JPS61132920A

JPS61132920A - 光偏向器

Info

Publication number: JPS61132920A
Application number: JP25486184A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Iwama; 岩間　明彦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1984-12-01
Filing date: 1984-12-01
Publication date: 1986-06-20
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPH071346B2

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】１帆立国この発明は、レーザプリンタやディジタル複写機、ファ
クシミリ、その他各種のレーザ偏向器を備えた光学的情
報処理装置で使用するのに好適な。

コアレス扁平ブラシレスモータ方式を採用した超小形の
光偏向器に係り、特に、ミラーとロータ磁石とを一体的
に構成することによって、光偏向器本体の回転軸の軸方
向の寸法を短縮し、小型化することにより実装上の制約
を取除くとともに９部品点数の減少によるコストダウン
を可能にした、軽量かつ安価な光偏向器に関する。

皿米五！従来から、レーザプリンタのレーザ偏向器や、ディジタ
ル複写機のレーザ偏向器、ファクシミリのレーザ偏向器
、あるいはＰｏｓ端末器のバーコードリーダ等の各種光
学的装置では、読取り用や書込み用のレーザ光を偏向す
るために、ポリゴンミラー（多面ＩＩ）を使用した光偏
向器が用いられている。

一般に、この種の光偏向器に使用されるブラシレスモー
タ方式としては、インナロータ方式、アウタロータ方式
、コアレス扁平方式が知られている。

これらのブラシレスモータ方式では、そのコスト的な比
較では、コアレス扁平方式くアウタロータ方式くインナ
ロータ方式の順序になっており、コアレス扁平ブラシレ
スモータ方式が、最も有利である。

その上、このコアレス扁平方式は、コギングが少なくて
、イナーシャが大きいため、例えば４゜０００ｒｐｍ程
度の低速回転では、回転ムラやジッター特性の観点から
も、他の方式より優れている。さらに、その重量も軽く
、また、騒音が低い等の多くの利点を有している。

第１１図（１）と（２）は、従来のコアレス扁平ブラシ
レスモータ方式の光偏向器について、その要部構成の一
例を示す図で、図（１）は縦断面図、図（２）は平面図
である。図面において、４１は第１の筐体で、４１ａは
その一部に開口された窓部、４２は第２の筐体、４３は
第１の磁性鉄板、４４はコイル基板、４５はコアレス扁
平コイル、４６は回路基板、４７ａと４７ｂはロータの
速度検出素子、５１は回転軸、５２はフランジ、５３は
第２の磁性鉄板、５４はリング状ロータ磁石、５５はポ
リゴンミラー、５６ａと５６ｂは軸受部を示す。

この第１１図（１）と（２）に示す光偏向器の構成は。

次のとおりである。

まず、固定電機子は、第１の筐体４１の内側に、磁気回
路を構成する第１の磁性鉄板４３と、コアレス扁平コイ
ル４５が配列されたコイル基板４４を固定する。

コイル基板４４は、いわゆるプリント基板で、特に図示
はしないが、その基板上には、これらの部品を配線する
結線パターンが構成されている。

そして、固定電機子を構成する第１１図（１）のコアレ
ス扁平コイル４５と適当な空隙を保って、その軸方向に
対向され、多極に着磁されたリング状ロータ磁石５４と
、磁気回路を構成するための第２の磁性鉄板５３．さら
に、レーザ偏向用のポリゴンミラー５５を、フランジ５
２に一体的に固定し、さらに、フランジ５２を回転軸５
１に一体的に固定して、ロータ組立体を構成する。

このようにして構成されたロータ組立体の回転軸５１に
、それぞれ軸受部５６ａ、５６ｂが軽圧入される。

なお、ロータの速度検出素子４７ａと４７ｂが取付けら
れた回路基板４６を、ロータ組立体のポリゴンミラー５
５の外周に固定し、第２の筐体４２を取付ける。

ロータ組立体の軸受部５６ａ、５６ｂは、第１の筐体４
１．第２の筐体４２にそれぞれ支持されている。

したがって、ロータ組立体は、軸受部５６ａ。

５６°ｂを中心に回転することができる。

この第１１図（１）と（２）に示すように、従来のコア
レス扁平ブラシレスモータ方式の光偏向器では、複数個
のコアレス扁平コイル４５を有する固定電機子と、多極
に着磁されたリング状ロータ磁石５４および回転軸５１
と平行するミラー面が形成されたポリゴンミラー５５と
を有する回転子と、ポリゴンミラー５５のミラー面に外
部からのレーザ光を導くための窓部４１ａが一部に設け
られた筐体４１．とから構成されている。

