JPS6236211B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ビームを走査する光走査器に関し、
特に回転振動子の回転角度が電動機の発生する駆
動力に反抗する捩りばね棒の復元力によつて制限
される可逆回転モータに鏡を固定して駆動する光
走査器に関する。

従来一端をモーター本体に固定した捩りばね棒
の他端に鏡と高透磁率材料から成る電機子及び速
度検出子を固定して回転振動子を形成し、一方固
定子に励磁用永久磁石と駆動コイル及び速度検出
コイルを具備させて可逆回転モータのモーター磁
気回路と速度検出磁気回路を構成し、駆動コイル
に正弦波電流を流し、電流に比例する駆動トルク
を発生させ、前記振動子を振動子の慣性と減衰力
及び捩りばね棒の弾性力に抗して振動子に固有の
振動数で自己共振させその際速度検出磁気回路か
ら発生する振動子の振動位相と振動振幅を示す出
力信号を駆動回路に入力し、駆動回路で制御され
た電圧を固定子の駆動コイルに印加して、前記振
動子の振動振幅を安定化させる光走査器が知られ
ている。

前述の型式の光走査において正弦波電流（ω＝
２π）により駆動トルク（Fsinωｔ）を発生
させ振動子を強制振動させるとき振動子の振動振
幅は駆動トルク即ち駆動電流にほぼ比例する。そ
して特に小さい駆動電流で大きい振動振幅を得よ
うとするときは駆動振動数（ω）を振動子の固有
振動数（ω_o）に等しくとりいわゆる共振状態で
振動子を駆動する。この場合振動子の減衰係数ｒ
が非常に小さい（ｒ≪１）という条件のもとでは
共振時の振動数（ω_R）及び振幅（θ_R）は次式で
示される。

θ_R＝Ｆ／ｒω_Ｒ ―(2) ここでｍは振動子の慣性モーメント、ｋは振動
子を構成する振りばね棒の復元係数、ｄ及びｌは
捩りばね棒のばね部の直径と長さ、Ｇは振りばね
棒の材質の横弾性係数である。

前述した従来形式の光走査の振動子を構成する
捩りばね棒の材質は、ばね鋼，ステンレス鋼，ヘ
リリウム鋼等のばね材が用いられるが一般に光走
査器の周囲温度が変化すると振動子の共振周波数
或は振動振幅が変動する。そしてこの共振周波数
或は振動振幅の変動は高精度の光走査に於いては
無視し得ぬ程の大きさとなる。例えば1KHz程度
の共振周波数を持つ振動子は常温付近で40℃の温
度上昇に対し共振周波数が数Hz減少するが、これ
は(1)式において捩りばね棒の寸法（ｄ及びｌ）が
変り、横弾性係数が小さくなつたためである。上
述の如き共振周波数の変化は例えば高精度の走査
を必要とするレーザ記録装置等においては致命的
欠点となる。

本発明は上述の如き欠点を除いた光走査器を提
供することを目的としている。詳細に言えば可逆
回転モータ内に感温素子を設け、モータ内の温度
を検出して検出出力によりモータ内の温度を所定
温度に制御する光走査器を提供することを目的と
している。

以下、本発明の実施例を図面に従い説明する。
第１図は光走査器の動作原理を示すブロツク図、
第２図は光走査器の縦断面図、第３図ａ，ｂ，ｃ
は各々第２図のＡ―A′，Ｂ―B′，Ｃ―C′におけ
る断面図でそれぞれ光ビーム入出射部、速度検出
磁気回路部、モータ磁気回路部を示す、第４図ａ
は固定子の上面図、第４図ｂは固定子の側面図で
ある。

第１図に示すように光走査器の動作原理は振動
子の振動振幅を検出コイルDETで検出し、該検
出出力により発振回路OSCからの正弦波信号の
増幅率をAGC回路AGCで制御し、振動子の振動
振幅が一定になるように駆動コイルSOLに印加
される電圧を制御している。

又光走査器の振動子の機械的特性（共振周波
数，弾性係数等）は温度変化により変化してしま
い、高精度の振動が期待できない。その為、光走
査器内に温度検出手段としてサーミスタThを設
け、サーミスタThの出力によりヒータHTの制御
を行い、光走査器の温度を一定に保つている。

