JP3659519B2 - Resonant oscillation motor for optical deflection - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ファクシミリ、複写機、プリンター等の記録媒体への書き込みやペンスキャナー、バーコード等の読み取りに用いる走査光学装置等に有用な防振性に優れた高精度の位置決め機能を有する光偏向用の共振型の揺動モーターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9に従来の走査光学装置の例(特開昭61−97621号公報参照)を示す。図9では、発生する振動が光学定盤131に伝達するのを防止するために板バネ130を使用し、光学定盤131に固定された基板132に板バネ130aを介して補助板133が取り付けられるとともに、補助板133と架台134とを板バネ130bを介して取り付け、さらに架台134に保持部材135が立設されている。また、保持部材135に回転多面鏡70を回転自在に支持するための支持軸136が設けられている。この構成により、回転多面鏡70の振動が光学定盤131を介して図示されない光学系に伝達するのが防止される。
【0003】
図10に従来の走査光学装置の他の例(実開平3−114854号公報参照)を示す。図10において、ポリゴンスキャナモータ140を駆動することによりポリゴンミラー113が回転し、図示されないレーザーユニットから発せられるレーザー光がポリゴンミラー113、フォーカスレンズ150,160、折返しミラー170,180を通って感光体90上を走査してデータの書き込みが行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図9では、固有振動数(共振周波数ともいう。)を考慮した板バネの選択が煩雑になることや装置が大型化する等の問題がある。
さらに、図10では、ポリゴンスキャナモータ140の回転時に同モータのロータの不釣合により振動が発生し、この振動がフランジ部114aを通して光学ハウジング110に伝達されてしまい、折返しミラー170,180に悪影響を与え、記録画像に乱れを発生する、といった問題がある。このため、前記の光学ハウジングとポリゴンスキャナモータのフランジ部との間にゴム等の防振部材を介装したり、前記スキャナモータを前記ハウジングに取付ける取付け部材に段差を設ける等の防振対策が必要となり、装置構成の複雑化、大型化の問題を併有する。
【0005】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、優れた防振性を有することによって高精度の位置決めに適するとともに、少消費電力型であり、さらに小型化が可能でかつ安価な光偏向用の共振型の揺動モーターを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光偏向用共振型揺動モーターは、磁気空隙を形成する永久磁石およびヨークが配設されたバランサーと、前記磁気空隙内に配置される磁界発生用のコイルが固着されておりかつ光偏向用部材を構成した動作物と、サポートベースとを具備するとともに、前記の動作物とバランサーとが共振可能にサポートベースに接続されている、という技術的手段を採用した。
また本発明の光偏向用共振型揺動モーターでは、磁気空隙を形成する永久磁石およびヨークが配設されておりかつ光偏向用部材を構成した動作物と、前記磁気空隙内に配置される磁界発生用のコイルが固着されたバランサーと、サポートベースとを具備するとともに、前記の動作物とバランサーとが共振可能にサポートベースに接続されている、という技術的手段を採用した。
【0007】
本発明では、前記の動作物とサポートベースとの間およびバランサーとサポートベースとの間が各々バネで接続されていることが好ましい。
また、バネが板バネであることが好ましい。
また、ヨークが強磁性のE字形ヨークからなるとともに、永久磁石がE字形ヨークの両端部の突起の内側面に固着され、かつ前記の永久磁石とE字形ヨークの中央部の突起とを対向させて磁気空隙を形成させることが好ましい。
また、バネが板バネであって、ヨークが強磁性のE字形ヨークからなるとともに、永久磁石がE字形ヨークの両端部の突起の内側面に固着され、かつ前記の永久磁石とE字形ヨークの中央部の突起とを対向させて磁気空隙を形成させることが好ましい。
また、本発明の光偏向用共振型揺動モーター(以後、共振型揺動モーターという。)は振動開始から共振到達までの遷移時間が1.0(sec.)以下であることを特徴としている。
【0008】