この光偏向器で、第１の筐体４１に設けられた窓部４１
ａは、外部からの光路の一部を形成する。

すなわち、外部からのレーザ光をポリゴンミラー５５に
よって偏向するために、レーザ光源→ミラー面（反射）
の光路によって、レーザ光を目的の方向に偏向させるよ
うに作用する。

また、ロータを定速回転させるためには、ロータの回転
速度を検出して、目標回転数に対して定速制御を行うこ
とが必要である。

そのために、ロータの速度検出手段として、回路基板４
６上に、ロータの速度検出素子４７ａと４７ｂとが配列
されている。この速度検出素子４７ａはＬＥＤ等の発光
素子、４７ｂはホトトランジスタ等の受光素子である。

この速度検出手段からの検出信号を用いて、ポリゴンミ
ラー５５が固定されたロータの定速制御を行う６ところで、従来のコアレス扁平ブラシレスモータ方式の
光偏向器では、リング状ロータ磁石５４とポリゴンミラ
ー５５とを回転軸の軸方向に積重ねた状態に配置し１回
転軸５１に設けられたフランジ５２と一体的に構成して
いる。

そのため、必然的に、光偏向器本体の回転軸の軸方向の
寸法が大きくなり、実装位置に制約を受ける。

その上に、リング状ロータ磁石５４とポリゴンミラー５
５とを別個の部品で構成するため、単に重量が大きくな
るだけでなく、コストアップにもなる、等の不都合があ
った。

ｌ−一度そこで、この発明の光偏向器では、従来のコアレス扁平
ブラシレスモータ方式の光偏向器におけるこのような不
都合を解決し、光偏向器の半径方向の寸法を短縮して小
型・軽量化することにより。

実装上の制約を取除くとともに、構成部品の点数を減少
させることによって、コストダウンを可能にすることを
目的とする。

盈−一双そのために、この発明の光偏向器では、第１の磁性鉄板
と複数個のコアレス扁平コイルとからなる固定電機子と
、リング状ロータ磁石と磁気回路るこのような不都合を
解決し、光偏向器の半径方向の寸法を短縮して小型化す
るとともに、ロータの偏心に起因して発生されるポリゴ
ンミラーの面振れによる速度検出誤差が生じないように
して、正確な速度制御を可能にすることを目的とする。

Ｉ−一双そのために、この発明の光偏向器では、複数個のコアレ
ス扁平コイルを有する固定電機子と、多極に着磁された
リング状ロータ磁石および回転軸と平行するミラー面が
形成されたポリゴンミラーとを有する回転子と、ポリゴ
ンミラーのミラー面に外部からのレーザ光を導くための
患部が一部に設けられた筐体とを備えた扁平ブラシレス
モータ方式の光偏向器において、ポリゴンミラーの外接
円半径がｒｌ、内接円半径がｒｌのとき、ｒｌ（ｒ３＜
ｒｌとなる半径ｒ３の位置で、かつポリゴンミラーの非
ミラー面の両側に、速度検出手段を構成する発光素子と
受光素子を、それぞれ配列するようにしている。

次に、この発明の光偏向器について１図面を参照しなが
ら、その実施例を詳細に説明する。

第１図は、この発明の光偏向器の一実施例について、そ
の要部構成を示す縦断面図である０図面において、１１
は第１の筐体で、ｌｌａはその軸受オイルの飛散防止用
ラビリンス機構の一部を構成する機構部分、ｌｌｂはそ
の一部に開口された窓部、１２は第２の筐体、１２ａは
その軸受オイルの飛散防止用ラビリンス機構の一部を構
成する機構部分、１３は速度検出手段を構成する発光素
子、１４は予圧バネ、２１は第１の磁性鉄板、２２はコ
イル基板、２３はコアレス扁平コイル、２４は速度検出
手段を構成する受光素子、３１は回転軸、３２はフラン
ジで、３２ａと３２ｂはその軸受オイルの飛散防止用ラ
ビリンス機構の一部を構成する機構部分、３３は第２の
磁性鉄板、３４はリング状ロータ磁石、３５はポリゴン
ミラー、３６ａと３６ｂは軸受部を示す。

この第１図に示すように、軽量かつ非磁性材からなる第
１の筐体１１には、内部に設けられたポリゴンミラー３
５ヘレーザ光を入射するために、その一部に開口された
患部１１ｂが設けられている。

