JP2012145650A - Vibration element and optical scanner, and image forming apparatus and image projection device using these - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共振を利用した振動素子および光走査装置ならびにこの光走査装置が組み込まれた映像形成装置および画像投影装置に関する。 The present invention relates to a vibration element using resonance and an optical scanning device, and an image forming apparatus and an image projection device incorporating the optical scanning device.
光スキャナーなどで用いられるポリゴンミラーなどの回転反射鏡に代え、振動系の共振を利用して反射鏡を高速で揺動させることにより、光を走査させるようにした光走査装置が特許文献1などで提案されている。同様な原理を持つ揺動体装置や電位センサーなども特許文献2にて提案されている。
このような光走査装置や電位センサーを構成する振動素子は、板状の揺動体と、この揺動体が固定されるトーションバーと、揺動体をトーションバーの長手方向軸線を中心として揺動させる駆動手段とを一般的に備えている。また、駆動手段は、揺動体と一体に取り付けられる磁石と、この磁石と対向し、かつ交番電流が通されるコイルとを有し、コイルに交番電流を流すことにより、トーションバーが弾性捩れを伴って揺動体が揺動するようになっている。このため、トーションバーの弾性捩れによる共振現象を利用し、比較的僅かな電力にて揺動体を大きな振れ角で揺動させることが可能である。 The vibration element that constitutes such an optical scanning device or a potential sensor includes a plate-like rocking body, a torsion bar to which the rocking body is fixed, and a drive that rocks the rocking body about the longitudinal axis of the torsion bar. Means generally. Further, the driving means has a magnet that is integrally attached to the oscillator and a coil that is opposed to the magnet and through which an alternating current is passed, and the torsion bar is elastically twisted by passing the alternating current through the coil. Along with this, the swinging body swings. For this reason, it is possible to oscillate the oscillating body with a large sway angle with relatively little electric power by utilizing the resonance phenomenon caused by the elastic torsion of the torsion bar.
なお、この明細書にて記載した「振れ角」とは、トーションバーの長手方向軸線を中心として揺動体が揺動する場合に、揺動体の揺動方向が切り替わる2つの揺動端のなす角を意味する。 The “swing angle” described in this specification is an angle formed by two swinging ends at which the swinging direction of the swinging member is switched when the swinging member swings about the longitudinal axis of the torsion bar. Means.
特許文献1に開示された光走査装置においては、トーションバーを挟んで背中合わせに取り付けられる反射鏡と電磁コイルとの共通重心がトーションバーの中心軸線から離れている場合、トーションバーの共振が抑制されてしまう。このため、重量平衡部材を取り付けてこれらの共通重心がトーションバーの中心軸線に合致するように配慮している。
In the optical scanning device disclosed in
しかしながら、この重量平衡部材は、反射鏡に対するレーザー光の入射角度および反射角度を考慮してレーザー光に対して干渉しないように取り付ける必要があり、取り付け場所に関する制約が多くて適正な重量バランスを取ることが困難な場合がある。また、反りなどによってトーションバーの真直度が悪い場合、トーションバーに取り付けられる反射鏡や電磁コイルなどの重量バランスが適切であっても、期待されるような共振が起こらず、反射鏡の振れ角が設計値よりも小さくなってしまう可能性もあった。 However, this weight balancing member needs to be mounted so as not to interfere with the laser beam in consideration of the incident angle and the reflection angle of the laser beam with respect to the reflecting mirror. It can be difficult. Also, when the straightness of the torsion bar is poor due to warpage or the like, even if the weight balance of the reflector or electromagnetic coil attached to the torsion bar is appropriate, the expected resonance does not occur and the deflection angle of the reflector There is also a possibility that becomes smaller than the design value.
本発明の目的は、トーションバーの真直度が悪い場合であっても、揺動体を効率よく揺動させることができる振動素子および光走査装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an oscillating element and an optical scanning device capable of efficiently oscillating an oscillating body even when the straightness of a torsion bar is poor.
本発明の他の目的は、このような光走査装置が組み込まれたコンパクトで高性能な画像形成装置ならびに画像投影装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a compact and high-performance image forming apparatus and an image projection apparatus incorporating such an optical scanning device.
本発明の別な目的は、トーションバーに設けられる揺動体に異常振動が生じるのを有効に防ぐことができる振動素子およびこの光走査用素子を用いた光走査装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an oscillating element that can effectively prevent the occurrence of abnormal vibration in an oscillating body provided in a torsion bar, and an optical scanning device using the optical scanning element.
本発明の目的は、所望のトーションバーの真直度を確保しつつ、振れ角範囲を広くすることができる振動素子、光走査装置およびこれを用いた画像形成装置ならびに画像投影装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vibrating element, an optical scanning apparatus, an image forming apparatus using the same, and an image projecting apparatus capable of widening a deflection angle range while ensuring the straightness of a desired torsion bar. is there.
本発明の目的は、振動素子の組み立てを簡易化すると共に部品の位置決め精度を向上させることが可能な振動素子を提供することにある。また、安定した光走査を実現する光走査装置およびこれを用いた画像形成装置ならびに画像投影装置を提供することも本発明の目的である。 The objective of this invention is providing the vibration element which can improve the positioning accuracy of components while simplifying the assembly of a vibration element. It is also an object of the present invention to provide an optical scanning apparatus that realizes stable optical scanning, an image forming apparatus using the same, and an image projection apparatus.
本発明の第1の形態は、ベースと、このベースから突出するトーションバーと、このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる揺動体と、前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材とを備えたことを特徴とする振動素子にある。 According to a first aspect of the present invention, a base, a torsion bar protruding from the base, an oscillating body provided on a side of the torsion bar opposite to the base side, and a gravity center position of the torsion bar and the oscillating body And a center of gravity position correction member for correcting the vibration element.
本発明の第2の形態は、ベースと、このベースから突出するトーションバーと、このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる揺動体と、前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材とを備え、前記ベースに対する前記トーションバーの一端側の取り付け中心を通り、かつ前記トーションバーの長手方向に沿って一直線に延在する理想揺動軸線と、前記トーションバーに固定された前記揺動体の重心とを含む仮想平面に対し、前記揺動体の平面部が直交状態にあり、前記重心位置補正部材の重心が前記仮想平面内にあって前記揺動体の重心よりも前記理想揺動軸線側に位置していることを特徴とする振動素子にある。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a base, a torsion bar protruding from the base, an oscillating body provided on a side of the torsion bar opposite to the base side, and a gravity center position of the torsion bar and the oscillating body An ideal oscillating axis that passes through the center of attachment of one end of the torsion bar to the base and extends in a straight line along the longitudinal direction of the torsion bar, and the torsion bar The oscillating body has a plane portion orthogonal to a virtual plane including the centroid of the oscillating body fixed to the oscillating body, and the centroid of the centroid position correcting member is within the imaginary plane and is greater than the centroid of the oscillating body. The vibration element is located on the ideal swing axis side.
本発明の振動素子においては、揺動体をトーションバーの長手方向軸線を中心として揺動させ、トーションバーに繰り返しの弾性捩れ変形を与える。揺動体の平面部は、トーションバーの理想揺動軸線と揺動体の重心とを含む仮想平面に対して直交状態に配されている。しかも、重心位置補正部材の重心が仮想平面内にあって揺動体の重心よりも理想揺動軸線側に配されているため、揺動体は極めて安定して揺動することとなる。 In the vibration element of the present invention, the rocking body is rocked about the longitudinal axis of the torsion bar, and the elastic torsional deformation is repeatedly given to the torsion bar. The plane portion of the oscillating body is arranged orthogonal to a virtual plane including the ideal oscillation axis of the torsion bar and the center of gravity of the oscillating body. Moreover, since the center of gravity of the center-of-gravity position correction member is within the virtual plane and is disposed closer to the ideal swing axis than the center of gravity of the swing body, the swing body swings extremely stably.
本発明の第1の形態による振動素子において、重心位置補正部材をトーションバーの理想揺動軸線側を向く面に取り付けることが好ましい。 In the resonator element according to the first aspect of the invention, it is preferable that the center-of-gravity position correcting member is attached to the surface of the torsion bar facing the ideal swing axis.
揺動体がトーションバーを挟んで相互に接合される同一寸法形状を持つ2枚の板部材を含み、重心位置補正部材が理想揺動軸線に近い方に配される一方の板部材か、この一方の板部材とトーションバーとの間に配されるものであってよい。 The rocking body includes two plate members having the same size and shape that are joined to each other with the torsion bar interposed therebetween, and the center of gravity position correcting member is one plate member arranged closer to the ideal rocking axis, or one of them It may be arranged between the plate member and the torsion bar.
重心位置補正部材を金属か、ガラスか、樹脂か、あるいはこれらの複合材にて形成することができる。 The center-of-gravity position correcting member can be formed of metal, glass, resin, or a composite material thereof.
重心位置補正部材は、仮想平面に沿ったその厚み寸法がトーションバーの軸線に沿ってトーションバーの一端に向けて漸減する楔状をなしているものであってよい。 The center-of-gravity position correction member may have a wedge shape in which the thickness dimension along the virtual plane gradually decreases toward one end of the torsion bar along the axis of the torsion bar.
