JPH103055A

JPH103055A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH103055A
Application number: JP8156648A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Asano; 武志浅野
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1996-06-18
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、繰返しかかる回転力にも長期
間耐えうる振動系を有する光走査装置を提供する。【解決手段】ハウジング１に対して小磁石３を支持す
ると共に、前記小磁石３の振動の支点となるためのトー
ションバネ５と、前記トーションバネ５の一部を固定す
るための固定部材５５とを備え、前記固定部材５５は、
前記トーションバネ５の外径よりも僅かに小さい幅の切
欠き部５５ａを有し、且つその切欠き部５５ａに前記ト
ーションバネ５を圧入することによって固定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【０００２】

【従来の技術】従来、ミラー付き小磁石と交流磁場を発
生させるためのコイルを備えた光走査装置としては、本
出願人により特願平７ー２９６７８８号の光走査装置が
提案されている。

【０００３】これは、図７に示すように、コア６に巻回
してなるコイル７にパルス電流発生器９を接続して磁界
発生手段を構成し、前記磁界発生手段により形成される
磁界の作用により小磁石３及びその小磁石３に固定され
た鏡面３ａを振動させて、光源より発せられる光ビーム
１０を前記鏡面３ａに入射させることにより、前記鏡面
３ａの振動に基づいて前記光ビーム１０を走査させる光
走査装置である。そして、前記光走査装置のハウジング
１に対して前記小磁石３を支持すると共に、前記小磁石
３の振動の支点となるために、形状記憶合金からなるト
ーションバネ５を有している。

【０００４】磁界発生手段により磁界が発生すると、こ
の磁界は小磁石３に前記トーションバネ５を中心とした
トルクを与えるが、一方、形状記憶合金からなるトーシ
ョンバネ５より復元力を受けるので、周期的な磁界が加
えられることにより振動させることができる。特に、そ
のトーションバネ５及び小磁石３からなる振動系の機械
的固有振動数と発生する磁界の周波数とが一致した場合
には共振が起こり、振幅を最大にさせる。そして、小磁
石３の表面には鏡面３ａが固定されているので、鏡面３
ａに入射された光ビーム１０は反射されて、振動の軸で
あるトーションバネ５と直交する方向に光ビーム１０が
走査される。

【０００５】前記従来の光走査装置は、トーションバネ
と磁石とからなる振動系の共振を利用して、小さな電力
で大振幅の光走査を行うようにした画期的な発明であ
る。前記トーションバネ５は入手が容易な円形断面のワ
イヤで構成され、直径１００〜５００μｍのものが用い
られていた。また、駆動部の軽量化を図るため、トーシ
ョンバネ５と小磁石３とは接着によって固定されてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようにトーションバネの直径は細く、一方、磁石は３〜
６ｍｍ程度の高さしかないので、接着面積は極めて小さ
く、接着強度は低い。しかも、円形断面のワイヤでは、
磁石の振動による回転方向の力に対して接着力以外に拘
束力が作用しないので、回転方向の繰返し力がかかると
接着部がゆるんで磁石がはずれたり、空回りするという
問題点があった。

【０００７】図８に示すように、小磁石３のトーション
バネ５を取付ける面が平面の場合、トーションバネ５と
小磁石３とは１点で接し、接着剤１５で保持されている
だけなので、矢印ＣＤ方向の繰返し力に対して非常に弱
い。図９或いは図１０に示すように磁石に切欠き部３ｂ
或いは３ｃを設けて接触面積を増やしても、大振幅で高
速に駆動する場合には、高性能な接着剤を使用しても長
期間の使用には耐えなかった。