また、軸受部３６ｂが取付けられる部分には、軸受オイ
ルの飛散防止用ラビリンス機構の一部を構成する機構部
分１１ａが設けられ、軸受部３６ｂととにも、軸受オイ
ル・グリスの飛散を防止するためのラビリンス機構を構
成する。

まず、固定電機子の構成について説明する。なお、固定
電機子を構成する部材には、２１〜２４の２０番台の符
号が付けられている。

第１の筐体１１の内部に、磁気回路を構成するための第
１の磁性鉄板２１と、コイル基板２２とを固定し、この
コイル基板２２には、コアレス扁平コイル２３．速度検
出用の受光素子２４．および必要な回路部品群を配列固
定する。このようにして、固定電機子が構成される。

次の第２図（１）と（２）は、第１図に示したこの発明
の光偏向器のコイル基板２２の詳細な構成を示す構造図
で１図（１）は平面図、図（２）は縦断面図である。図
面における符号は第１図と同様であり。

また、２２ａ〜２２ｆはコイル基板２２の取付は穴、２
４ａは受光素子２４に近接して配列されたスリット板、
２５ａ〜２５ｃはロータ位置検出素子を示し、ＩＣＩと
ＩＣ２はアイシ一部品、Ｒ１−Ｒ３は抵抗器、Ｃはコン
デンサを示す。

コイル基板２２は、いわゆるプリント基板で。

その基板上には、これらの部品を配線する結線パターン
が構成されている。

また、速度検出用の受光素子２４とスリット板２４ａは
、このコイル基板２２上の径ｒ３の位置に配列される。

次に、ロータ組立体について述べる。ロータ組立体を構
成する部材には、３１〜３５の３０番台の符号が付けら
れている。

第３図（１）と（２）は、第１図に示したこの発明の光
偏向器のロータ組立体の詳細な構成を示す構造図で１図
（１）は平面図、図（２）は縦断面図である。

図面における符号は第１図と同様であり、また、３２ａ
〜３２ｃはフランジ３２の取付は穴を示す。

この第３図（１）と（２）に示すように、この発明の光
偏向器のロータ組立体は１回転軸３１、フランジ３２、
第２の磁性鉄板３３、リング状ロータ磁石３４．および
ポリゴンミラー３５、から構成されている。

すなわち、第１図の固定電機子の一部を構成するコアレ
ス扁平コイル２３と適当な空隙を保って。

その軸方向に対向され、多極に着磁されたリング状ロー
タ磁石３４と、磁気回路を構成するための第２の磁性鉄
板３３、さらに、レーザ偏向用のポリゴンミラー３５を
、フランジ３２に一体的に固定し、さらに、フランジ３
２を回転軸３１に一体的に固定して、ロータ組立体を構
成する。

この第３図（１）と（２）に示すように、レーザ偏向用
のポリゴンミラー３５を、リング状ロータ磁石３４とフ
ランジ３２に一体的に固定すれば、光偏向器は、その軸
方向の寸法も短縮される。したがって、速度検出手段を
構成する発光素子１３と受光素子２４をポリゴンミラー
３５の両側に配列しても、従来の光偏向器よりも小型化
が可能である。

なお、フランジ３２には、軸受オイルやグリス等が飛散
しないように、その軸受オイルの飛散防止用ラビリンス
機構の一部を構成する機構部分３２ａと３２ｂとが設け
られている。

この機構部分３２ａは、第２の筐体１２のラビリンス機
構の一部を構成する機構部分１２ａとともに、同様に、
機構部分３２ｂは、第１の筐体１１のラビリンス機構の
一部を構成する機構部分１１ａとともに、それぞれ、軸
受オイルの飛散防止用ラビリンス機構を構成する。

このようにして構成されたロータ組立体の回転軸３１に
、それぞれ軸受部３６ａ、３６ｂが軽圧入される。

これらの軸受部３６ａ、３６ｂは、第１の筐体１１、第
２の筐体１２にそれぞれ支持されているので、ロータ組
立体は、軸受部３６ａ、３６ｂを中心に回転する。

先の第１図に一実施例として示した光偏向器では、８極
３相６コイルのモータ部において、ロータ位置検出素子
２５ａ〜２５ｃから構成されるロータ位置検出器の出力
信号により励磁相を切換えて、順次６つのコイルを励磁
すると、フレミング左手の法則（いわゆるＢｌｉ則）に
従って、ロータは、モータの供給電圧に比較した回転数
で回転される。なお、Ｂｌｉ則で説明する場合に、Ｆ＝
Ｂｉｔの力は、コイルに働く力であるが、この発明の光
偏向器では、コイルが固定で、ロータ磁石が回転する方
式のブラシレスモータを使用しているので、ロータ磁石
の回転方向は、Ｂｌｉ則の逆方向となる。

