JPH10176232A - 光走査装置 - Google Patents
光走査装置Info
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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
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Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
て図面を参照して説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
０9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。
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
０9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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【図１】本発明の光走査装置の構成を示す斜視図であ
る。
る。
【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。
温度及び応力に対する相変態を表す模式図である。
【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。
熱処理温度と応力−歪み特性を示す図である。
【図４】従来の光走査装置の構成を示す斜視図である。
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
Claims (2)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33816796A JPH10176232A (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 光走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33816796A JPH10176232A (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 光走査装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10176232A true JPH10176232A (ja) | 1998-06-30 |
Family
ID=18315551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33816796A Pending JPH10176232A (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 光走査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10176232A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011074256A1 (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-23 | キヤノン電子株式会社 | 振動素子、光走査装置、アクチュエータ装置、映像投影装置及び画像形成装置 |
-
1996
- 1996-12-18 JP JP33816796A patent/JPH10176232A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011074256A1 (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-23 | キヤノン電子株式会社 | 振動素子、光走査装置、アクチュエータ装置、映像投影装置及び画像形成装置 |
| CN102666367A (zh) * | 2009-12-16 | 2012-09-12 | 佳能电子株式会社 | 振动元件、光扫描装置、致动装置、视频投影装置及图像形成装置 |
| JPWO2011074256A1 (ja) * | 2009-12-16 | 2013-04-25 | キヤノン電子株式会社 | 振動素子、光走査装置、アクチュエータ装置、映像投影装置及び画像形成装置 |
| US9327968B2 (en) | 2009-12-16 | 2016-05-03 | Canon Denshi Kabushiki Kaisha | Vibrating element, optical scanning device, actuator device, video projection apparatus, and image forming apparatus |
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