【０００８】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、簡単な構成で、繰返しかかる回
転力にも長期間耐えうる振動系を有する光走査装置を提
供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項１に記載の光走査装置は、磁界発生
手段により形成される磁界の作用により磁石を振動さ
せ、その磁石と共に固定された鏡面部分を振動させて、
光源より発せられる光ビームを前記鏡面部分に入射させ
ることにより、前記鏡面部分の振動に基づいて前記光ビ
ームを走査させるものを対象として、特に、前記磁石を
支持すると共に、前記磁石の振動の支点となるための弾
性ワイヤと、前記磁石及び前記鏡面部分を前記弾性ワイ
ヤに固定するための固定部材とを備え、前記固定部材
は、前記弾性ワイヤの外径よりも僅かに小さい幅の切欠
き部を有し、その切欠き部に前記弾性ワイヤを圧入する
ことによってその弾性ワイヤに固定している。従って、
前記弾性ワイヤの外径と前記固定部材に設けた切欠き部
の幅を適当な値に設定することにより、接着に比べては
るかに強固に固定することができる。また、接着と違っ
て固まるまでの時間を必要としないので、生産効率が高
い。

【００１０】また、請求項２に記載の光走査装置は、前
記固定部材が、前記鏡面部分と一体に形成され、且つ前
記鏡面部分の鏡面とは反対側の面に前記切欠き部を設け
ている。従って、前記弾性ワイヤに支持される被駆動部
が軽量化され、駆動するための電力が少なくなる。ま
た、部品点数が減るのでコストも低減される。

【００１１】また、請求項３に記載の光走査装置は、前
記固定部材が、アルミニウム、ステンレス等の非磁性体
によって構成される。従って、前記磁界発生手段により
形成される磁界に不要な乱れを及ぼすことなく、前記弾
性ワイヤの強固な固定が可能である。

【００１２】また、請求項４に記載の光走査装置は、前
記固定部材が、前記磁石と一体に形成されている。従っ
て、前記弾性ワイヤに支持される被駆動部が軽量化さ
れ、駆動するための電力が少なくなる。また、部品点数
が減るのでコストも低減される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光走査装置を具体
化した実施の形態について図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、第１の実施の形態の光走査装置の
構造を示すものである。小磁石３は、縦が約３ｍｍ、横
が約６ｍｍで厚さ約０．３ｍｍのＮｄ−Ｆｅ（ネオジウ
ム鉄）からなる小磁石であり、その表面には防錆のため
にニッケルメッキが施されている。また、前記小磁石３
の片面３ａは後述するレーザビームを反射させるために
鏡面加工されている。なお、小磁石３の表面を鏡面加工
する代わりに、小磁石３の表面に鏡を接着等により貼付
けてもよい。この小磁石３は約１００００ガウスの残留
磁束密度を有している。小磁石３における鏡面３ａの裏
面には、一部に切欠き部を設けられた固定部材５５が取
付けられている。また、この固定部材５５は、切欠き部
において、Ｎｉ−Ｔｉ合金からなるトーションバネ５に
取付けられている。このトーションバネ５の線径は約３
００μｍであり、長さは約１０ｍｍである。このトーシ
ョンバネ５はその上下端をアルミ合金からなる治具２に
て、中央を矩形にくり抜かれた矩形状のハウジング１に
ネジ止めされている。尚、トーションバネ５は本発明の
弾性部材を、小磁石３は磁石を、鏡面３ａは鏡面部分を
それぞれ構成するものである。

【００１５】また、ハウジング１の後面にはコイル７が
設けられている。このコイル７は円筒状のコア６の周囲
に３００ターン／ｃｍの密度の巻き線を設けたものであ
り、コア６に形成されたネジ穴８及びハウジング１に形
成された穴４を介してハウジング１にネジ止めされてい
る。このコイル７の巻き線の両端にはパルス電流発生器
９が接続されており、３Ｖで１００ｍＡ程度の交流電流
をコイル７に流すことができる。尚、コイル７及びパル
ス電流発生器９は、本発明の磁界発生手段を構成するも
のである。つまり、このコイルに前記電流を流すことに
より、３００［ターン／ｃｍ］×１００［ｍＡ］＝３０
００［Ａ／ｍ］の交番磁界を与えることができる。そし
て、パルス電流発生器９により所定の矩形波電流をコイ
ル７に印加することにより後述するメカニズムにて磁石
３が共振し、図示しない光源から発せられて磁石３の鏡
面３ａに入射したレーザビーム１０が所定の走査角にて
走査される。