第４図は、第２図に示した８極３相６コイルのモータの
コイルと、ロータ位置検出素子２５ａ〜２５ｃの配列位
置との関係を示す配置図である。

図面における符号は、第１図および第２図と同様である
。

第５図は、第１図に示した８極３相６コイルのモータの
コイル結線と駆動回路の一例を示す回路図である０図面
におけるＵ、Ｖ、Ｗは３相の各出イル、Ｑ１〜Ｑ６はト
ランジスタを示す。

第６図は、第１図に示した８極３相６コイルのモータ部
におけるロータ磁石、および回転磁界と夕磁石が回転す
る方式のブラシレスモータの原理を応用しているので、
ロータ磁石すなりち、回転子に作用する回転力の方向は
、このＢｌｉ則の逆方向となる。

第６図は、第２図に示した８極３相６コイルのモータの
コイルと、ロータ位置検出素子２６ａ〜２６ｃの配列位
置との関係を示す配置図である。

図面における符号は第１図および第２図と同様であり、
また、Ｃｐはコイル間ピッチ、ＣＰはコイルピッチを示
す。

第７図は、第１図に示した８極３相６コイルのモータの
コイル結線と駆動回路の一例を示す回路図である１図面
におけるＵ、Ｖ、Ｗは３相の各コイル、Ｑ１〜Ｑ６はト
ランジスタを示す。

第８図は、第１図に示した８極３相６コイルのモータ部
におけるロータ磁石、および回転磁界とコイル位置の一
例を示すタイムチャートである。

図面のタイムチャートにおいて、縦軸は磁束密度、横軸
は回転角を示す。

すでに説明したように、ロータを定速回転させるために
は、ロータの速度を検出して、目標回転数に対して定速
制御を行うことが必要である。

この発明の光偏向器では、ポリゴンミラーが回転すると
、このミラーがシャッターとして機能し。

発光素子１４からの光がオン・オフされて、受光素子２
４へ与えられる。

そのために、ミラーの外接円の半径ｒｔ、その内接円の
半径ｒ２に対して、ｒ２　（ｒ３　＜ｒｔの関係となる
半径ｒ３を有する位置、例えば第２の筺体１２上の位置
に、ＬＥＤ等の発光素子１４を、１個または複数個、互
に位相を変えて固定し、対向するコイル基板２２上に、
ホトトランジスタ等の受光素子２４を、同様に１個また
は複数個、互いに位相を変えて配置する。

１個の速度検出手段が配置されている場合には。

ポリゴンミラー３５の角部で１発光素子１４からの光が
オフされて、受光素子２４から発生される速度検出信号
のレベルが変化される。

次の第９図は、８極３相６コイルのモータの場合に、ポ
リゴンミラーと２個の速度検出手段との配列状態を説明
するための配置図である０図面において、Ｐ１ｔＰ２は
受光素子を示す。

この第９図では、ポリゴンミラーのミラー面数Ｎ＝８（
角）、受光素子の数Ｐ＝４（個）の場合について示して
いる。

第１０図は、第９図に示した２個の速度検出手段から発
生される速度検出信号の一例を示すタイムチャートであ
る０図面のＴは１個の速度検出手段から発生される速度
検出信号の一周期、ｔｏは速度検出信号の時間幅を示す
。

この第１Ｏ図に示されるように、２個の速度検出手段が
用いられる場合には、受光素子ｐ１とｐ２の出力を合成
してロータの速度に対応した周波数信号を発生する。

また、周波数信号のオン・オフのデユーティ比を制御系
からの理由で変える必要がある場合や、発光素子の光の
回折によるノイズ防止等の目的で。

発光素子１４と受光素子２４の間に、第２図（１）と（
２）に示すように、スリット板２５を設ける。

このスリット板２５の幅や取付は位置を適当に選択すれ
ば、必要な時間幅ｔｏのパルス信号が得られる。

ここで、ミラーの面数、あるいは多角形ロータ磁石、の
角数（第１図の実施例の場合には、ポリゴンミラーとし
てのミラー面数と一致する）をＮ、受光素子２４の数を
Ｐとすると、Ｐｎ番目の受光素子は、１番目の受光素子
に対して９次の式の位置関係で配置する。

