JP2016114897A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を軸方向に小型化し、走査光の照射範囲が広がっても多面体ミラーの反射特性を維持することができる光走査装置を提供する。【解決手段】チルトミラー３の頂部には回転子軸４が貫通する凹部３ｃが形成されており、当該凹部３ｃの直上に組み付けられる回転子軸４の抜け止めワッシャー１５と当該抜け止めワッシャー１５と凹部３ｃの内底部との間に配置されチルトミラー３を回転子１２に向かって常時付勢する弾性部材１４とが回転子軸４の軸端部と共に凹部３ｃ内に収容されて組み付けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光源から照射された光を走査したり反射光を受光したりする多面体ミラー（ポリゴンミラー、チルトミラー等）を回転子とともに回転子軸に組み付けられた光走査装置に関する。

光走査装置としては、正多角柱状のポリゴンミラーを回転子とともに回転子軸に嵌め込まれて組み付けられる。具体的には、固定子ハウジングに回転可能に軸支された回転子軸に回転子ヨークが回転可能に固定されている。回転子ヨークに対してポリゴンミラーは回り止めかつ抜け止めされて組み付けられる。ポリゴンミラーは、変形や歪を避けるため、回転子軸に対して直接固定されることなく回転子ヨークと一体に組み付けられる。しかしながら、回転子軸の軸端に組み付けられるため、回転子ヨークの天板を板状の押さえばねなどの付勢部材を用いてポリゴンミラーを回転子ヨークに向かって軸方向に押さえ込むことで抜け止めして組み付けられる（特許文献１参照）。

特開２０００−３３００６２号公報

特許文献１のような角柱状のポリゴンミラーは、一般に天板部分は平坦な形状であり、天板部分を押さえばねなどの付勢部材を設けられている。このように、回転子軸がポリゴンミラーを貫通してミラーの軸方向端面より突出しているため、軸方向の高さが大きく装置が大型化しやすい。
また、反射面に入反射する走査光の照射範囲が広がると、軸端部に設けられた押さえばねや回転子軸によって走査光が乱反射してミラーの反射面における走査光の反射特性が低下するおそれもあった。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、装置を軸方向に小型化し、走査光の照射範囲が広がっても多面体ミラーの反射特性を維持することができる光走査装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
反射面を有する多面体ミラーがモータの回転子軸の一端側に回転子と共に抜け止めかつ回り止めされて組み付けられ、前記回転子軸は固定子ハウジングに設けられた軸受部によって回転可能に軸支された光走査装置であって、前記多面体ミラーの頂部には前記回転子軸が貫通する凹部が形成されており、当該凹部の直上に組み付けられる前記回転子軸の抜け止め部と当該抜け止め部と前記凹部内底部との間に配置され前記多面体ミラーを前記回転子に向かって常時付勢する弾性部材とが前記回転子軸の軸端部と共に前記凹部内に収容されて組み付けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、多面体ミラーの頂部に形成された凹部の直上に組み付けられる回転子軸の抜け止め部と当該抜け止め部と凹部内底部との間に組み付けられ多面体ミラーを回転子に向かって常時付勢する弾性部材とが回転子軸の軸端部と共に凹部内に収容されて組み付けられているので、装置を軸方向に小型化し、かつ走査光の照射範囲が広がってもこれらが凹部内に収容されているため乱反射することなく、多面体ミラーの反射特性を維持することができる。

前記凹部内底部と前記抜け止め部との間には、ばね部材が嵌め込まれていてもよい。これにより、凹部を貫通する回転子軸にばね部材を同心状に嵌め込んで抜け止めワッシャーを凹部の直上に設けると、ばね部材が押し縮められるのでこの弾発力によりチルトミラーを回転子ヨークに対して押さえ込むことができる。

前記回転子と前記チルトミラーとは凹凸嵌合により回り止めされて組み付けられていることが望ましい。回転子と一体に回転するチルトミラーが相対回転するのを防ぎ、組み付けも容易に行える。