トーションバーはその両端がベースに固定され、揺動体がこのトーションバーの長手方向中央部に固定されているものであってよい。あるいは、トーションバーは片持ち状態でその一端がベースに固定され、揺動体がこのトーションバーの他端部に固定されているものであってよい。 Both ends of the torsion bar may be fixed to the base, and the rocking body may be fixed to the center in the longitudinal direction of the torsion bar. Alternatively, one end of the torsion bar may be fixed to the base in a cantilever state, and the swinging body may be fixed to the other end of the torsion bar.
本発明の第2の形態は、ベースと、このベースから突出するトーションバーと、このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる光反射面を持つ揺動体と、前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材と、前記揺動体を揺動させる駆動手段と、前記揺動体の前記光反射面に向けて光を照射する光源とを備えたことを特徴とする光走査装置にある。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a base, a torsion bar protruding from the base, a rocking body having a light reflecting surface provided on a side opposite to the base side of the torsion bar, the torsion bar and the A center-of-gravity position correcting member that corrects the center-of-gravity position of the rocking body, a driving unit that rocks the rocking body, and a light source that irradiates light toward the light reflecting surface of the rocking body. It is in the optical scanning device.
本発明においては、駆動手段の作動によって揺動体がトーションバーの長手方向軸線を中心として揺動し、トーションバーは繰り返しの弾性捩れ変形を受ける。これにより、光源からの光は、揺動体の光反射面により反射して走査されることとなる。 In the present invention, the oscillating body oscillates about the longitudinal axis of the torsion bar by the operation of the driving means, and the torsion bar undergoes repeated elastic torsional deformation. Thereby, the light from the light source is reflected and scanned by the light reflecting surface of the oscillator.
本発明の第2の形態による光走査装置において、駆動手段が揺動体と一体に取り付けられる磁石と、この磁石と対向し、かつ交番電流が通されるコイルとを有することができる。 In the optical scanning device according to the second aspect of the present invention, the driving means may have a magnet attached integrally with the oscillator, and a coil facing the magnet and through which an alternating current is passed.
本発明の第3の形態は、本発明の第2の形態による光走査装置と、この光走査装置の光源からの光が当該光走査装置の振動素子の揺動体の光反射面を介して照射される画像形成媒体とを備えたことを特徴とする画像形成装置にある。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical scanning device according to the second aspect of the present invention, and light from the light source of the optical scanning device is irradiated through the light reflecting surface of the oscillator of the vibration element of the optical scanning device. And an image forming medium.
本発明においては、光源からの光が振動素子の揺動体の光反射面を介して画像形成媒体に照射される。 In the present invention, the light from the light source is irradiated onto the image forming medium through the light reflecting surface of the oscillating body of the oscillating element.
本発明の第4の形態は、本発明の第2の形態による光走査装置と、この光走査装置の揺動体の光反射面にて反射する光源からの光を偏向させる光偏向装置と、この光偏向装置により偏向する光が照射されるスクリーンとを備えたことを特徴とする画像投影装置にある。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical scanning device according to the second aspect of the present invention, an optical deflection device for deflecting light from a light source reflected by the light reflecting surface of the oscillator of the optical scanning device, An image projection apparatus comprising: a screen irradiated with light deflected by the light deflection apparatus.
本発明においては、光源からの光が振動素子の揺動体の光反射面にて反射され、揺動体の揺動により走査状態となった反射光が光偏向装置によって、走査方向と交差する方向に偏向され、スクリーンに照射される。 In the present invention, the light from the light source is reflected by the light reflecting surface of the oscillating body of the vibrating element, and the reflected light that is in the scanning state by the oscillation of the oscillating body is reflected by the light deflector in a direction crossing the scanning direction. It is deflected and irradiated to the screen.
本発明の第1の形態の振動素子によると、重心位置補正部材を備えているので、揺動体を効率よく共振させることができる。 According to the resonator element of the first aspect of the present invention, since the gravity center position correcting member is provided, the oscillator can be efficiently resonated.
本発明の第2の形態の振動素子によると、揺動体の平面部を理想揺動軸線と揺動体の重心とを含む仮想平面に対して直交させると共に重心位置補正部材の重心を揺動体の重心よりも理想揺動軸線側に位置させたので、揺動体を効率よく共振させることができる。 According to the vibration element of the second aspect of the present invention, the plane portion of the rocking body is orthogonal to the virtual plane including the ideal rocking axis and the center of gravity of the rocking body, and the center of gravity of the center of gravity position correction member is set to the center of gravity of the rocking body. Since it is positioned closer to the ideal swing axis side, the swing body can resonate efficiently.
重心位置補正部材をトーションバーの理想揺動軸線側を向く面に取り付けた場合、揺動体をさらに効率よく共振させることができる。揺動体がトーションバーを挟んで相互に接合される同一寸法形状を持つ2枚の板部材を含み、重心位置補正部材を理想揺動軸線に近い方に配される一方の板部材か、この一方の板部材とトーションバーとの間に配した場合も同様である。重心位置補正部材の仮想平面に沿った厚み寸法がトーションバーの軸線に沿ってトーションバーの一端に向けて漸減する楔状をなしている場合も、揺動体をさらに効率よく共振させることができる。 When the center-of-gravity position correction member is attached to the surface of the torsion bar that faces the ideal swing axis, the swing body can resonate more efficiently. The rocking body includes two plate members having the same size and shape that are joined to each other with the torsion bar interposed therebetween, and the center of gravity position correcting member is arranged as one plate member closer to the ideal rocking axis, or one of them The same applies to the case where it is disposed between the plate member and the torsion bar. Even when the thickness dimension along the imaginary plane of the gravity center position correcting member has a wedge shape in which the thickness dimension gradually decreases toward one end of the torsion bar along the axis of the torsion bar, the oscillator can resonate more efficiently.
本発明の光走査装置によると、揺動体の光反射面を理想揺動軸線と揺動体の重心とを含む仮想平面に対して直交させると共に重心位置補正部材の重心を揺動体の重心よりも理想揺動軸線側に位置させたので、揺動体を効率よく共振させることができる。 According to the optical scanning device of the present invention, the light reflecting surface of the oscillating body is orthogonal to the virtual plane including the ideal oscillating axis and the centroid of the oscillating body, and the centroid of the centroid position correcting member is more ideal than the centroid of the oscillating body. Since it is located on the rocking axis side, the rocking body can resonate efficiently.
本発明の画像形成装置によると、本発明による光走査装置と、光源からの光が振動素子の揺動体の光反射面を介して照射される画像形成媒体とを備えているので、小型で高性能な画像形成装置を実現することができる。 According to the image forming apparatus of the present invention, since the optical scanning apparatus according to the present invention and the image forming medium on which the light from the light source is irradiated through the light reflecting surface of the oscillating body of the vibration element, the image forming apparatus is small and high in size. A high-performance image forming apparatus can be realized.
本発明の画像投影装置によると、本発明による光走査装置と、光源からの光を理想揺動軸線と平行な方向に沿って偏向させる光偏向装置と、これにより偏向する光が照射されるスクリーンとを備えているので、小型で高性能な画像投影装置を実現することができる。 According to the image projection device of the present invention, the optical scanning device according to the present invention, the light deflecting device for deflecting the light from the light source along the direction parallel to the ideal swing axis, and the screen irradiated with the light deflected thereby Therefore, a small and high-performance image projector can be realized.
本発明による画像形成装置をレーザービームプリンター(以下、LBPと記述する)に応用した実施形態について、図1〜図29を参照しながら以下に詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、異なる実施形態の構成を必要に応じてさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の精神に帰属する他の任意の構成を適宜採用することができることに注意されたい。 An embodiment in which an image forming apparatus according to the present invention is applied to a laser beam printer (hereinafter referred to as LBP) will be described in detail below with reference to FIGS. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and the configurations of different embodiments may be further combined as necessary, or any other configuration belonging to the spirit of the present invention described in the claims. Note that it can be adopted as appropriate.