次に光走査器を図によつて説明すると１はアル
ミニウムもしくわ銅の合金から或るモータ本体で
マウント部１ａ、ねじ孔１ｂがある。２は捩りば
ね棒である。捩りばね棒２には振動子位置定め用
と鏡取付け用の切欠き部２ａ及び２ｂがある。３
は捩りばね棒２の切欠部２ｂに接着剤で固着され
た光ビーム光走査用の鏡、４と５は捩りばね棒２
の上部に固着された円筒軸６に一定の間隔をもつ
て固着され、かつ捩りばね棒２と同心的な円弧状
磁極面４ａ及び４ｂと円弧状磁極面５ａ及び５ｂ
をそれぞれ形成する高透磁率材料から成る電機子
と速度検出子である。７は捩りばね棒２の上端部
に固着された低トルクのオイルを潤滑剤とする極
小型の玉軸受である。上述の捩りばね棒２，鏡
３，電機子４，速度検出子５，円筒軸６及び玉軸
受７によつて本発明光走査器の振動子が構成され
る。

９は電磁けい系鋼板或はNi―Fe合金板の如き
高透磁率材料から成る一対の鉄心素子でそれぞれ
が円弧状の磁極９ａ，９ｂと磁極９ａ及び９ｂを
結ぶ橋絡部９ｃとを有する。それぞれの橋絡部９
ｃには駆動コイル１０が巻装されており、一対の
駆動コイル１０は直列或は並列に接続されて引出
線１１により第１図の駆動回路に連絡されてい
る。尚駆動コイル１０を着装した一対の鉄心素子
９は上部及び下部の固定部材１２及び１３により
挾まれカミメピン１４により一体化されている。
１５は一対の鉄心素子９に挾まれた一対の直方体
形状の励磁用永久磁石で鉄心素子磁極面９ａ及び
９ｂと回転子磁極面４ａ及び４ｂを通る一定のバ
イアス磁束（Фａ）を作つている。１６は上部固
定部材１２にビス１７で固定された高透磁率材料
から成る速度検出板で光走査器の中心軸ｙ―y′と
同心的な円弧状の磁極面１６ａと磁極１６ｂとを
有する。１８は速度検出板１６の磁極１６ｂに着
装された速度検出コイルで引出線１１を経て、駆
動回路に接続される。

以上の鉄心素子９、駆動コイル１０、上部及び
下部固定部材１２及び１３、永久磁石１５、速度
検出子板１６、速度検出コイル１８等により光走
査器の固定子が構成される。以上の構成をもつ固
定子はモータ本体１に図示されていない取付ビス
により同心的に固定される。２１は熱伝導性の高
い充填エポキシ樹脂である。２２は継筒で振動子
の玉軸受７の外輪７ａを嵌合せ、モータ本体１に
同心的にビス２３で固定される。継筒２２には振
動子の鏡３を包む鏡室２２ａと光ビームの入射用
及び反射用窓２２ｂ及び２２ｃがある。２４は振
動子固定用のビスである。

上記の構成において、まず可動鉄片型可逆回転
モータの固定子駆動コイル１０に電流（一般には
正弧波電流）が流れると鉄心素子磁極面９ａ、電
機子磁極面４ａ４ｂ、鉄心素子磁極面９ｂと流れ
る制御磁束（Фｂ）が発生する。磁極面９ａ，４
ａ間と磁極面４ｂ，９ｂ間には永久磁石１５によ
る図示の方向の静磁束（Фａ）があるので磁極面
９ａ，４ａ間と４ｂ，９ｂ間に磁力差が起り、図
示の場合電機子４は磁力の強い反時計方向に引き
つけられる。発生する駆動トルクはほぼ電流に比
例しているので電機子４の角変位もほぼ電流に比
例する。電機子４と速度検出子５と鏡３等で構成
される振動子は正弦波電流によつて振動子の固有
振動数で自己共振振動を開始する。振動子の捩り
ばね棒２に固定された鏡３は静止位置より一定の
振動振幅で左右に回転振動し、継筒２２の入射用
窓２２ｂから入射する光ビームを反射窓２２ｃを
通して振動振幅の２倍の角度範囲にわたつて走査
する。

尚速度検出子５の磁極面５ａと速度検出板１６
の磁極面１６ａ及び磁路１６ｂと速度検出コイル
１８とで構成される速度検出磁気回路には永久磁
石１５による、静磁束（Фｃ）があるので、振動
子が自己共振振動を開始すると、速度検出子５の
回転振動と共に磁路１６ｂには角変位に比例した
磁束変化が起る。このため速度検出コイル１８に
は速度検出子１６の回転速度に比例する誘起電圧
が発生するが、この検出信号は振動子の振動位相
と振動振幅の情報として駆動回路に入力し、増巾
された正帰還となつて光走査器の駆動コイル１０
に電圧を印加する。この間駆動回路のAGC回路
が振動子の振動振幅が一定になるよう駆動コイル
１０の電圧を制御している。