前記チルトミラーに設けられた複数の傾斜反射面は、互いに傾斜角度が異なる反射面であってもよい。この場合には、光量を増やして広範囲に反射光を走査することができる。

上述したように装置を軸方向に小型化し、走査光の照射範囲が広がっても多面体ミラーの反射特性を維持することができる光走査装置を提供することができる。

光走査装置の軸方向断面図である。 図１のＦＧマグネットの平面図及びモータ基板にモータが組み付けられた状態の平面図である。 他例に係る光走査装置の軸方向断面図である。

以下、本発明に係る光走査装置の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。先ず、レーザー照射装置を光源とするレーザー光を反射させて広範囲に照射する光走査装置について説明する。

図１に示すように、光走査装置１は、モータ２に傾斜が異なる反射面３ａを例えば４面有するチルトミラー３（多面体ミラー）がモータ２の回転子軸４の一端側に回転子ヨーク５と共に抜け止めかつ回り止めされて組み付けられている。
先ずモータ２の構造から説明すると、ベースプレート６には軸受ハウジング７が一体に組み付けられている。ベースプレート６上には、回転子磁石９の磁極を検出するホールＩＣ等のモータ基板８が組み付けられている。

筒状の固定子ハウジング７の筒体内部には、第一軸受部１０ａ及び第二軸受部１０ｂが各々組み付けられている。第一軸受部１０ａ及び第二軸受部１０ｂとしては、例えば転がり軸受が用いられる。固定子ハウジング７の外周面には、段付き部７ａが設けられている。この段付き部７ａには、固定子１１が組み付けられている。固定子１１は、固定子コア１１ａがインシュレータにより覆われ各極歯１１ｂにはモータコイル１１ｃが巻かれたものが段付き部７ａに組み付けられる。固定子コア１１ａは、固定子ハウジング７に対して圧入及び接着により組み付けられる。

回転子１２は、回転子軸４が軸受ハウジング７の第一軸受部１０ａ及び第二軸受部１０ｂによって回転可能に軸支されている。筒状の回転子ヨーク５は、回転子ハブ１３に対してかしめられて一体に組み付けられている。回転子ハブ１３の中央部には、回転子ヨーク５側に向かって筒状のスリーブ１３ａが軸方向に起立形成されている。このスリーブ１３ａの筒孔には、回転子軸４が圧入、焼嵌め、接着等により一体に組み付けられている。回転子ハブ１３に形成されたスリーブ１３ａと軸方向反対側には突起部１３ｂ（図２（Ｂ）参照）が突設されている。また、回転子ヨーク５の内周面には回転子磁石９が一体に組み付けられている。回転子磁石９は周方向にＮ極及びＳ極が交互に着磁されており、固定子１１の極歯１１ｂと対向して組み付けられる。

回転子１２には、チルトミラー３が一体に組み付けられる。チルトミラー３は、図１に示すように、傾斜角度が異なる複数（例えば４面）の反射面３ａが形成された角錐台形状をしている。中心部には、回転子軸４を挿入可能な軸孔（貫通孔）３ｂが設けられている。また、チルトミラー３の頂部には凹部３ｃが軸孔３ｂの周囲に形成されている。この凹部３ｃ内には、回転子軸４の一端が挿入されて、押さえばね１４（弾性部材；板ばね）及び抜け止めワッシャー１５（抜け止め部）が各々回転子軸４に組み付けられて、チルトミラー３が回転子軸４に対して抜け止めされている。具体的には、回転子軸４の抜け止めワッシャー１５と当該抜け止めワッシャー１５と凹部３ｃの内底部３ｈとの間に配置された押さえばね１４とが回転子軸４の軸端部４ａと共に凹部３ｃ内に収容されて組み付けられている。

これにより、装置を軸方向に小型化しチルトミラー３の軸方向の組み付けスペースを小さくすることができ、かつ走査光の照射範囲が広がっても抜け止めワッシャー１５、押さえばね１４及び回転子軸４の軸端部４ａが凹部３ｃ内に収容されているため、乱反射することなく、多面体ミラーの反射特性を維持することができる。