本実施形態におけるLBPの露光部を概略的に図1に示し、その光走査装置における振動素子の主要部を抽出して図2に示し、そのIII−III矢視に沿った断面形状を図3に示し、図2中のIV−IV矢視に沿った拡大断面形状を図4に示す。すなわち、本実施形態のLBP10は、本発明における画像形成媒体としての感光ドラム11と、この感光ドラム11に画像情報に対応した静電潜像を形成するための露光部12とを備えている。また、本実施形態のLBP10は、これら感光ドラム11および露光部12以外に周知の給紙部,帯電部,トナー供給部,転写部,定着部,紙搬送部(何れも図示せず)なども備えている。
The exposure part of LBP in this embodiment is schematically shown in FIG. 1, the main part of the vibration element in the optical scanning device is extracted and shown in FIG. 2, and the cross-sectional shape along the line III-III is shown in FIG. FIG. 4 shows an enlarged cross-sectional shape along the line IV-IV in FIG. That is, the
露光部12は、画像情報に対応したパルス状のレーザー光Lを発振するためのレーザー光源13を含む光走査装置14と、周知のコリメート光学系15およびfθレンズ16とを備えている。
The
光走査装置14は、先のレーザー光源13と、このレーザー光源13からのレーザー光Lを走査させるための振動素子17と、この振動素子17を駆動する素子駆動部18と、この素子駆動部18の作動を制御する制御装置19とを備えている。
The
振動素子17は、ベース20と、レーザー光源13からのレーザー光Lが入射する光反射面21が形成された揺動体22と、この揺動体22を保持するトーションバー23と、重心位置補正部材24と、カバー部材25とを備えている。本実施形態におけるベース20には、本発明における駆動手段としての素子駆動部18の一部を構成する渦巻き状に形成したシートコイル26を設けた基板27が搭載されている。この基板27の周縁部には、ベース20の外周縁部を構成する枠体28が重ね合わされ、これらが一体的に接合された状態となっている。枠体28には、光学的に透明なカバー部材25が重ね合わされ、これらを一体的に接合することによって形成される内部空間Sは、減圧状態で気密に保持される。これらベース20とカバー部材25とで囲まれる内部空間Sには、丸棒状をなすトーションバー23と、揺動体22と、重心位置補正部材24と、素子駆動部18の一部である先のシートコイル26が形成された基板27とが収容される。このように、カバー部材25によって内部空間Sを減圧状態で気密に保持することにより、常圧下と比べて、揺動体22を主体とする振動系の特性を更に高めることができる。特に、空気抵抗の影響が低減される結果、振動特性のさらなる向上が可能である。
The
揺動体22を保持するトーションバー23は、感光ドラム11の回転軸線に対して直交する軸線(以下、これを理想揺動軸線と記述するが、図示例では図1の紙面に対して垂直な軸線である)ARに沿って延在する。トーションバー23の基端は、片持ち状態でベース20の枠体28とカバー部材25との間に固定され、かつ末端側がこの枠体28から基板27に形成されたシートコイル26の中央部分の直近まで突出している。トーションバー23の末端に固定される揺動体22は、トーションバー23の長手方向軸線を中心としてトーションバー23の弾性捩れを伴いつつ揺動可能である。
The
本実施形態における揺動体22は、トーションバー23を挟んで相互に接合される同一寸法形状の2枚の矩形の板部材29,30を含む。これら2枚の板部材29,30の接合面29a,30aは、トーションバー23の長手方向軸線Aと平行に設定され、基板27に形成されたシートコイル26の表面とほぼ平行となるようにトーションバー23に対して接合されている。従って、カバー部材25側を向く一方の板部材29の表面が光反射面21となっており、この光反射面21はアルミニウムや金などを一方の板部材29の表面に蒸着することによって形成することができる。あるいは、あらかじめ鏡面加工された板状部材を一方の板部材29の表面に貼り付けてこれを光反射面21としてもよい。この光反射面21は、トーションバー23の長手方向に沿って一直線に延在する理想揺動軸線ARと、トーションバー23に固定された揺動体22の重心Gとを含む仮想平面に対して直交状態にある。この場合、理想揺動軸線ARは、ベース20に対するトーションバー23の基端の取り付け中心Oを通り、先の仮想平面は図3および図6の紙面に対して平行な平面となる。
The
また、この揺動体22には素子駆動部18の一部を構成する丸棒状をなす磁石31が埋設されている。本実施形態においては、トーションバー23の末端部に丸棒状をなす磁石31が挿通される穴32がトーションバー23の長手方向に対して直交する方向に沿って形成され、ここに磁石31が差し込まれた状態となっている。この磁石31の一対の磁極は、トーションバー23の長手方向軸線Aに対して直交する方向に並ぶように、磁石31の向きが規定されている。
Further, a
揺動体22を構成する2枚の板部材29,30の接合面29a,30aには、あらかじめトーションバー23を挿通するためのトーションバー収容溝29b,30bと、磁石31を収容するための磁石収容溝29c,30cとが形成されている。これら2つの溝29b,30b,29c,30cは、それぞれ断面が半円形状を有し、接合面29a,30aの中央部にて相互に直交している。
Torsion
ところで、上述したような細長いトーションバー23には、加工変質などに伴う本質的な反りがわずかながら発生しているのが一般的である。このようなトーションバー23の二次元的な反りは、揺動体22の異常振動を伴い、投入エネルギーに対して光反射面21の振れ角αが小さくなるように作用する結果を招く。つまり、反りのあるトーションバー23に固定された揺動体22の重心Gが先の理想揺動軸線ARに対して一致していないと、揺動体22の異常振動が起こる。この結果、所望の振れ角αにて揺動体22の光反射面21を揺動させるため、より多くの電流をシートコイル26に投入する必要が生ずる。
By the way, in the
このようなトーションバー23の反りの具合を誇張して図5に示す。トーションバー23の基端をガラス定盤33の表面に押し付け、この部分を中心としてトーションバー23をガラス定盤33の上で転がし、ガラス定盤33の表面から揺動体22の重心Gまでの高さhが最大となる位置を探し出す。なお、この高さhに代えてガラス定盤33の表面からトーションバー23の末端までの高さを求めることでも可能である。この状態において、光反射面21となる一方の板部材29の表面が真上を向き、他方の板部材30の表面がガラス定盤33の表面と正対するように、トーションバー23に対して揺動体22が取り付けられる。なお、この状態において、磁石31の磁極の向きもガラス定盤33の表面と平行かつトーションバー23の長手方向軸線Aに対して直交して取り付けられるように、トーションバー23に形成される穴32の向きも規定される。
FIG. 5 exaggerates the degree of warping of such a
本発明においては、トーションバー23の理想揺動軸線ARに対する振動系の重心が一致するように、重心位置補正部材24が揺動体22および/またはトーションバー23に取り付けられる。より具体的には、重心位置補正部材24の重心が先の仮想平面内にあって揺動体22の重心Gよりも理想揺動軸線AR側に位置するように、本実施形態では基板27側を向く他方の板部材30の表面に重心位置補正部材24が接合される。つまり、重心位置補正部材24はトーションバー23が凸側に反った面、つまり本実施形態では他方の板部材30の表面に取り付けられている。この重心位置補正部材24は、揺動体22,磁石31,重心位置補正部材24を含めた振動系の共通重心が最終的に理想揺動軸線ARと合致するような質量を有していることが望ましい。これにより、揺動体22の光反射面21は、投入エネルギーに対して効率よく理想揺動軸線ARを中心として揺動することとなる。なお、重心位置補正部材24を理想揺動軸線ARに近い方に配される一方の板部材29,30とトーションバー23との間に配することも可能である。
In the present invention, as the center of gravity of the vibration system is matched with respect to the ideal pivot axis A R of the
本実施形態における素子駆動部18は、揺動体22および/またはトーションバー23に固定される磁石31と、この磁石31と隙間を隔てて対向するようにベース20側に設けられるシートコイル26と、図示しない電源とを備えている。シートコイル26には、トーションバー23,揺動体22,磁石31、重心位置補正部材24で構成される振動系の共振周波数に対応した交番電流が素子駆動部18の電源から与えられる。これにより、揺動体22の光反射面21をこの振動系の共振周波数にて理想揺動軸線AR回りに揺動、つまり共振状態で振れ回りさせることができる。従って、この振動系の振幅、つまり揺動体22の光反射面21の振れ角αの大きさは、シートコイル26に与えられる電流量によって調整可能である。交番電流の波形は、正弦波以外に三角波やパルス出力などであってもよい。なお、上述したようなシートコイル26に代えてヨークとなる軟磁性体を内包するコイルを用いることも可能である。また、揺動体22の光反射面21に対して干渉しない範囲で揺動体22を挟むように配される一対の磁界印加手段を設けることも可能である。
The
ここで、重心位置補正部材24の質量と揺動体22の光反射面21の振れ角αとの関係を図7に示す。これは、長さが32mmで0.35×0.15mmの矩形断面を持ち、図6において50μmの反りを持つトーションバー23に対し、一定の交番電流をシートコイル26に流した場合の揺動体22の光反射面21の振れ角αの変化を示している。ここで用いた2枚の板部材29,30は、それぞれ0.1mmの厚みを有し、2.8×1.4mmの矩形表面を持ち、3・の長さの磁石31を組み込んだものであり、他方の板部材30の表面に重さの異なる重心位置補正部材24を接合したものである。図7から明らかなように、この場合においては約3mgの重さの重心位置補正部材24を接合した時、振れ角αが最大となることが確認できる。従って、揺動体22の重心Gの位置が不明であっても、トーションバー23の反りの方向さえ認識できれば、揺動体22の振れ角αが最大となるような最適な重心位置補正部材24を選択することが可能である。つまり、トーションバー23の反りの凸側の面に質量の異なる重心位置補正部材24を装着して揺動体22の振れ角αを測定すればよい。なお、トーションバー23の長手方向軸線Aに対して直交する断面形状は、円形に限らず、図7で説明したように矩形断面など、任意の断面形状を採用することができる。