【００１６】次に、ハウジング１に対してトーションバ
ネ５及び小磁石３を支持する際の方法について図２を参
照して説明する。

【００１７】まず、トーションバネ５は所定の張力で引
っ張られた状態にて固定治具２によりネジ止めでハウジ
ング１に固定される。そして、このように固定されたト
ーションバネ５のほぼ中央付近に上述した固定部材５５
が固定される。その際、図３の分解断面図に示すよう
に、固定部材５５に設けられた切欠き部５５ａは、その
幅ｗがトーションバネ５の外径ｄより僅かに小さく設定
されており、トーションバネ５が固定部材５５の切欠き
部５５ａに圧入されることによって強固に固定される。
例えば、トーションバネ５の外径ｄが約３００μｍの場
合、切欠き部５５ａの幅ｗは約２７０〜２８０μｍとす
る。

【００１８】次に、小磁石３が前記固定部材５５に接着
剤にて固定される。小磁石３と固定部材５５とは十分な
接触面積を有しているので、小磁石３は前記トーション
バネ５のほぼ中央付近に十分な強度をもって支持され
る。

【００１９】次に、前記構成の光走査装置の動作につい
て説明する。コイル７にパルス電流を流すと、コイル７
の前方および後方には、図６（ａ）および（ｂ）に示す
ようにいわゆる交番磁界Ｈが形成される。中心がトーシ
ョンバネ５に固定され、かつそのコイル７の前方に設置
されている小磁石３は、交番磁界によりＭＨｃｏｓθの
トルクを受ける（ただし、Ｍは小磁石３の磁気モーメン
ト、Ｈは磁界の強さ、θはふれ角である）。また、ねじ
れ角θのときに、トーションバネ５による復元力ｋθも
同時にうける（ただし、ｋはトーションバネ５のバネ定
数である）。さらに、小磁石３が高速に振動する場合、
空気との摩擦抵抗およびトーションバネ５内部の摩擦抵
抗などによって、ｄθ／ｄｔに比例した減衰力も受ける
ことになる。そして前記トルクが周期的（角振動数ω）
に加わると、小磁石３はねじり振動を行う。この振動系
を方程式で表すと下に示す式となる。

【００２０】

【数１】

【００２１】これは、減衰振動系に強制力が加わった場
合の方程式で、その一般解は下に示す式で表される。

【００２２】

【数２】

【００２３】つまり、電流の周波数ωと、小磁石３とト
ーションバネ５とからなる機械系の固有振動数ω₀とが
一致した場合にいわゆる共振状態となり、最大のふれ角
になるのである。本実施の形態の場合、コイル７にかけ
る電圧を３Ｖとし、巻き線に流れる電流を約１００ｍＡ
とすると振動周波数約８００Ｈｚで共振し、小磁石３の
ふれ角は約５０度となる。すなわち、小磁石３の表面に
形成されている鏡面３ａで反射されたレーザビーム１０
は走査角約１００度で走査されるのである。

【００２４】前述のように、トーションバネ５は固定部
材５５の切欠き部５５ａに圧入され、小磁石３と固定部
材５５とは十分な接着面積で接着されているので、小磁
石３は従来の光走査装置に比べてはるかに強固に支持さ
れている。従って、大振幅で高速に駆動しても、長期間
の使用が可能である。

