirror-finished small magnet 3, and when an alternating pulse current flows through the coil 7, the small magnet 3 resonates and is scanned at a certain angle. in this way,
The optical scanning device of the present invention has the same mechanical configuration as the configuration described in the related art. The novelty of the present invention resides in the use of the material used for the torsion spring 5 and its material characteristics.

【0014】ト−ションバネ5に採用したNi−Ti合
金は、いわゆる形状記憶用の合金の一種であり、図2に
示すオーステナイト変態開始温度As点及びオーステナ
イト変態終了温度Af点の間を境に形状記憶領域(マル
テンサイト相)αと超弾性領域(オーステナイト相)β
に分かれる。As点以下の温度で使用する場合は、いわ
ゆる形状記憶効果を示し、永久変形臨界応力以下の応力
がかかり、変形が生じても、Af点以上に加熱すれば、
予め記憶された形状に戻る。次にAf点以上の温度で使
用する場合には、同じく永久変形応力以下の応力で変形
させても、除荷するとただちに記憶形状に戻るという超
弾性効果を示す。
The Ni-Ti alloy used for the torsion spring 5 is a kind of a so-called shape memory alloy, and is formed between an austenite transformation start temperature As point and an austenite transformation end temperature Af point shown in FIG. Memory region (martensite phase) α and superelastic region (austenite phase) β
Divided into When used at a temperature lower than the As point, a so-called shape memory effect is exhibited, and a stress equal to or lower than the permanent deformation critical stress is applied.
Return to the previously stored shape. Next, when used at a temperature equal to or higher than the Af point, a superelastic effect is exhibited in which, even when deformed by a stress equal to or lower than the permanent deformation stress, the shape immediately returns to the memorized shape upon unloading.

【0015】このような合金の形状記憶処理としての熱
処理は、通常、圧延または伸線加工などにより加工硬化
した合金を所定の形状に成形加工し、そのまま固定し
て、通常400〜500℃の温度で一定時間保持して行
われる。そして、その処理温度は、形状記憶挙動の調整
に関連して選定されている。
In the heat treatment as a shape memory treatment of such an alloy, usually, an alloy work-hardened by rolling or drawing is formed into a predetermined shape, fixed as it is, and usually heated at a temperature of 400 to 500 ° C. For a certain period of time. The processing temperature is selected in relation to the adjustment of the shape memory behavior.

【0016】図3は、それぞれ400℃と500℃で1
時間処理したNi−49.8%Ti合金(Af点:30
℃)の室温における応力−歪み曲線であるが、400℃
処理材は、降伏応力が大きく、さらに回復力も500℃
処理材よりも勝っていることがわかる。このうち、降伏
応力に関しては、熱処理温度が低いほど増加する傾向を
持ち、処理温度が常温、すなわち特別な熱処理の無いも
のが最も強度的には高い。これは、高温で処理されるほ
ど焼鈍作用が強く、材料組織の軟化が起こるからであ
る。
FIG. 3 shows the results at 400 ° C. and 500 ° C., respectively.
Time treated Ni-49.8% Ti alloy (Af point: 30
C) is a stress-strain curve at room temperature of 400 ° C.
Treated material has large yield stress and also has 500 ° C recovery power
It can be seen that it is superior to the treated material. Among these, the yield stress tends to increase as the heat treatment temperature is lower, and the treatment temperature at room temperature, that is, the one without special heat treatment has the highest strength. This is because the higher the temperature, the stronger the annealing action and the softening of the material structure occurs.

【0017】また、マルテンサイト相、及びオーステナ
イト相を、材料の強度という観点で比較してみると、永
久変形応力、すなわち近似的に材料の降伏応力は、図2
のように右下がりの直線σCとなり、Af点以上のオース
テナイト相領域よりもMS点以下のマルテンサイト相領
域で用いる方が強度的に有利であることがわかる。
When the martensite phase and the austenite phase are compared from the viewpoint of the strength of the material, the permanent deformation stress, that is, the yield stress of the material is approximately as shown in FIG.
Linear sigma C next to the right edge, it can be seen that better to use in the following martensite phase region M S point than the austenite phase region above A f point is strength advantageous as.

【0018】一方、材料の疲労強度や疲労寿命は、一般
に降伏応力と正の相関関係にある。従って本発明の光走
査装置のように、トーションバネ5が常に所定の張力で
引っ張られ、さらに小磁石3の振動によって繰り返しね
じり応力がかかる場合、材料の降伏応力を高めるよう
に、より低温側で熱処理を行い、かつAs点以下のマル
テンサイト相にて用いる方が有利となる。
On the other hand, the fatigue strength and the fatigue life of a material generally have a positive correlation with the yield stress. Therefore, when the torsion spring 5 is always pulled with a predetermined tension and the torsion stress is repeatedly applied by the vibration of the small magnet 3 as in the optical scanning device of the present invention, the lower temperature side is used to increase the yield stress of the material. It is more advantageous to perform a heat treatment and use it in the martensite phase below the As point.