Here, FIG. 7 shows the relationship between the mass of the center-of-gravity
制御装置19は、感光ドラム11の長手方向両端に近接して配される一対のBDセンサー34と、これら一対のBDセンサー34からの検出信号を受信して素子駆動部18の出力を制御する制御部35とを有する。制御部35は、振動素子17の揺動体22の揺動による光反射面21の振れ角αが感光ドラム11の表面の所定範囲に収まるように、一対のBDセンサー34からの検出信号に基づいて素子駆動部18の出力をフィードバック制御する。
The
従って、画像信号に応じてレーザー光源13から出射するパルス状のレーザー光Lがコリメート光学系15を通って振動素子17の揺動体22の光反射面21に入射し、この光反射面21にて反射してfθレンズ16を介して感光ドラム11の表面に照射される。この場合、振動素子17の揺動体22の光反射面21がトーションバー23の共振によって理想揺動軸線AR回りに揺動することにより、レーザー光Lが感光ドラム11の回転軸線と平行な方向に走査される。さらに、感光ドラム11の回転によって画像情報、つまり静電潜像が感光ドラム11の回転方向に沿ってその表面に形成されることとなる。
Accordingly, the pulsed laser light L emitted from the
トーションバー23を構成する材料としては、例えば加工硬化処理および時効硬化処理が施された加工硬化および時効硬化型のコバルト(Co)-ニッケル(Ni)基合金が好適である。ここで言うCo-Ni基合金とは、CoおよびNiを含有する合金である。好ましくは、積層欠陥エネルギーを低下させるクロム(Cr)と、マトリクスの固溶強化や、偏析により転位を固着して時効および加工硬化能の向上に寄与する溶質元素としてモリブデン(Mo),鉄(Fe)などとを含む。より具体的には、Co-Ni-Cr-Mo合金やCo-Ni-Fe-Cr合金などを例示することができる。また、これらの合金は、ニオブ(Nb),マンガン(Mn),タングステン(W),チタン(Ti),ボロン(B)およびマグネシウム(Mg),炭素(C)などをさらに含むことができる。Nbは溶質元素として上述したMo,鉄同様の働きをし、Mnは面心立方格子相を安定化させて積層欠陥エネルギーを低下させる機能を有し、Wはマトリクスの強化と積層欠陥エネルギーの低下に寄与する。また、Tiは鋳塊組織の微細化や強度向上に寄与し、BおよびMgは熱問加工性を改善し、Cはマトリクスに固溶してCr,Mo,Nbなどと炭化物を形成し、粒界を強化する機能を発揮する。先のCo-Ni-Cr-Mo合金を用いた場合、その主要組成の重量比はCo:20.0〜50.0%,Ni:20.0〜45.0%,Cr/Mo:20.0〜40.0%(Cr:18〜26%,Mo:3〜11%)であることが好ましい。特に、Co:31.0〜37.3%,Ni:31.4〜33.4%,Cr:19.5〜20.5%,Mo:9.5〜10.5%とするのがさらに好ましい。
As a material constituting the
より具体的には、溶製後に熱間鍛造や均質化熱処理などの工程を経て得られた少なくともCoおよびNiを含むマトリクスに置換型の溶質元素を含有する出発原料から、冷問圧延による加工硬化処理を経てCo-Ni-Cr-Mo合金材料を得る。この合金材料は、通常、圧延方向に<100>の集合組織が形成され、圧延方向と直交する方向に<110>の集合組織が形成されることとなる。このため、本実施形態のトーションバー23として用いる場合には、プレス加工,レーザー加工,ワイヤーカット加工などによって圧延方向と直交する方向がトーションバー23の長手方向となるように切り出す。あるいは、超塑性加工によって製品形状に加工し、これらの加工に伴って硬化処理を施して内部残留歪みを与えた後、真空中または還元雰囲気にて時効硬化処理を施すことによって所望のトーションバー23を得ることができる。この時効硬化処理は、400℃〜700℃の温度で数十分から数時間程度(例えば550℃で2時間)行うのが最適であるが、処理時間を短縮するために例えば強磁場中での熱処理を用いることも有効である。
More specifically, work hardening by cold rolling is performed from a starting material containing a substitutional solute element in a matrix containing at least Co and Ni obtained through processes such as hot forging and homogenization heat treatment after melting. Through the treatment, a Co—Ni—Cr—Mo alloy material is obtained. This alloy material usually has a <100> texture in the rolling direction and a <110> texture in a direction perpendicular to the rolling direction. For this reason, when using as the
これにより、高強度かつ振動減衰能が低く、しかも弾性限界の高い良好な振動特性を持つトーションバー23を得ることができる。このような非磁性で加工硬化および時効硬化型のCo-Ni-Cr-Mo合金の一例として、セイコーインスツル株式会社のSPRON510(商品名:SPRONは登録商標)を挙げることができる。このSPRON510は、Co:35%,Ni:32%,Cr:20%,Mo:10%の組成を有する。
As a result, it is possible to obtain a
このようにして、共振周波数が尖鋭かつ振動が共振周波数に対して線対称となるような特性、すなわちQ値が高く(例えば1000以上)かつばね特性の非線形性が非常に小さなトーションバー23を得ることができる。このようなトーションバー23は、振動変形による最大歪みが3×10-3mm程度まで大きくなっても不安定とはならず、消費電力が少ない振動素子17を実現することができる。従って、本実施形態によるLBP10は、所望の疲労特性および振動特性を確保しつつ小型化することができ、ジッターなどの不安定性を低減させて安定したレーザー光Lの走査が可能であり、走査角の高精度な制御が可能である。
In this way, the
なお、本実施形態では非磁性を示すCo-Ni基合金にてトーションバー23を形成したが、これは揺動体22をトーションバー23と共に揺動させる手段として、磁石31と交番磁界とを用いた場合に安定した駆動を実現することができるからである。従って、素子駆動部18として交番磁界以外の手段、例えば圧電素子などを利用した場合には、トーションバー23の材料として非磁性金属以外にの一般的なばね用材料を用いることができる。より具体的には、SUS301,302,304,316,631,632などのステンレス鋼、ばね鋼(SUP)、ピアノ線(SWP)、ばね用炭素鋼のオイルテンパー線(SWO)採用することができる。この他、ばね用シリコンクロム鋼のオイルテンパー線(SWOSC)、ばね用ベリリウム銅合金(C1700,C1720)、ばね用チタン銅合金(C1990),ばね用リン青銅(C5210),ばね用洋白(C7701)などを採用することも可能である。
In the present embodiment, the
また、揺動体22と共にトーションバー23に取り付けられる磁石31は、できるだけ小型軽量であって高い保磁力を有することが好ましく、Nd-Fe-B系やSm-Co系の希土類磁石などが好適である。しかしながら、アルニコ磁石,Fe-Co-V合金磁石,Cu-Ni-Fe合金磁石,Cu-Ni-Co合金磁石,Fe-Cr-Co磁石,Pt-Co磁石,ハードフェライト(BaフェライトやSrフェライト)などの焼結磁石を採用することができる。この他、ボンド磁石やスパッター法などで形成した薄膜磁石であってもよく、材質や製造方法または形状などで特に制限されるものはない。
Further, the
揺動体22を構成する2枚の板部材29,30の材料としては、アルミナ,ジルコニア,ベリリウム,チッ化ケイ素,チッ化アルミニウム,サファイヤ,炭化ケイ素,二酸化ケイ素,ガラス,樹脂などの非磁性体を利用することができる。また、これらの表面を鏡面化することによって光反射面21として利用することも可能である。
Non-magnetic materials such as alumina, zirconia, beryllium, silicon nitride, aluminum nitride, sapphire, silicon carbide, silicon dioxide, glass, and resin are used as materials for the two
また、重心位置補正部材24を構成する材料は、揺動体22を構成する材料と同じものでもよいが、異なる材料を用いることも当然可能である。
Further, the material constituting the barycentric
図2〜図5に示した振動素子17の主要部の構成を、必要に応じて図8〜図12のように変更することも可能である。すなわち、本発明の振動素子17の他の一実施形態の主要部の正面形状を一部破断して図8に示し、そのIX−IX矢視に沿った断面形状を図9に示し、図8中のX−X矢視に沿った拡大断面形状を図10に示す。また、本発明の振動素子17の別な実施形態の主要部の正面形状を一部破断して図11に示し、そのXII−XII矢視に沿った断面形状を図12に示す。
The configuration of the main part of the
図8〜図10に示した実施形態は、トーションバー23の先端に抜け外れ防止と位置決めとを兼ねた円錐台形状のストッパー部36を形成したものである。磁石31は、このストッパー部36に臨むように揺動体22と一体に形成され、ストッパー部36に臨むその一端面が揺動体22から外部に露出した状態となっている。本実施形態における磁石31は、トーションバー23を挾むように二つ割り構造となっているが、トーションバー23が貫通する穴32をあらかじめ形成した単一の磁石31とすることも可能である。重心位置補正部材24は、トーションバー23の長手方向軸線Aに沿ってその基端側に向けて肉厚が漸減する楔状をなしている。
In the embodiment shown in FIG. 8 to FIG. 10, a truncated cone-shaped