チルトミラー３は母材（金属材若しくは樹脂材）に対して金属蒸着、又は研磨等されて反射面３ａが鏡面に仕上げられている。また、チルトミラー３は、モータ２に対向する下面側に、回転子ヨーク５を収納可能な収納凹部３ｄが形成されている。チルトミラー３に頂部に設けられる凹部３ｃは、金属材の場合にはザグリ加工、樹脂材の場合には、モールド成形により形成される。

また、図１に示すチルトミラー３の下面部、即ち反射面３ａが形成された最外周側の下端面外周縁部に沿って環状の周波数発電着磁部（ＦＧマグネット）１６が一体に組み付けられている。また、チルトミラー３のモータ基板８に対向する端面外周縁部に直接ＦＧマグネット１６が一体に設けられている。図２（Ａ）に示すように、ＦＧマグネット１６は、環状の磁性体が周方向にＮ極とＳ極が交互になるように着磁されて形成されている。ＦＧマグネット１６の着磁極数は、回転子磁石９に比べてはるかに多い極数、例えば１２０極に着磁されている。

図２（Ａ）に示すように環状に形成されたＦＧマグネット１６の一部には、径方向外側に突設された位置検出用突起部１６ａ（位置検出用着磁部）が形成されている。この位置検出用突起部１６ａは、チルトミラー３の基準反射面（回転基準面）と周方向位置が対応する位置となるように形成されている。位置検出用突起部１６ａの着磁極はＮ極であってもＳ極であってもいずれでもよい。また、位置検出用突起部１６ａは、図２（Ｂ）に示す回転子ハブ１３に設けられた突起部１３ｂの周方向位置と対応する位置となるように形成されている。尚、ＦＧマグネット１６に設けられる位置検出用突起部１６ａは径方向外側に限らず、径方向内側に位置検出用突起部１６ｂを設けてもよい。

また、図２（Ｂ）示すように、モータ基板８にはＦＧマグネット１６の対向する基板面に、周波数発電パターン（ＦＧパターン）１８が対向配置されている。ＦＧパターン１８は、径方向に放射状となるように形成された複数の発電線素１８ａのパターンと、隣り合う発電線素１８ａ同士を接続するように周方向に形成された複数の連結線素１８ｂのパターンが交互に連続する矩形波状に周回して形成され、一対の引出線１８ｃ，１８ｄからＦＧ信号が出力される。図２（Ａ）に示すＦＧマグネット１６が、モータ基板８に形成されたＦＧパターン１８の上方で回転すると、電磁誘導によって、ＦＧパターン１８の各発電要素１８ａにおいて誘導起電力が誘起され、一対の引出線１８ｃ，１８ｄからＦＧ信号が検出されるようになっている。

また、チルトミラー３の基準反射面は、図２（Ｂ）に示す回転子ハブ１３に設けられた突起部１３ｂの周方向位置と対応する位置となるように形成されている。また、モータ基板８には、位置検出用突起部１６ａに対向してホールＩＣ２１（磁気センサ）が設けられている。ホールＩＣ２１は、チルトミラー３が基準反射面より１回転する度に１回の検出信号を検出し、チルトミラー３の回転数や回転速度を制御するため用いられる。

光走査装置の組み付け作業の一例について説明する。図１において、軸受ハウジング７にベース板６及びモータ基板８を組み付け、固定子１１を組み付け、回転子１２を回転子軸４が軸受ハウジング７の貫通孔に挿入して第一，第二軸受部１０ａ，１０ｂに回転可能に軸支されることでモータ２が組み立てられる。

回転子１２に形成された突起部１３ｂとチルトミラー３の図示しない凹部を重ね合わせることで、チルトミラー３の基準反射面と回転子ハブ１３に設けられた突起部１３ｂの周方向位置が位置合わせされかつチルトミラー３の基準反射面がＦＧマグネット１６の位置検出用突起部１６ａと位置合わせして組み付けられる。