【0019】前記の理論を裏付けるために、出願人らは
3種類の処理履歴を持つNi−Ti系合金にてトーショ
ンバネ5を構成して、実際の使用条件で耐久試験を行っ
た。すなわち、A材;500℃熱処理、Af点25℃、
B材;450℃熱処理、Af点60℃、C材;熱処理無
し、Af点60℃の各材料で耐久性能を試験したとこ
ろ、耐久回数は、C材、B材、A材の順に多く、A材が
103回以下で破断してしまったのに対して、C材は1
9回を超えても破断に至らず、実用に耐えることが確
認された。尚、C材の熱処理なしも本発明の略450℃
以下の温度での熱処理に含まれる。
In order to support the above theory, the applicants constructed the torsion spring 5 with a Ni-Ti alloy having three kinds of processing histories and conducted a durability test under actual use conditions. That is, material A; heat treatment at 500 ° C, A f point 25 ° C,
Material B: 450 ° C. heat treatment, A f point 60 ° C., Material C: No heat treatment, and the durability performance was tested for each material with an A f point 60 ° C. The durability times were as follows: C material, B material, A material , A broke less than 10 3 times, whereas C broke 1
Even when the number of times exceeded 09, no breakage occurred and it was confirmed that the material could be used practically. In addition, even without heat treatment of the C material, approximately 450 ° C. of the present invention is used.
It is included in the heat treatment at the following temperatures.

【0020】上記発明の形態では、形状記憶合金として
代表的なNi−Ti系合金を用いて説明したが、この他
にも、Cu−Zn系、Ag−Cd系、Au−Cd系、C
u−Sn系、Cu−Al−Ni系、Ni−Al系、そし
てFe−Pt系の形状記憶合金を用いる場合にも同様の
効果が得られることは言うまでもない。
In the embodiment of the present invention, a typical Ni-Ti alloy has been described as a shape memory alloy. However, Cu-Zn alloy, Ag-Cd alloy, Au-Cd alloy, C
Needless to say, the same effect can be obtained when a u-Sn-based, Cu-Al-Ni-based, Ni-Al-based, or Fe-Pt-based shape memory alloy is used.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、請
求項1記載の光走査装置によれば、形状記憶合金からな
るトーションバネに、予め略450℃以下の温度で熱処
理を施しているので、高い降伏応力と回復力が得られ、
従って繰り返し高応力が作用する環境下においても、ト
ーションバネが疲労によって破断することのない、極め
て長寿命の光走査装置を提供することができる。
As is apparent from the above description, according to the optical scanning device of the first aspect, the torsion spring made of the shape memory alloy is preliminarily heat-treated at a temperature of about 450 ° C. or less. , High yield stress and recovery force are obtained,
Therefore, it is possible to provide an optical scanning device having an extremely long life, in which the torsion spring does not break due to fatigue even in an environment where high stress is repeatedly applied.

【0022】また、請求項2記載の光走査装置によれ
ば、前記トーションバネを構成する合金のオーステナイ
ト変態終了温度を室温以上に調整し、室温では常にマル
テンサイト相に保っているため、同様に高い降伏応力が
得られ、従って材料の疲労限を高め、長寿命の光走査装
置を得ることができる。
According to the optical scanning device of the present invention, the austenitic transformation end temperature of the alloy constituting the torsion spring is adjusted to room temperature or higher, and the martensite phase is always maintained at room temperature. A high yield stress can be obtained, and thus the fatigue limit of the material can be increased, and a long-life optical scanning device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光走査装置の構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical scanning device of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態にて用いた形状記憶合金の
温度及び応力に対する相変態を表す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a phase transformation of a shape memory alloy used in an embodiment of the present invention with respect to temperature and stress.

【図3】本発明の実施の形態にて用いた形状記憶合金の
熱処理温度と応力−歪み特性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a heat treatment temperature and a stress-strain characteristic of a shape memory alloy used in an embodiment of the present invention.

【図4】従来の光走査装置の構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a conventional optical scanning device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ハウジング 3 小磁石 3a 表面 5 トーションバネ 7 コイル 9 パルス電流発生器 10 レーザー光線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 3 Small magnet 3a Surface 5 Torsion spring 7 Coil 9 Pulse current generator 10 Laser beam

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザー光線と該光線を反射させるため
の磁石付きミラーと該磁石付きミラーを共振振動させる
ためのコイルおよびトーションバネとからなる光走査装
置において、 前記トーションバネが、一般に形状記憶合金として用い
られるNi−Ti系、Cu−Zn系、Ag−Cd系、A
u−Cd系、Cu−Sn系、Cu−Al−Ni系、Ni
−Al系、Fe−Pt系のいずれかの合金からなり、か
つ、その合金に、予め略450℃以下の温度で熱処理を
施したことを特徴とする光走査装置。
1. An optical scanning device comprising a laser beam, a mirror with a magnet for reflecting the beam, a coil for resonating the mirror with a magnet, and a torsion spring, wherein the torsion spring is generally made of a shape memory alloy. Ni-Ti, Cu-Zn, Ag-Cd, A
u-Cd system, Cu-Sn system, Cu-Al-Ni system, Ni
An optical scanning device comprising an Al-based or Fe-Pt-based alloy, and heat-treating the alloy at a temperature of about 450 ° C. or less in advance.
【請求項2】 前記トーションバネを構成する合金にお
いて、オーステナイト変態終了温度を室温以上に調整
し、室温では常にマルテンサイト相であることを特徴と
する請求項1に記載の光走査装置。
2. The optical scanning device according to claim 1, wherein the austenitic transformation end temperature of the alloy constituting the torsion spring is adjusted to a room temperature or higher, and the room temperature is always a martensite phase at room temperature.
JP33816796A 1996-12-18 1996-12-18 Optical scanning device Pending JPH10176232A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011074256A1 (en) * 2009-12-16 2011-06-23 キヤノン電子株式会社 Vibration element, optical scanning device, actuator, image projecting device, and image forming device

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