更に振動子の機械的特性を安定化させる為に、
第５図に示す如く光走査器のモータ本体１内部に
感温素子としてサーミスタ１９とヒータ２０を設
けている。感温素子としては熱電対等他のもので
もかまわない。サーミスタ１９は速度検出板近く
に配され、薄板状のヒータ２０はモータ本体１と
固定子の内にモータ本体１に密着して配置され
る。そして固定子を含めサーミスタ１９及びヒー
タ２０はモータ本体１内に熱伝導性の優れたエポ
キシ樹脂で充填される。

第１図のヒータドライブ回路DHTが作動する
と、サーミスタThが光走査器内部の温度を検出
して、ヒータドライブ回路DHTがヒータへの電
流供給を制御して光走査器内部の温度が所定温度
にコントロールされる。前記所定温度は光走査器
の周囲温度の上限温度としている。

この結果振動子の捩りばね棒の復元係数（ｋ）
の変動がなくなるので振動子の固有周波数の変動
もなく振幅変動も無視しうるようになる。本発明
においては薄板状のヒータ２０がモータ本体１に
内蔵され、ヒータ２０の一面はモータ本体１に密
着して固定され、他の一面は熱伝導性の高いエポ
キシ樹脂で充填されるのでヒータ２０の発生する
ジユール熱は効率よく光走査器を温める。

第６図では上方にモータの熱効率をよくするた
めに光走査器の周囲を断熱材で被ふくしている。
２５は例えば熱伝導率の小さい発泡ポリエチレン
シートで光走査器の光ビーム入出射窓を除き全面
に接着固定されている。又２６は光走査器のマウ
ント部１ａに固定された同じく熱伝導率の小さい
例えばポリカーボネイト等の環状の基台である。

次に高精度光走査器の他の実施例について説明
する。この方法も一般的な非弾性金属材料が振動
子の捩りばね棒の材料として用いられる場合であ
るが、振動子の機械的特性を安定化するために例
えば第６図に示すように光走査器のモータ本体１
の内部に感温素子１９を内蔵させると共に高熱伝
導性のエポキシ樹脂を介して光走査器と熱的に密
着させる。２７は光走査器のマウント部１ａに熱
的に密着された熱伝導性の高い環状の金属体でそ
の下面が温度制御手段としてのペルチエ効果冷却
器２８の冷却板３０に熱的に密着している。ペル
チエ効果冷却器２８はよく知られている如くペル
チエ効果素子層２９の上に電極及び冷却板を構成
する金属板３０を固定し、素子層２９の下に電極
及び放熱板を構成する金属板３１を固定し、夫々
の金属板３０，３１の上にセラミツク等の絶縁層
を設けているものである。ペルチエ効果冷却器２
８の下面の金属板３１は放熱効果の大きい放熱板
と熱的に密着している。３３は光走査器の上部を
被覆する断熱材である。３４は温度検出回路、３
５は温度制御回路である。

第６図において温度制御機構が作動すると、感
温素子１９が光走査器の温度を検出すると出力電
圧が温度検出回路３４に入力する。温度制御回路
３４は感温素子部温度が設定温度より高ければ冷
却するように温度制御回路３５に信号を送り、設
定動作温度より低ければ加熱するように温度制御
回路３５に信号を送るものである。温度制御回路
３５は光走査器を冷却する場合には金属板３０，
３１を介してペルチエ効果冷却器２８に電流を流
し、金属板３１の下面で放熱現象が起り放熱板３
２より放熱され、金属板３０の上面では吸熱現象
がおこり光走査器を冷却する。また逆に光走査器
を加熱する場合にはペルチエ効果冷却器２８に逆
向きの電流を流すものである。この場合は金属板
３１の下面で吸熱現象が起り、金属板３０の上面
で放熱現象がおこり光走査器を冷却する。いずれ
の場合においても一定時間後光走査器の温度はあ
らかじめ設定された温度で安定するので振動子の
捩りばね棒の復元係数（ｋ）は周囲温度の変動に
関係なく安定する。