本発明は、いわゆる揺動型アクチュエータの駆動系にバネ(好ましくは板バネ)を組み合わせた独特の振動系からなる揺動モーターにおいて、共振振動を採用する事によって、振動の振幅および周波数を制御するとともにサポートベースへの振動伝達を抑制し、高精度の位置決め機能を付与することができる。
本発明の共振型揺動モーターの特徴は(1)共振振動系のため、高精度の位置決め機能が付与される動作物および/またはバランサーの振動の振幅量を、動作物およびバランサーの各々の質量と両者に接続されるバネのバネ定数とによって調整できるとともに、サポートベースへの振動伝達が非常に小さく抑制される。したがって、サポートベースおよびサポートベースに接続される部材(動作物とバランサーとを除く。)が優れた防振性を示し、高精度の位置決めが可能となる。(2)振動開始から共振に至る遷移時間を1.0(sec.)以下とすることができ、立上がり性が飛躍的に向上する。このために、キッカー電流を入力する。(3)共振振動の減衰分のエネルギー供給方式として減衰補充電流を周期的に供給する、という少消費電力型のエネルギー供給方式を採用している。
なお、前記のキッカー電流と減衰補充電流とは少消費電力とするために、片波電流で duty time の短縮された形で入力される。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の共振型揺動モーターを説明する。
図1(a)は本発明の共振型揺動モーターを走査光学装置に用いた一実施例を示す要部断面図である。
同図において、動作物1は図示されない光源から出射される光ビームを偏向走査するミラー7(例えば、公知のガラス体の表面にAlが蒸着され、反射率92%、吸収波長650nmに設定されている。寸法は30mm×20mm×1.0mmの板状に形成されている。)と、ミラー7に固着された略環状形のコイル8とを具備して構成される。2はバランサーであり、E字形の強磁性ヨーク12(例えば、SS400製。)と永久磁石10,10(例えば、日立金属(株)製Nd−Fe−B系異方性焼結磁石:HS37BHであり、表面にNiメッキ等の耐酸化皮膜を有する。)とウェイト14(例えば、A5052P製。)とを具備する。ここで、E字形の強磁性ヨーク12の両端部に形成された突起12aおよび12cの各々の内側面には図示の磁極N,Sが付与された永久磁石10,10がエポキシ系接着剤(例えば、アラルダイトAV138等。)を用いて固着され、この固着された永久磁石10,10とE字形の強磁性ヨーク12の中央の突起12bとが対向して磁気空隙6,6を形成するように配置されている。さらに、強磁性ヨーク12の突起のない側にはバランサー2全体の質量すなわち重量を調整するためのウェイト14が配設されている。3はサポートベース(例えば、ポリカーボネート製。)である。サポートベース3と動作物1とは板バネ4を介して接続されている。また、サポートベース3とバランサー2とは板バネ5を介して接続されている。ここで、サポートベース3は板バネ4,5を介して各々動作物1とバランサー2とを支持する固定部分であるとともに、例えば、図示されない光学走査装置の光学ハウジングの一部を構成する部分であって非常に厳しい防振性が付与されている。板バネ4,5は断面形状が矩型状であり、かつ長さ方向の形状が略直線状に形成されている。そして、板バネ4,5の作用効果は渦巻きバネ(らせんバネ)とほぼ同一であり、本発明の共振型揺動モーターの共振を円滑に維持することを可能とする。上記の構成によって、動作物1とバランサー2とサポートベース3と板バネ4,5とを具備する本発明の共振型揺動モーター50が構成される。
そして、この共振型揺動モーター50の静止時には、動作物1とサポートベース3とが板バネ4との支点4a、4bによって支持されるとともに、バランサー2とサポートベース3とが板バネ5との支点5a、5bによって支持される結果、動作物1とバランサー2とが間隔13をあけて静止するように構成される。なお、図1(a)は動作物1側を光ビームの偏向部材として利用した例である。
また、図1(a)において、サポートベース3を図示されない光学ハウジング等の非常に厳しい防振性を要求される部分に公知のネジ留め等の固定手段を用いて締結することもできる。
【0010】
次に、図1(b)に、動作物1とバランサー2の静止および共振状態における各々の相対位置の一例を概念的に示す。図1(b)において、図1(a)と同一参照符号のものは図1(a)と同一の構成部分を表わす。