また、チルトミラー３の上面部に形成された凹部３ｃの軸孔３ｂに回転子軸４の一端が挿入されて、押さえばね１４及び抜け止めワッシャー１５が嵌め込まれ、チルトミラー３が回転子軸４に対して抜け止めされて組み付けられる。回転子軸４の他端は、抜け止めワッシャー２０によって、軸受ハウジング７（第二軸受部１０ｂ）に抜け止めされて組み付けられる。

以上説明したように、チルトミラー３の頂部に形成された凹部３ｃの直上に組み付けられる回転子軸４の抜け止めワッシャー１５とチルトミラー３を回転子１２に向かって常時付勢する押さえばね１４とが回転子軸４の軸端部４ａと共に凹部３ｃ内に収容されて組み付けられているので、装置を軸方向に小型化し、かつ走査光の照射範囲が広がってもこれらが凹部３ｃ内に収容されているため乱反射することなく、チルトミラー３の反射特性を維持することができる。

次に、光走査装置の他例について図３を参照して説明する。
図３に示すように、光走査装置１は、モータ２に傾斜が異なる反射面を有するチルトミラー３がモータ２の回転子軸４の一端側に回転子ヨーク５と共に抜け止めかつ回り止めされて組み付けられている。このように傾斜が異なる反射面を有することで、光量を増やして広範囲に反射光を走査することができる。

先ず、モータ２の構造から説明すると、ベースプレート６には固定子ハウジング７が一体に組み付けられている。ベースプレート６上には、回転子磁石９の磁極をホールＩＣ等によって検出するモータ基板８が組み付けられている。
筒状の軸受ハウジング７に組み付けられる固定子１１の構成は前述した実施例と同様であるので、同一番号を付して説明を援用するものとし、回転子１２及びチルトミラー３の構成を中心に説明する。

回転子１２は、回転子軸４が固定子ハウジング７の第一軸受部９ａ及び第二軸受部９ｂによって回転可能に軸支されている。回転子１２は、回転子ハブ１３に対して環状の回転子ヨーク１３がかしめられて一体に組み付けられている。回転子ハブ１３の中央部には、回転子ヨーク１３側に向かって筒状のスリーブ１３ａが軸方向に起立形成されている。このスリーブ１３ａの筒孔には、回転子軸４が圧入、焼嵌め、接着等により一体に組み付けられている。回転子ハブ１３に形成されたスリーブ１３ａと軸方向反対側には突起部１３ｂが突設されている。突起部１３ｂは複数設けられていてもよい。また、回転子ヨーク５の内周面には回転子磁石９が一体に組み付けられている。回転子磁石９は周方向にＮ極及びＳ極が交互に着磁されており、固定子１１の極歯１１ｂと対向して組み付けられる。

回転子１２には、チルトミラー３が一体に組み付けられる。チルトミラー３は、傾斜角度が異なる複数の反射面３ａが形成された角錐台形状をしている。中心部には、回転子軸４を挿入可能な軸孔（貫通孔）３ｂが設けられている。チルトミラー３は母材（金属材若しくは樹脂材）に対して金属蒸着又は研磨等されて反射面３ａが鏡面に仕上げられている。また、チルトミラー３は、モータ２に対向する面に、回転子ヨーク５を収納可能な収納凹部３ｄが形成されている。この収納凹部３ｄの内底部３ｅには、嵌合孔３ｆが設けられている。

固定子１１を固定子ハウジング７に組み付け、回転子１２を回転子軸４が固定子ハウジング７に挿入されて軸支された後で、チルトミラー３が、回転子ヨーク５に重ね合わせるように回転子軸４に軸孔３ｂを挿入して組み付けられる。チルトミラー３は、収納凹部３ｄに回転子ヨーク５が収納され、嵌合孔３ｆに突起部１３ｂが嵌め込まれるように内底部３ｅを回転子ハブ１３と重ね合わせて組み付けられる。突起部１３ｂと嵌合孔３ｆが凹凸嵌合することで、回転子１２と一体に回転するチルトミラー３が相対回転するのを防ぎ、組み付けも容易に行える。