尚温度制御手段としてペルチエ効果素子を用い
たが他の電子冷却素子を用いても構わない。第７
図に基づいて本発明の光走査器を用いるに適した
レーザ記録装置について説明する。１０１は電子
写真プロセスを利用した記録部で、感光ドラム１
０２、現像器１０３、熱定着器１０４、帯電器１
０５、給紙機構１０６及び記録紙１０６ａ等から
なり画像光に基づいて公知の電子写真プロセスに
より感光ドラム１０２面上に形成された電子潜像
を帯電器１０５、現像器１０３により可視化し、
更に給紙機構１０６により給紙された記録紙１０
６ａに前記潜像に基づく画像を印刷出力するもの
である。前記記録部１０１内に各種光学要素及び
前記光学要素を塔載する為の光学載台１０７が収
められている。前記光学載台１０７には、感光ド
ラム１０２に画情報ビームを入力させるための光
源であるLD素子１０８、前記LD素子から出射す
るレーザビームの一部を透過、一部を反射する半
透鏡１０９、前記半透鏡１０９から反射するビー
ム光を入力して検出するビーム強度検出装置１１
０、前記半透鏡１０９を透過して来たビーム光を
屈曲するための反射ミラー１１１、前記反射ミラ
ー１１１から反射されたビームの径を拡大するビ
ーム・エクスパンダ・レンズ１１２、ビームを前
記感光ドラム１０２面上に走査するための本発明
の光走査器１１３、前記走査器１１３によつて走
査されたビーム光を前記感光ドラム面に結像する
ための結像レンズ１１４、前記結像レンズ１１４
から出射した走査ビームの走査開始を近傍に設け
られて走査ビームを反射するビーム位置検知ミラ
ー１１５、前記ミラー１１５からのビーム光を検
知して頭出し信号を発生するビーム位置検出装置
１１６が配設されている。下部ケース１１７には
電源部１１８、シーケンス制御回路部１１９、画
像信号制御回路部１２０が収納されている。前記
光学載台１０７面上に前記エクスパンダ・レンズ
１１２の取付け孔を有する板１２１、前記結像レ
ンズの取付け孔を有する板１２２、光軸設定用の
孔を有し更に孔の裏側に光検出器１２３ａを備え
た板１２３が、前記孔群の中心が光学的に一直線
上にあるごとく機械的に位置が定められて固定さ
れている。

又前記エクスパンダ・レンズ１１２の先端に光
軸設定用の孔を有する円板１２４が前記孔中心が
前記エクスパンダ・レンズ１１２の光軸と一致す
るごとく取りはずし自在に嵌装している。前記板
１２３及び円板１２４の孔の周辺一面に波長8000
〜9000Åの光で励起して可視光を発する螢光体が
設けられている。

前記光走査器１１３を取りはずし前記エクスパ
ンダーレンズ１１２から出射するレーザビームの
像を、前記板１２３に設けられた螢光体面上に投
影することによつてレーザビーム像の位置が観測
出来る。又前記レーザビームの向きを前記エクス
パンダ・レンズ１１２の光軸と平行にするのは、
前記反射ミラー１１１の反射面を回転することに
よつて行なわれる。前記光路調整手段により前記
レーザビームの全光束が前記板１２３及び円板１
２４の孔を通る結果、前記板１２３に設けられて
いる光検出器１２３ａの出力が最高になる。前記
光検出器１２３ａの出力を知ることにより光路が
正しく設定されたことが確認出来るものである。
前記結像レンズ１１４と感光ドラム１０２の間の
前記光学載台１０７面上に走査ビーム通過のため
の長孔を有する板１２５が前記長孔の短辺中心と
前記結像レンズ１１４の走査平面の中心が一致す
るごとく機械的に位置が定められて固定されてい
る。前記長孔の周辺には前記螢光体が配設されて
いて、前記板１２５面上の螢光体の発光により前
記走査ビームの前記板１２５面上の位置が検知さ
れる。

以上の如く、感温素子をモータの筐体内に設け
ることによりねじりばね棒の温度変化の検出がよ
り敏速に行われ、より安定な制御が可能となる。
更に電子冷却素子を用いることにより加熱、冷却
が共に可能である為、モータが設定温度よりも高
い場合にもすみやかに対応できるものであり、よ
り安定な制御が期待できる。更に本発明の光走査
器をレーザ記録装置に適用することにより安定な
記録が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は光走査器の動作原理を示すブロツク
図、第２図は光走査器の縦断面図、第３図ａ，
ｂ，ｃは各々第２図Ａ―A′，Ｂ―B′，Ｃ―C′，
に沿う横断面図、第４図ａは固定子の上面図、第
４図ｂは固定子の側面図、第５図、第６図は説明
の為の光走査器の略断面図、第７図はレーザ記録
装置の斜視図である。 図において、１はモーター本体、２はねじりば
ね棒、３は鏡、４は電機子、１９はサーミスタ、
２０はヒータ、２８はペンチエ効果冷却器を各々
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転振動子の回転角がモータの発生する駆動
   力に反抗する捩りばね棒の復元力によつて制限さ
   れる可動鉄片型可逆回転モータを用いた光走査器
   において、更にモータ筐体内に設けた感温素子、
   及び前記感温素子の検出力により制御されて、前
   記捩りばね棒の温度を所定温度に保ち、この捩り
   ばね棒の復元係数の変動を防止する温度制御手段
   とを有する事を特徴とする光走査器。 ２ 前記温度制御手段としてヒータを用いたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光走査
   器。 ３ 前記ヒータをモータの筐体内に設けた事を特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の光走査器。 ４ 前記温度制御手段として電子冷却素子を用い
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   光走査器。