【００２５】次に、本発明を具体化した光走査装置の第
２の実施の形態を図４を用いて説明する。本実施形態で
は、アルミ合金からなる固定部材５６の切欠き部５６ａ
が設けられた面と反対の面５６ｂが鏡面加工されてい
る。固定部材５６の切欠き部５６ａには、その幅ｗより
も僅かに大きな外径ｄを有するトーションバネ５が圧入
される。また、固定部材５６の切欠き部５６ａが設けら
れた面には、切欠き部５６ａに蓋をするように小磁石３
１が接着される。さらに、この面は、トーションバネ５
を軸とする被駆動部の慣性モーメントが小さくなるよう
に、端部へ向かうほど薄く加工されている。

【００２６】前記実施形態では、小磁石３の大きさは必
要な鏡面の大きさによって決められていたが、本実施形
態ではより小さくできる。また、比重が小さく、形状の
自由度が大きいアルミ合金で鏡面を形成したので、前述
のように、トーションバネ５に支持される被駆動部の軸
回りの慣性モーメントが小さいので、駆動するための電
力が少なくなる。また、固定部材５６は非磁性体で構成
されているので、前記コイル７により形成される磁界に
不要な乱れを及ぼすことがない。

【００２７】次に、本発明を具体化した光走査装置の第
３の実施の形態を図５を用いて説明する。本実施形態で
は、幅ｗの切欠き部３５ａを有する小磁石３５の切欠き
部３５ａと反対の面３５ｂが鏡面加工されている。小磁
石３５の切欠き部３５ａには、その幅ｗよりも僅かに大
きな外径ｄを有するトーションバネ５が圧入される。従
って、前記実施形態と同様、トーションバネ５に支持さ
れる被駆動部が軽量化され、駆動するための電力が少な
くなる。また、部品点数が減るのでコストも低減され
る。

【００２８】前記の各実施の形態は、光走査装置を実現
した一例であり当業者は本発明の要旨を逸脱しない限
り、様々な変形を行うことができる。

【００２９】例えば、第１の実施の形態では走査角１０
０度、振動周波数８００Ｈｚを例にとって説明したが、
トーションバネ５の外径、長さ、小磁石の質量等を変え
ることによって、任意の周波数の光走査装置を実現する
ことができる。

【００３０】また、便宜上、コイル７の前面にトーショ
ンバネ５の何れかおよび小磁石３を配置したが、コイル
７の周辺であって交番磁界が小磁石３の磁気モーメント
Ｍと略直交する方向に発生する箇所ならば、どこに配置
してもよいのである。

【００３１】また、前記各実施の形態では走査幅を最大
にするためコイル７に流す電流波形を矩形波としたが、
走査幅に余裕があれば、ＳＩＮ波、三角波などの周期波
形でもよい。

【００３２】また、コイル７に流す電流を最小限に止め
るために共振現象を利用して光走査装置を構成したが、
電力に余裕があるならば共振点をはずして光走査装置を
駆動しても機能上問題はないのである。

【００３３】また、トーションバネ５の材質をＮｉ−Ｔ
ｉ合金としたが、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ａｇ−Ｃｄ系、Ａｕ−
Ｃｄ系、Ｃｕ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｐ
ｔ系等の形状記憶合金を使用してもよい。また、弾性を
有する他の金属を使用しても構わない。

【００３４】また、前記第２の実施の形態では、固定部
材５６をアルミ合金により構成したが、非磁性体の他の
物質、例えばステンレス等で構成することも可能であ
る。

【００３５】また、前記第３の実施の形態では、前記小
磁石３５の切欠き部３５ａと反対側の面３５ｂを鏡面加
工して鏡面部分としたが、別体で鏡を作製して前記小磁
石３５に接着して構成してもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の請求項１に記載の光走査装置は、磁界発生手段に
より形成される磁界の作用により磁石を振動させ、その
磁石と共に固定された鏡面部分を振動させて、光源より
発せられる光ビームを前記鏡面部分に入射させることに
より、前記鏡面部分の振動に基づいて前記光ビームを走
査させるものを対象として、特に、前記磁石を支持する
と共に、前記磁石の振動の支点となるための弾性ワイヤ
と、前記磁石及び前記鏡面部分を前記弾性ワイヤに固定
するための固定部材とを備え、前記固定部材は、前記弾
性ワイヤの外径よりも僅かに小さい幅の切欠き部を有
し、その切欠き部に前記弾性ワイヤを圧入することによ
ってその弾性ワイヤに固定している。従って、前記弾性
ワイヤの外径と前記固定部材に設けた切欠き部の幅を適
当な値に設定することにより、接着に比べてはるかに強
固に固定することができる。また、接着と違って固まる
までの時間を必要としないので、生産効率が高い。