図11,図12に示した実施形態は、上の実施形態におけるストッパー部36を揺動体22内に埋設したものであり、トーションバー23に対する揺動体22の相対位置を確実に規定することができる。本実施形態では、磁石31を重心位置補正部材24として兼用させている。すなわち、トーションバー23の凸側に沿った面に切欠き部37を形成し、ここに磁石31を差し込み、この状態で2枚の板部材29,30を重ね合わせてストッパー部36と磁石31とを板部材29,30で挟み込むようにしている。この構造は、揺動体22を樹脂で射出成形する場合に特に好適であり、これら磁石31およびトーションバー23の先端部を一体的に接合することが可能となる。
In the embodiment shown in FIGS. 11 and 12, the
図2〜図5に示した振動素子17の主要部の構成を必要に応じてさらに図13〜図17のように変更することも可能である。すなわち、本発明の振動素子17の他の一実施形態の主要部の正面形状を一部破断して図13に示し、そのXIV−XIV矢視に沿った断面形状を図14に示し、その外観を分解状態で図15に示す。また、本発明の振動素子17の別な実施形態の主要部の正面形状を一部破断して図16に示し、その外観を分解状態で図17に示す。
The configuration of the main part of the
図13〜図15に示した実施形態は、トーションバー23の先端に抜け外れ防止と位置決めとを兼ねた円錐台形状のストッパー部36を形成したものである。矩形の棒状をなす磁石31は、このストッパー部36に臨むように揺動体22と一体に形成され、ストッパー部36に臨むその一端面が揺動体22から外部に露出した状態となっている。本実施形態における磁石31は、トーションバー23を挾むように二つ割り構造となっているが、トーションバー23が貫通する穴31aをあらかじめ形成した単一の磁石31とすることも可能である。
In the embodiment shown in FIG. 13 to FIG. 15, a truncated cone-shaped
本実施形態における揺動体22は、トーションバー23を挟んで相互に接合される同一形状(具体的には同一寸法形状)の2枚の矩形の板部材29,30を含み、これら2枚の板部材29,30は、トーションバー23の長手方向軸線Aを対称軸とする対称形状を有している。これら2枚の板部材29,30の接合面29a,30aは、トーションバー23の長手方向軸線Aと平行に設定され、基板27に形成されたシートコイル26の表面とほぼ平行となるようにトーションバー23に対して接合されている。従って、例えば、カバー部材25側を向く一方の板部材29の表面が光反射面21となっており、この光反射面21はアルミニウムや金などを一方の板部材29の表面に蒸着することによって形成することができる。あるいは、あらかじめ鏡面加工された板状部材を一方の板部材29の表面に貼り付けてこれを光反射面21としてもよい。なお、他方の板部材30の表面も一方の板部材29の表面と同じ加工を施しておくことにより、2つの板部材29,30の重量バランスを合致させることができ、この揺動体22を含む振動系に関してより安定した振動をもたらすことができる。また、両方の板部材29,30の表面に対して同じ加工を施すことによって、2枚の板部材29,30のうちのより平面度の良好な方を光反射面21として選択することができる。あるいは、2つの板部材29,30の表面をそれぞれ独立した光反射面として利用することも可能である。光反射面21は、トーションバー23の長手方向に沿って一直線に延在するトーションバーの長手方向軸線Aと、トーションバー23に固定される揺動体22の重心Gとを含む仮想平面に対して直交状態にある。従って、この仮想平面は図3の紙面に対して平行な平面となる。
The
次に、トーションバー23として直径が240μmの先のSPRON510の線材を用い、板部材29,30として厚さが300μmのSiウェーハーをダイサーにて1mm×3mmの矩形に切断したものを用いた場合の振動特性に関し、以下のように評価を行った。これら板部材29,30の表面の平面度は20〜30nmであるが、この板部材29,30の平面度はZYGO社の表面粗さ計を用いて得られたPV値(最大測定値−最小測定値)での評価である。
Next, a SPRON 510 wire rod having a diameter of 240 μm is used as the
このようにして得られた板部材29,30の接合面29a,30aにトーションバー収容溝29b,30bおよび磁石収容溝29c,30cをそれぞれ形成する。トーションバー収容溝29b,30bの幅および深さは、トーションバー23の直径が240μmであるので、それぞれ120μmとなるが、この溝29b,30bの断面形状を半円形にする必要はなく、矩形断面の溝であってもかまわない。このような溝加工を板部材29,30の接合面29a,30aに施すことにより、板部材29,30の表面、つまり接合面29a,30aと反対側の面が凹形状に変形し、その平面度が50nm程度低下する結果、PV値が70〜80nmとなってしまう。しかしながら、トーションバー収容溝29b,30bにトーションバー23を収容した状態で2枚の板部材29,30の接合面29a,30aを重ね合わせて接着剤などで接合することにより、溝加工に伴う変形が矯正されることとなる。結果として、光反射面21の平面度が50〜60nmまで改善される。この状態においては、2枚の板部材29,30がトーションバー23の長手方向軸線Aを対称軸とする対称形状となり、これらの重心Gがトーションバー23の長手方向軸線A上に位置する。このため、トーションバー23の長手方向軸線Aを中心として揺動体22を安定して共振させることができる。
Torsion
比較として、厚さが200μmおよび525μmのSiウェーハーをダイサーにてそれぞれ1mm×3mmの矩形にそれぞれ切断し、厚さの異なる2枚の板部材を用意した。これら2枚の板部材の平面度は20〜30nmである。次に、肉厚が525μmの板部材の接合面にのみ幅および深さが240μmの矩形のトーションバー収容溝を形成した。これによって、肉厚が525μmの板部材の接合面と反対側の表面が凹形状に変形し、その平面度が70〜80nmまで低下していることを確認した。そして、トーションバー収容溝にトーションバー23を収容した状態で2枚の板部材の接合面を重ね合わせて接着剤にて接合し、得られた揺動体の光反射面の平面度を測定した結果、PV値が70〜80nmに低下してしまうことが判明した。なお、肉厚が525μmの板部材の表面の平面度は、肉厚が200μmの板部材を貼り合わせたことによってもほとんど改善されず、PV値が接合前のほぼ70〜80nmのままであった。その理由は、肉厚が525μmの板部材の方が200μmの肉厚の板部材よりも絶対的な剛性が高いためであると考えられる。
As a comparison, Si wafers with thicknesses of 200 μm and 525 μm were cut into 1 mm × 3 mm rectangles with a dicer to prepare two plate members having different thicknesses. The flatness of these two plate members is 20 to 30 nm. Next, a rectangular torsion bar accommodating groove having a width and a depth of 240 μm was formed only on the joint surface of the plate member having a thickness of 525 μm. As a result, it was confirmed that the surface opposite to the joint surface of the plate member having a thickness of 525 μm was deformed into a concave shape, and the flatness was reduced to 70 to 80 nm. And the result of having measured the flatness of the light reflection surface of the obtained rocking | swiveling body in the state which accommodated the
感光ドラム11の表面に形成されるレーザー光Lの走査軌跡は、本来、感光ドラム11の回転軸線と平行な1本の直線を描くはずである。しかしながら、トーションバー23の反りやその長手方向軸線Aに対する揺動体22の重心Gの位置ずれなどにより、高次の複雑な振動モードが発生し、波形のうねりや8の字あるいは円といった異常な走査軌跡を描く場合がある。そこで、まず揺動体22の共振周波数が2kHzとなるようにトーションバー23の長さを調整した。さらに、振れ角αを±10度,±17度,±25度,±32度,±38度,±45度,±50度となるように、交番電流の供給値を調整した。そして、この場合における感光ドラム11の表面に形成されるレーザー光Lの走査軌跡を求めた結果、すべての振れ角αにおいて異常振動は発生せず、安定した走査軌跡を描くことを確認することができた。
The scanning locus of the laser beam L formed on the surface of the
図16,図17に示した実施形態は、上の実施形態におけるストッパー部36を揺動体22内に埋設したものであり、トーションバー23に対する揺動体22の相対位置をより確実に規定することができる。本実施形態では、磁石31がトーションバー23のストッパー部36を横切ることができるように、2枚の板部材29,30に形成された磁石収容溝29c,30cに連通する切欠き部37をストッパー部36に形成している。従って、磁石31およびトーションバー23の先端部と揺動体22とをより強固に接合することが可能となる。
In the embodiment shown in FIGS. 16 and 17, the
本発明の振動素子によると、揺動体が同一形状を持つ2枚の板部材を有し、これら2枚の板部材によってトーションバーを挟んで相互に接合されるので、揺動体に異常振動が生じるのを有効に防ぐことができる。 According to the vibration element of the present invention, the oscillating body has two plate members having the same shape, and these two plate members are joined to each other with the torsion bar interposed therebetween, so that abnormal oscillation occurs in the oscillating body. Can be effectively prevented.