ここで、Ｐｎは１，２，３．・・・・・・、ｐここで、
Ｎ＝８（角）、ｐ＝４（個）の場合の配列例を表で示せ
ば、次のようになる。

速度検出手段では、発光素子１４を、受光素子２４の対
向位置の回路基板１３上、あるいは第２の筐体１２上に
、同数個配置するのが基本的な配置方法であるが、上記
の式（１）によって配置する場合には、配置角度が小さ
いため、受光素子２４の数よりも少ない数で構成するこ
とができる。

このようにして発生される速度検出信号を用いれば、ロ
ータを定速制御することができる。この点に関しては、
従来の制御方法と同様であるから、特に詳しい説明はし
ない。

以上に詳細に説明したとおり、この発明の光偏向器では
、第１の磁性鉄板と複数個のコアレス扁平コイルとから
なる固定電機子と、リング−状ロータ磁石と磁気回路を
構成するための第２の磁性鉄板とレーザ偏向用のポリゴ
ンミラーとからなるロータと、これらを取囲むとともに
、レーザ光を通過させる窓部を有する筐体とを備えた光
偏向器において、ロータを構成するリング状ロータ磁石
を、その回転軸を中心とした多角形の形状を有する多面
体とし、かつ、その多面体にポリゴンミラーを形成する
ようにしている。

羞−一来したがって、この発明の光偏向器によれば、光偏向器本
体の回転軸の軸方向の寸法が短縮されて。

小型・軽量となり、実装が容易になるとともに。

回転制御にも有利となる。

また、ロータ磁石とポリゴンミラーとを一体的に構成し
ているから、部品点数が減少し１組立て工程も簡単にな
るので、コスト面でも有利である。

等の多くの優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

１二ＬＪ−はこの発明の光偏向器の一実施例について、
その要部構造を示す縦断面図、　　２　１ａ：ｍは第１
図に示したこの発明の光偏向器のコイル基板２２の詳細
な構成を示す構成図で、図（１）は平面図、図（２）は
断面図、Ｗ四Ｕは第一１図に示したこの発明の光偏向器
について、そのロータ組立体の一例の要部構造を示す構
成図で、図（１）は平面図、図（２）は断面図、ＪＬ先
ｉｌｌυ」２℃υ−は第１図に示したこの発明の光偏向
器について。そのフランジの一例の要部構造を示す構成図で、図（１
）は平面図１図（２）は断面図、１５迩ｍζ工η−は第
１図に示したこの発明の光偏向量について、そのロータ
磁石の一例の要部構造を示す構成図で、図（１）は平面
図、図（２）は断面図、ｌ主１は第２図に示した８極３
相６コイルのモータのコイルと、ロータ位置検出素子２
６ａ〜２６ｃの配列位置との関係を示す配置図、ｔ＋は
第１図に示した８極３相６コイルのモータのコイル結線
と駆動回路の一例を示す回路図、ＵＪＬは第１図に示し
た８　。極３相６コイルのモータ部におけるロータ磁石、および
回転磁界とコイル位置の一例を示すタイムチャート、ｔ
ｔｉは８極３相６コイルのモータの場合に、ポリゴンミ
ラーと２個の速度検出手段との配列状態を説明するため
の配置図、ＪＬＬＱＪＬは第９図に示した２個の速度検
出手段から発生される速度検出信号の一例を示すタイム
チャート、１−Ｌユ％−は従来のコアレス扁平ブラシレ
スモータ方式の光偏向器について、その要部構成の一例
を示す図で１図（１）は縦断面図１図（２）は平面図で
ある。図面において、１１は第１の筐体、１２は第２の筐体、
１３は回路基板、１４は速度検出器の発光素子、１６は
蓋部材、２１は第１の磁性鉄板、２２はコイル基板、２
３はコアレス扁平コイル。２４は速度検出器の受光素子、３１は回転軸、３２はフ
ランジ、３３は第２の磁性鉄板、３４はリング状ロータ
磁石、３５はミラーセグメント、３６ａと３６ｂは軸受
部を示す。神　　６　　Ｍ ″ｖＣＣ搾７図せ　　９　　図り　１０　　図ケ　　１１　　図

Claims

【特許請求の範囲】

第１の磁性鉄板と複数個のコアレス扁平コイルとからな
る固定電機子と、リング状ロータ磁石と磁気回路を構成
するための第２の磁性鉄板とレーザ偏向用のポリゴンミ
ラーとフランジとからなるロータと、これらを取囲むと
ともに、レーザ光を通過させる窓部を有する筐体とを備
えた光偏向器において、前記ロータを構成するリング状
ロータ磁石またはフランジは、その回転軸を中心とした
多角形の形状を有する多面体とされ、かつその多面体に
はポリゴンミラーが形成されていることを特徴とする光
偏向器。