【００３７】また、請求項２に記載の光走査装置は、前
記固定部材が、前記鏡面部分と一体に形成され、且つ前
記鏡面部分の鏡面とは反対側の面に前記切欠き部を設け
ている。従って、前記弾性ワイヤに支持される被駆動部
が軽量化され、駆動するための電力が少なくなる。ま
た、部品点数が減るのでコストも低減される。

【００３８】また、請求項３に記載の光走査装置は、前
記固定部材が、アルミニウム、ステンレス等の非磁性体
によって構成される。従って、前記磁界発生手段により
形成される磁界に不要な乱れを及ぼすことなく、前記弾
性ワイヤの強固な固定が可能である。

【００３９】また、請求項４に記載の光走査装置は、前
記固定部材が、前記磁石と一体に形成されている。従っ
て、前記弾性ワイヤに支持される被駆動部が軽量化さ
れ、駆動するための電力が少なくなる。また、部品点数
が減るのでコストも低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の光走査装置の主要
な構成を示す斜視図である。

【図２】第１の実施の形態の光走査装置の主要部の分解
斜視図である。

【図３】第１の実施の形態の光走査装置の被駆動部の分
解断面図である。

【図４】第２の実施の形態の光走査装置の被駆動部の分
解断面図である。

【図５】第３の実施の形態の光走査装置の被駆動部の分
解断面図である。

【図６】本発明の各実施の形態において、小磁石が交番
磁界からトルクを受ける模式図である。

【図７】従来の光走査装置の主要な構成を示す斜視図で
ある。

【図８】従来の光走査装置のトーションバネと小磁石の
接着方法の一例を示す断面図である。

【図９】従来の光走査装置のトーションバネと小磁石の
接着方法の他の例を示す断面図である。

【図１０】従来の光走査装置のトーションバネと小磁石
の接着方法の他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ハウジング３小磁石３ａ鏡面５トーションバネ７コイル９パルス電流発生器１０レーザビーム３１小磁石３５小磁石３５ａ切欠き部３５ｂ鏡面５５固定部材５５ａ切欠き部５６固定部材５６ａ切欠き部５６ｂ鏡面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界発生手段により形成される磁界の作
用により磁石を振動させ、その磁石と共に固定された鏡
面部分を振動させて、光源より発せられる光ビームを前
記鏡面部分に入射させることにより、前記鏡面部分の振
動に基づいて前記光ビームを走査させる光走査装置にお
いて、前記磁石を支持すると共に、前記磁石の振動の支点とな
るための弾性ワイヤと、前記磁石及び前記鏡面部分を前記弾性ワイヤに固定する
ための固定部材とを備え、前記固定部材は、前記弾性ワイヤの外径よりも僅かに小
さい幅の切欠き部を有し、その切欠き部に前記弾性ワイ
ヤを圧入することによってその弾性ワイヤに固定したこ
とを特徴とする光走査装置。
【請求項２】前記固定部材は、前記鏡面部分と一体に
形成され、且つ前記鏡面部分の鏡面とは反対側の面に前
記切欠き部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の
光走査装置。
【請求項３】前記固定部材は、アルミニウム、ステン
レス等の非磁性体によって構成されることを特徴とする
請求項１若しくは２に記載の光走査装置。
【請求項４】前記固定部材は、前記磁石と一体に形成
されたことを特徴とする請求項１若しくは２に記載の光
走査装置。