また、揺動体がトーションバーを収容する収容溝を接合面に形成した2枚の板部材を含み、これらがトーションバーの長手方向軸線を対称軸とする対称形状を有する場合には、トーションバーに対して揺動体を正確に固定できる。また、2枚の板部材の接合面に形成される収容溝の加工によって低下する光反射面の平面度を向上させることができる。さらに、揺動体を異常振動させずに効率よくこれを揺動させることができる。 In addition, when the rocking body includes two plate members in which a receiving groove for receiving the torsion bar is formed on the joint surface, and these have a symmetrical shape with the longitudinal axis of the torsion bar as an axis of symmetry, On the other hand, the oscillator can be fixed accurately. Further, it is possible to improve the flatness of the light reflecting surface which is lowered by processing of the housing groove formed on the joining surface of the two plate members. Furthermore, the rocking body can be efficiently rocked without causing abnormal vibration.
揺動体の光反射面を2枚の板部材の少なくとも一方の板部材の接合面と反対側の面に形成した場合、平面度の良好な方を光反射面として利用することができる。 When the light reflecting surface of the oscillating body is formed on the surface opposite to the joint surface of at least one plate member of the two plate members, the one having better flatness can be used as the light reflecting surface.
本発明の光走査装置によると、本発明による光走査用素子を備えているので、揺動体を効率よく共振させることができる。 According to the optical scanning device of the present invention, since the optical scanning element according to the present invention is provided, the oscillator can be efficiently resonated.
なお、駆動手段の磁石を収容または保持する溝が2枚の板部材の接合面にトーションバーの長手方向軸線を対称軸として対称に形成されている場合、磁石を含めた揺動体の重心位置をトーションバーの長手方向軸線上に位置させることができる。また、磁石の位置決めを正確に行うことができると共に磁石を大気に晒すことによる劣化を抑制することができる。特に、磁石の磁極をトーションバーの長手方向軸線に対して直交かつ揺動体の光反射面と平行な方向に延在させた場合、無負荷状態から揺動体の一方側への振れの量と他方側への振れの量とを均一にすることができる。 In addition, when the groove for accommodating or holding the magnet of the driving means is formed symmetrically with the longitudinal axis of the torsion bar as the symmetry axis on the joint surface of the two plate members, the position of the center of gravity of the oscillator including the magnet is determined. It can be located on the longitudinal axis of the torsion bar. Moreover, the positioning of the magnet can be performed accurately, and deterioration caused by exposing the magnet to the atmosphere can be suppressed. In particular, when the magnetic pole of the magnet extends in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the torsion bar and parallel to the light reflecting surface of the rocking body, the amount of vibration from the unloaded state to one side of the rocking body and the other The amount of deflection to the side can be made uniform.
本発明の画像形成装置によると、本発明の光走査装置と、この光走査装置の光源からの光が光走査装置の光走査用素子の揺動体の光反射面を介して照射される画像形成媒体とを具えているので、小型で高性能な画像形成装置を実現することができる。 According to the image forming apparatus of the present invention, the optical scanning apparatus of the present invention and the image formation in which the light from the light source of the optical scanning apparatus is irradiated through the light reflecting surface of the oscillator of the optical scanning element of the optical scanning apparatus. Therefore, a small and high-performance image forming apparatus can be realized.
本発明の画像投影装置によると、本発明の光走査装置と、光源からの光をトーションバーの長手方向軸線と平行な方向に沿って偏向させてスクリーンに照射させる光偏向装置とを具えているので、小型で高性能な画像投影装置を実現することができる。 According to the image projection device of the present invention, the optical scanning device of the present invention and the light deflection device for deflecting the light from the light source along the direction parallel to the longitudinal axis of the torsion bar and irradiating the screen are provided. Therefore, a small and high-performance image projector can be realized.
ここで、トーションバー23における反りが、このトーションバー23の支持される揺動体22の光反射面21の振れ角αに与える影響について考察する。
Here, the influence of the warpage in the
先の図6に示すように、トーションバー23の基端をガラス定盤33の表面に押し付け、この部分を中心としてトーションバー23をガラス定盤33の上で転がす。この時のトーションバー23の末端、より正確には揺動体22の重心のガラス定盤33からの高さhが最大となる位置での反り量を真直度として測定する。この反り量が0μm,50μm,100μmであるトーションバー23を試料として用意し、その末端に取り付けられた揺動体22を2kHzの共振周波数にて揺動させた。
As shown in FIG. 6, the base end of the
揺動体22の揺動の振れ角の測定の方法は、シートコイル26を流れる電流値を変化させることで、揺動体22の光反射面21、つまり反射するレーザー光Lの振れ角αが段階的に大きくなるように変化させた。光反射面21を反射したレーザー光Lは、感光ドラム11上を走査する1本の直線としての走査線を描くはずであるが、振れ角が大きくなると、曲線や8の字状または円といった異常な走査線を描く状態となる。振れ角αを段階的に大きくしていく途中で、このような状態が発生したとき、異常振動が発生したと判定する。この場合、異常振動が発生した段階での振れ角と1つ前の段階の振れ角との間でさらに小さく区切って振れ角を変化させ、異常振動が発生しない最も大きい振れ角を最大振れ角として規定した。
The method of measuring the swing angle of the swinging
このようにして測定した結果を図18に示す。この図18から明らかなように、反り量が0μmのトーションバー23の場合の最大振れ角は±45〜±50度となり、50μmのものでは±25〜±39度となり、100μmのものでは±17〜±25度となった。このことから、トーションバー23の反りが全くない0μmの場合に比べて、反りが50μmの場合および100μmの場合の最大振れ角は、それぞれ3割および6割程度低下することが理解される。すなわち、トーションバー23の反り、言い換えれば真直度が振動素子30の揺動体22の振れ角に大きな影響を及ぼすことが確認される。
The measurement results are shown in FIG. As is apparent from FIG. 18, the maximum deflection angle in the case of the
そこで、本発明では、トーションバー23の真直度を向上させるために、以下のような方法を提案する。
Therefore, in the present invention, in order to improve the straightness of the
トーションバー23を板状材料から加工形成する場合、プレス加工,レーザー加工,ワイヤーカット,エッチングまたは超塑性加工などで所定の形状に加工される。この場合、得られるトーションバー23の反り量のばらつきは大きく、100μm〜200μmの範囲となる。特に、ロール状材料からの加工である場合、圧延方向であるRD方向は、圧延方向と直交する方向であるTD方向に比べ、初期の反りが大きいのが一般的である。よって、トーションバー23として利用する場合、TD方向をトーションバー23の長手方向とすることが、トーションバー23の反り対策として有効である。すなわち、引張り加工によってトーションバー23を作ることで、トーションバー23の外周面には引張り加工による加工痕が形成される。その識別としては、図19および図20に模式的に示すように、材料表面の加工痕、つまりひき目CSの方向で判断することができる。すなわち、ひき目CSが延在する長手方向が圧延方向となる。
When forming the
また、材料の振動特性を高めるために時効硬化処理として例えば熱処理を施すが、トーションバー23をSUS304などで加工形成する場合、この熱処理に加えて炉中で必要な規定張力を材料にかけて加工処理を施す、いわゆるテンションアニールを実施することにより、その反りをほとんど無くすことが可能である。さらに、このような時効硬化処理を施してもトーションバー23に若干の反りが生じている場合、反り量、言い換えれば、真直度が略等しいトーションバーを2枚用意する。図20に模式的に示すように、この2枚のトーションバー片23a,23bを互いに対して反るように、背中合わせにして接着剤などで接合し、1つのトーションバー23として組み立てて形成される。このようにして形成されたトーションバー23の反り量は、10μm以下となり、図18に示すように、最大振れ角が±45度となり、広角に光走査可能な振動素子17を安定的に供給することができる。
Further, for example, heat treatment is performed as an age hardening treatment in order to improve the vibration characteristics of the material. However, when the
次に、トーションバー23を丸棒や角棒などの線状材料から加工したり、あるいは原料から線状に加工形成する場合、ダイス加工で所定に形状に加工される。この場合も板状材料から形成する場合と同様、得られるトーションバー23の反り量は大きい。トーションバー23の反り量を低減させる、すなわち、真直度を向上させるため、ダイス加工時に、線状材料にしごき加工を施す、すなわち、張力をかけながらしごくことが有効である。この場合の識別としては、材料表面に形成されるひき目CSaの方向で判断することができる。すなわち、図21,図22に模式的に示すように、トーションバー23の長手方向に対して螺旋状のひき目CSaが形成される。なお、ダイス加工においては、当該加工の前後のトーションバー23の断面積の比率によって決まる加工率が最も重要なファクターとなり、その最適値は70〜80%である。このようにして形成されたトーションバー23の反り量も10μm以下となり、広角に光走査可能な振動素子30を安定的に供給することができる。
Next, when the
上述したような加工を板状材料や線状材料に対して施すことにより、トーションバー23の長手方向軸線Aと理想揺動軸線ARとが一致するように真直度が向上し、広角に光を走査可させ得る振動素子17を実現することが可能となる。このようにして本実施形態ではトーションバー23の真直度の向上を達成させているが、先の実施形態のように揺動体22に重心位置補正部材24を加えることで、さらにその真直度を向上させることができる。具体的には、揺動体22の第2の板部材30の表面に重心位置補正部材24を接合することで、図6に示した揺動体22の重心位置をガラス定盤33の表面により近づける。これにより、トーションバー23の反りを小さくし、結果としてトーションバー23の長手方向軸線Aと理想揺動軸線ARとを一致させるように構成することができる。
By applying the processing as described above to the plate-like material or the linear material, the straightness is improved so that the longitudinal axis A of the
本発明は、上述のように構成することで、所望のトーションバーの真直度を確保するとともに、振れ角の設計範囲を広くするのに有利な振動素子と、光走査装置およびこれを用いた画像形成装置並びに画像投影装置を実現することができる。 The present invention is configured as described above to ensure a desired straightness of the torsion bar and to make the vibration element advantageous for widening the design range of the deflection angle, an optical scanning device, and an image using the same. A forming apparatus and an image projection apparatus can be realized.