図３に示すように、チルトミラー３の頂部には面取り部３ｇが設けられ、該面取り部３ｇには回転子軸４が貫通する凹部３ｃが形成されている。抜け止めワッシャー１５（抜け止め部）は、回転子軸４が貫通する凹部３ｃ内に組み付けられる。抜け止めワッシャー１５は、回転子軸４に設けられた止め輪（スナップリング、ｅリング）によって軸方向位置が固定されている。

前記凹部３ｃの内底部３ｈと抜け止めワッシャー１５との間には、コイルばね１４（弾性部材）が圧縮されて嵌め込まれている。このコイルばね１４の弾発力によりチルトミラー３を回転子ヨーク５に向かって常時付勢することで軸方向に抜け止めされている。
尚、凹部３ｇには、コイルばね１４に限らず、板バネ、皿ばね、ゴム材等の他の弾性部材であってもよい。

上記構成によっても、チルトミラー３の頂部に形成された凹部３ｃの直上に組み付けられる回転子軸４の抜け止めワッシャー１５とチルトミラー３を回転子１２に向かって常時付勢する押さえばね１４とが回転子軸４の軸端部４ａと共に凹部３ｃ内に収容されて組み付けられているので、装置を軸方向に小型化し、かつ走査光の照射範囲が広がってもこれらが凹部３ｃ内に収容されているため乱反射することなく、チルトミラー３の反射特性を維持することができる。

上述した実施例では多面体ミラーとして反射面が傾斜面となるチルトミラーについて説明したが、傾斜のない多面体ミラーであるポリゴンミラーに適用することも可能である。

１ 光走査装置 ２ モータ ３ チルトミラー ３ａ 反射面 ３ｂ 軸孔 ３ｃ 凹部 ３ｄ 収納凹部 ３ｅ，３ｈ 内底部 ３ｆ 嵌合孔 ３ｇ 面取り部 ３ｇ 凹部 ４ 回転子軸 ４ａ 軸端部 ５ 回転子ヨーク ６ ベースプレート ７ 軸受ハウジング ７ａ 段付き部 ８ モータ基板 ９ 回転子磁石 １０ａ 第一軸受部 １０ｂ 第二軸受部 １１ 固定子 １１ａ 固定子コア １１ｂ 極歯 １１ｃ モータコイル １２ 回転子 １３ 回転子ハブ １３ａ スリーブ １３ｂ 突起部 １４ 押さえばね １５，２０ 抜け止めワッシャー １６ ＦＧマグネット １６ａ，１６ｂ 位置検出用突起部 １７ バックヨーク １８ ＦＧパターン １８ａ 発電線素 １８ｂ 連結線素 １８ｃ，１８ｄ 引出し線

Claims (4)

1. 反射面を有する多面体ミラーがモータの回転子軸の一端側に回転子と共に抜け止めかつ回り止めされて組み付けられ、前記回転子軸は固定子ハウジングに設けられた軸受部によって回転可能に軸支された光走査装置であって、
   前記多面体ミラーの頂部には前記回転子軸が貫通する凹部が形成されており、当該凹部の直上に組み付けられる前記回転子軸の抜け止め部と当該抜け止め部と前記凹部内底部との間に配置され前記多面体ミラーを前記回転子に向かって常時付勢する弾性部材とが前記回転子軸の軸端部と共に前記凹部内に収容されて組み付けられていることを特徴とする光走査装置。
2. 前記凹部内底部と前記抜け止め部との間には、ばね部材が嵌め込まれている請求項１又は請求項２記載の光走査装置。
3. 前記回転子と前記多面体ミラーとは凹凸嵌合により回り止めされて組み付けられている請求項１乃至請求項３記載の光走査装置。
4. チルトミラーに設けられた複数の傾斜反射面は、互いに傾斜角度が異なる反射面である請求項１乃至請求項３記載の光走査装置。