図23〜図26には、図27に模式的に示した本発明に係る振動素子の組み立て方法が概略的に示されている。なお、図23は、振動素子を構成する部品としてのトーションバーと、揺動体(第1および第2の板部材)と、磁石とが分解状態にて示されており、方向を表すために三次元の座標軸(x,y,z)が示されている。図23〜図26の順に振動素子の主要部が組み立てられる。図27〜図29には、振動素子を構成する揺動体の内部に配置される磁石の配置位置例が模式的に示されている。 23 to 26 schematically show a method for assembling the vibration element according to the present invention schematically shown in FIG. Note that FIG. 23 shows a torsion bar, a rocking body (first and second plate members), and a magnet in a disassembled state as components constituting the vibration element. The original coordinate axes (x, y, z) are shown. The main part of the vibration element is assembled in the order of FIGS. 27 to 29 schematically show examples of arrangement positions of magnets arranged inside the oscillating body constituting the vibration element.
図23〜図26に示した実施形態においては、振動素子17を構成するトーションバー23の材料として、後述するような加工硬化および時効硬化型のCo−Ni基合金からなる線状材料から形成されている。より具体的には、トーションバー23の材料として直径が300μmの先のSPRON510の線材を採用している。なお、トーションバー23は、線状材料に限定されるものではく、板状材料から形成することも可能である。
In the embodiment shown in FIGS. 23 to 26, the material of the
磁石31は、直径200μmで長さ2mmの円柱形状を有したものを採用しているが、円柱に限られるものではなく、角柱であってもよい。
The
振動素子17を構成する揺動体22は、上述した実施態様と同様に、同一寸法形状を有する第1および第2の板部材29,30から構成される。第1および第2の板部材29,30は、それぞれ厚さが300μmのSiウェーハーを用いている。第1および第2の板部材29,30は、x方向に1mm,y方向に3mmとなった矩形をなす。揺動体22を構成する第1および第2の板部材29,30の各接合面29a,30aには、それぞれトーションバー収容溝29b,30bと、磁石収容溝29c,30c(一方の磁石収容溝30cのみ示している)とが形成される。トーションバー収容溝29b,30bは、第1の板部材29の接合面29aの略中央部分をx軸に沿った縦方向に延在するように形成される。磁石収容溝30cは、第2の板部材30の接合面30aの前方部分(図23においてx軸方向)において、y軸に沿った横方向に延在するように形成される。また、座標軸y方向に沿った磁石収容溝30cの長さは、磁石31の長さと同じである。トーションバー収容溝29b,30bの幅は、トーションバー23の直径と同じであり、これらの深さはトーションバー23の直径の1/2である。同様に、磁石収容溝30cの幅は、磁石31の直径と同じであり、その深さは、磁石31の直径の1/2である。また、本実施態様における磁石収容溝30cの長さは、磁石31の長さと同じである。本実施形態では、磁石収容溝30cの両端が閉じているが、これに限定されるものではなく、他の実施形態に示したように、両端が開いた状態となっていてもよい。さらに、トーションバー収容溝29b,30bの断面形状は、図23に示cような矩形形状であってもよいし、半円形状であってもよい。同様に、磁石収容溝30cの断面形状は、図23に示すような半円形状であってもよいし、矩形形状であってもよい。
The
以上の構造から理解されるように、トーションバー収容溝29b,30bおよび磁石収容溝30cは、本実施形態においては、それぞれの接合面29a,30a上で相互に直交するように交差している。なお、第1の板部材29の接合面29aにも、第2の板部材30に形成された磁石収容溝30cに対応して同じ大きさおよび形状を有する磁石収容溝29c(図示せず)が形成されていることは言うまでもない。
As understood from the above structure, the torsion
次に、振動素子17の組み立て方法について説明する。トーションバー23,揺動体22を構成する第1および第2の板部材29,34aおよび磁石31を用意する。このとき、第1,第2の板部材29,34aの各接合面29a,30aのそれぞれには、縦横に直交するトーションバー収容溝29b,30bおよび磁石収容溝29c,30cが形成されている。
Next, a method for assembling the
続いて、揺動体22の一部を構成する第2の板部材30の磁石収容溝30c内に磁石31を組み込むことで、磁石31が揺動体22に対して所定位置に位置決めされる。続いて、この位置決めされた磁石31を基準として、トーションバー23の先端を磁石31の側面に突き当て、トーションバー23を第2の板部材30のトーションバー収容溝30b内に組み込む。それにより、トーションバー23の先端部は、揺動体22に対して所定の位置に位置決めされる。結果として、トーションバー23は、該トーションバー23の長手方向軸線Aが揺動体22の長手方向に対して直交するように配置される。最後に、第1の板部材29の接合面29aを第2の板部材30の接合面30aに対向させ、これらがトーションバー23と磁石31とを挟み込むようにして第1の板部材29を第2の板部材30に接合する。このとき、トーションバー23の露出している上半分は、第1の板部材29に形成されたトーションバー収容溝29b内に組み込まれ、磁石31の露出している上半分は、第2の板部材30の磁石収容溝30b内に組み込まれる。
Subsequently, the
このようにして、トーションバー23と揺動体22と磁石31とが相対的な所定位置に正確に位置決めされ、磁石31は揺動体22の内部に埋め込まれた状態となる。なお、磁石31は、図27〜図29に示すように、揺動体22に対してx軸方向に沿った任意の位置に配することができる。例えば図27においては前端部、図28においては中央部、図29においては後端部に磁石31を配している。図28に示すように、磁石31を揺動体22の中央部に配置した場合、例えば、上述した図2〜図5に示した実施形態と同様な構成にすることができる。また、磁石31を揺動体22の後端部に配した場合、前述した図9,図10に示した実施形態と同様な構成にすることができる。これら図27〜29の何れの場合においても、トーションバー23は、磁石31と直交した状態、つまり揺動体22の長手方向と直交した状態で配置されることが理解されよう。
In this way, the
ところで、トーションバー23には、反りが少なからず存在し得るため、トーションバー23の真直度が低くなる。トーションバー23にこのような反りが存在すると、トーションバー23に支持される揺動体22の円滑な揺動運動を損ない、結果として投入エネルギーに対して光反射面21の振れ角αが小さくなるように作用する。言い換えれば、揺動体22が反りのあるトーションバー23に固定されていると、トーションバー23の長手方向軸線Aが理想揺動軸線に一致せず、揺動体22は、異常振動が発生し易くなる。この結果、揺動体22の光反射面21を所望の振れ角αで揺動させるため、より多くの電気エネルギーをシートコイル26に投入しなければならない。
By the way, since the
このようなトーションバー23の反りに対する対応策として、図3〜5に示すように、揺動体22に重心位置補正部材24を加えることが考えられる。具体的には、揺動体22の第2の板部材30の表面に重さの異なる重心位置補正部材24を接合することで、図3に示すように揺動体22の重心位置を変更する。これにより、トーションバー23の反りを小さくし、結果として、トーションバー23の長手方向軸線Aと理想揺動軸線を一致させるように構成することができる。
As a countermeasure against such warping of the
本発明は、振動素子の組み立てを簡易化するとともに、振動素子を構成するトーションバー、揺動体、磁石などの部品の位置決め制度の向上を実現することができる。また、揺動体内部に磁石を配置するため、埃などの浮遊物が直接付着することを抑制、さらには防止することができる。更に、位置決め精度を向上させることにより、振動素子全体の重心ずれも低減されるため、安定した光走査を実現し得る光走査装置およびこれを用いた画像形成装置または画像投影装置を提供することができる。 The present invention can simplify the assembly of the vibration element and can improve the positioning system of components such as a torsion bar, a rocking body, and a magnet constituting the vibration element. Further, since the magnet is disposed inside the rocking body, it is possible to suppress and further prevent the floating substance such as dust from directly adhering. Furthermore, by improving the positioning accuracy, the center-of-gravity shift of the entire vibration element is also reduced. Therefore, it is possible to provide an optical scanning apparatus capable of realizing stable optical scanning, and an image forming apparatus or an image projection apparatus using the same. it can.
上述した実施形態では、何れも片持ち構造のトーションバー23について説明したが、トーションバー23の長手方向両端部を枠体28とカバー部材25との間に固定し、その中央部に揺動体22を固定したものであってもよい。
In the above-described embodiments, the
本発明をオーバーヘッドプロジェクターなどの画像投影装置に適用することも可能であり、このような本発明の他の実施形態の概念を図13に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明を省略する。すなわち、本実施形態における画像投影装置40は、先の実施形態と基本的な構成が同じ光走査装置14と、光源41からの光を所定方向に偏向させる光偏向装置42と、この光偏向装置42により偏向した光が照射されるスクリーン43とを備えている。
The present invention can also be applied to an image projector such as an overhead projector, and the concept of such another embodiment of the present invention is shown in FIG. The same reference numerals are used, and duplicate descriptions are omitted. That is, the
光偏向装置42は、光走査装置14の振動素子17の揺動体22の光反射面21にて反射した光源41からの光を理想揺動軸線ARと平行な方向に沿って偏向させるものである。この光偏向装置42による光の偏向速度は、振動素子17の図示しない揺動体の振動周期よりも相対的に遅くすることができるので、本実施形態では周知のガルバノミラーを用いている。
RGB三原色を含む光源41から出射する光は、振動素子17および光偏向装置42により2次元走査され、スクリーン43に映像として投射される。
Light emitted from the
振動素子17の主要部を構成する揺動体22の光反射面21の振れ角αは、制御装置19から出力される制御信号に基づいて素子駆動部18により調整される。また、光偏向装置42も同様に、制御装置19からの出力に基づき、揺動体22の理想揺動軸線ARに対して直交する軸線回りのガルバノミラーの振れ角が制御される。制御装置19には、スクリーン43に投影される画像情報が入力部44から伝達され、光源41からスクリーン43に至る光路の距離に関する情報が測距部45から入力される。制御装置19は、これら入力部44および測距部45からの情報に応じた投影画角や拡大率の設定および画像の大きさやその縦横比に基づき、振動素子17および光偏向装置42の走査角をそれぞれ変更する。なお、画像の拡大率は、走査角を変更せずとも光源41に対する通電のオン/オフ制御によっても可能である。しかしながら、走査角を変更することによって光源41のオフ時間を減らすことによって、高輝度の画像をスクリーン43に投影することができる。
The deflection angle α of the
本実施形態の画像投影装置40においても、加工硬化および時効硬化型のCo-Ni基合金からなるトーションバー23に揺動体22を固定しているため、小型化に加えてジッターなどの不安定性を低減でき、走査角を変更した場合でも安定した動作が可能である。また、振動減衰率の歪み振幅依存性が小さいため、走査角を大きくした場合の急激な消費電力の増加も起こらない。さらに、光の有効利用によって光源41の駆動電力を低減することができる。これらにより、小型化と併せて、素子駆動部18や電源の容量を低減させることができ、小型で投影画角の大きな高性能の画像投影装置40を実現することができる。
Also in the
本発明による振動素子17は、上述した光走査装置14以外に例えば特許文献2に開示された電位センサーなどに応用することも可能である。上述したLBP10などの画像形成装置において、安定した品質の画像を得るためには感光ドラム11の電位を均一に帯電させる必要がある。このため、電位センサーを用いて感光ドラム11の帯電電位を測定し、その結果を利用して感光ドラム11の電位を均一に保持するように帯電部に印加する電圧のフィードバック制御を行う。この電位センサーにおいては、揺動体22の平面部に一対の検知電極を配し、これら一対の検知電極と、当該一対の検知電極と対向状態で配される電位測定対象面、つまり感光ドラム11の表面との距離を揺動体22の振動により変化させている。そして、検知電極と感光ドラム11の表面との間の静電容量を変えることで、検出電力として現われる出力信号を検出するようになっている。この電位センサーでは、トーションバー23の捩れ剛性や揺動体22の形態などを適切に設計することで、揺動体22を大きな周波数にて容易に揺動させることができる。しかも、揺動体22を小型化しても複数対の検知電極を揺動体22の平面部に設けて各検知電極からの信号を適切に処理することが容易である。このため、装置を小型化しても感光ドラム11の表面の電位を高い信頼性を以て高感度かつ比較的高い測定精度にて測定することができる。
The
このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。 As described above, the present invention should be construed only from the matters described in the scope of the claims, and in the above-described embodiments, the matters described in all the changes and modifications included in the concept of the present invention are described. Other than possible. That is, all matters in the above-described embodiment are not intended to limit the present invention, and include any configuration not directly related to the present invention. To get.
10 LBP(レーザービームプリンター)
11 感光ドラム
12 露光部
13 レーザー光源
14 光走査装置
15 コリメート光学系
16 fθレンズ
17 振動素子
18 素子駆動部
19 制御装置
20 ベース
21 光反射面
22 揺動体
23 トーションバー
23a,23b トーションバー片
24 重心位置補正部材
25 カバー部材
26 シートコイル
27 基板
28 枠体
29,30 板部材
29a,30a 接合面
29b,30b トーションバー収容溝
29c,30c 磁石収容溝
31 磁石
31a 穴
32 穴
33 ガラス定盤
34 BDセンサー
35 制御部
36 ストッパー部
37 切欠き部
40 画像投影装置
41 光源
42 光偏向装置
43 スクリーン
44 入力部
45 測距部
A トーションバーの長手方向軸線
AR 理想揺動軸線
α 振れ角
CS ひき目
G 揺動体の重心
h ガラス定盤の表面から揺動体の重心までの高さ
L レーザー光
O ベースに対するトーションバーの基端の取り付け中心
S 内部空間
10 LBP (Laser Beam Printer)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
このベースから突出するトーションバーと、
このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる揺動体と、
前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材と
を備えたことを特徴とする振動素子。 Base and
A torsion bar protruding from this base,
An oscillating body provided on the side opposite to the base side of the torsion bar;
A vibration element comprising: a torsion bar and a center of gravity position correction member for correcting a center of gravity position of the rocking body.
このベースから突出するトーションバーと、
このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる揺動体と、
前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材と
を備え、前記ベースに対する前記トーションバーの一端側の取り付け中心を通り、かつ前記トーションバーの長手方向に沿って一直線に延在する理想揺動軸線と、前記トーションバーに固定された前記揺動体の重心とを含む仮想平面に対し、前記揺動体の平面部が直交状態にあり、
前記重心位置補正部材の重心が前記仮想平面内にあって前記揺動体の重心よりも前記理想揺動軸線側に位置していることを特徴とする振動素子。 Base and
A torsion bar protruding from this base,
An oscillating body provided on the side opposite to the base side of the torsion bar;
A center-of-gravity position correcting member that corrects the center-of-gravity position of the torsion bar and the rocking body, passes through the attachment center of the one end side of the torsion bar with respect to the base, and extends in a straight line along the longitudinal direction of the torsion bar The plane portion of the rocking body is in an orthogonal state with respect to a virtual plane including an ideal rocking axis that is fixed and the center of gravity of the rocking body fixed to the torsion bar.
A vibrating element, wherein a center of gravity of the center of gravity position correcting member is in the virtual plane and is located closer to the ideal swing axis than the center of gravity of the swing body.
このベースから突出するトーションバーと、
このトーションバーの前記ベース側とは反対の側に設けられる光反射面を持つ揺動体と、
前記トーションバーおよび前記揺動体の重心位置を補正する重心位置補正部材と、
前記揺動体を揺動させる駆動手段と、
前記揺動体の前記光反射面に向けて光を照射する光源と
を備えたことを特徴とする光走査装置。 Base and
A torsion bar protruding from this base,
An oscillating body having a light reflecting surface provided on a side opposite to the base side of the torsion bar;
A center-of-gravity position correcting member that corrects the position of the center of gravity of the torsion bar and the rocking body;
Drive means for swinging the swing body;
An optical scanning device comprising: a light source that emits light toward the light reflecting surface of the rocking body.
この光走査装置の光源からの光が当該光走査装置の揺動体の光反射面を介して照射される画像形成媒体と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 An optical scanning device according to claim 6;
An image forming apparatus comprising: an image forming medium on which light from a light source of the optical scanning device is irradiated through a light reflecting surface of an oscillating body of the optical scanning device.
この光走査装置の揺動体の光反射面にて反射する光源からの光を偏向させる光偏向装置と、
この光偏向装置により偏向する光が照射されるスクリーンと
を備えたことを特徴とする画像投影装置。 An optical scanning device according to claim 6;
An optical deflecting device for deflecting light from a light source reflected by the light reflecting surface of the oscillator of the optical scanning device;
An image projection apparatus comprising: a screen irradiated with light deflected by the light deflection apparatus.
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JP2015079170A (en) * | 2013-10-18 | 2015-04-23 | 増田 麻言 | Scanning projection device, and portable projection device |
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