図1(b)において、図示省略のコイル8に後述の共振のための駆動電流が供給されると、コイル8の磁界と図示省略の永久磁石10,10の磁界との相互作用によって、動作物1とバランサー2との間に大きさが等しく反対方向の駆動力(F)が発生する。この駆動力Fによって、動作物1とバランサー2とが4a,4bおよび5a,5bを支点として各々振動を開始し、極めて短時間(1sec以下)の間に、動作物1とバランサー2とはある時点では動作物1’とバランサー2’に位置し、また別の時点では動作物1''とバランサー2''に位置するというように、各々の振幅を有する共振状態に到達し、以後、後述する共振減衰分のエネルギーが供給されながら、この共振状態に保持されるのである。ここで、動作物1およびバランサー2からサポートベース3に伝達される振動は非常に小さく、したがって、動作物1およびバランサー2以外のサポートベース3に接続される部材を介して、またはサポートベース3に直接接続される光ビームの書き込みや読み取りに関係する部分への振動伝達が防止されて、光ビームの偏向を高精度に行うことができる。
【0011】
本発明の共振型揺動モーター50は、図1に示すように、2個のバネ4,5で接続された共振振動系であるので、動作物1側およびバランサー2側の共振周波数(fo)は、fo=(1/2π)×(√Kd/√md)=(1/2π)×(√Kb/√mb)で表わされる。ここで、(Kd)は板バネ4のバネ定数、(md)は動作物1の質量、(K b )は板バネ5のバネ定数、(mb)はバランサー2の質量である。したがって、動作物1とバランサー2とが振動周波数foで共振する場合、Kd/md=Kb/mbが成立する。さらに、共振状態において、動作物1の振幅(wd)はwd=(F/md)×(1/2πfo)2で与えられ、バランサー2の振幅(wb)はwb=(F/mb)×(1/2πfo)2で与えられる。ここで、前述した通り、駆動力Fの大きさは動作物1とバランサー2との間で等しい(なお、Fの向きは両者間で反対に作用する)ので、
(wd/wb)=(1/md)/(1/mb)=(mb/md)となる。
このように、本発明の共振型揺動モーター50においては、共振周波数foおよび共振の振幅比(wd/wb)を、板バネ4,5のばね定数と、動作物1およびバランサー2における質量(すなわち重量)とで調整できるという優れた特徴を有する。
そして、Kd/Kb=md/mb<1となるように構成すると、
(wd/wb)=(mb/md)>1となり、動作物1がバランサー2に対して軟振動系となり、動作物1の振幅をバランサー2に対して大に構成することができる。実用性の点から、Kd/Kb=md/mb=0.01〜0.80とすると特に好ましい。
また、Kd/Kb=md/mb>1となるように構成すると、
(wd/wb)=(mb/md)<1となり、動作物1に対してバランサー2が軟振動系となり、バランサー2の振幅を動作物1に対して大に構成することができる。実用性の点から、Kd/Kb=md/mb=1.25〜100とすると特に好ましい。また、Kd/Kb=md/mb=1となるように構成することも自在である。
【0012】
次に、図1(b)において、入射された光ビーム9が共振状態の動作物1のミラー7a部分で偏向され(同図において、入射角θ1’(θ1'')=反射角θ2’(θ2'')である。)、偏向ビーム11’(11'')となる。
【0013】
次に、本発明の共振型揺動モーター50において、共振周波数を50.0±0.1(Hz)とした場合の板バネ4の寸法、重量の一例を表1に、板バネ5の寸法、重量の一例を表2に示す。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
本発明の共振型揺動モーター50の共振周波数を50.0±0.1(Hz)に調整するために、室温におけるヤング率が10,000〜25,000kgf/mm2の範囲にある素材(例えば、SUS304CP等。)を用いて表1および表2の仕様の板バネ4,5を製作し、本発明の共振型揺動モーター50に用いた。
【0017】
本発明の共振型揺動モーターに用いるバネとしては公知のバネを使用できる。具体例としては、例えば、円筒型圧縮コイルバネ、非円筒型圧縮コイルバネ、円筒型引張コイルバネ、ネジリコイルバネ、偏平波形コイルバネ、ガータスプリング、ヨリ線バネ等のコイルバネ;接触形渦巻きバネ、非接触形渦巻きバネ等の渦巻きバネ;等ピッチ角形、不等ピッチ角形等の竹ノ子バネ;単一板バネ、重ね板バネ等の板バネ、円すいサラバネ、円板サラバネ等のサラバネ;輪バネ;トーションバー等の金属バネが挙げられる。また、圧縮形、せん断形、圧縮せん断形、ねじり形等のゴムバネ等が挙げられる。また、圧縮空気等を利用する空気バネ等が挙げられる。これらのうち、バネ定数の設定の容易な金属バネが好ましく、バネ定数の設定の非常に容易な板バネが特に好ましい。この板バネの断面形状は正方形、矩形、円形、台形、平行四辺形、H型、不定形状の何れでもよい。
そして、上記金属バネは、炭素鋼、Mn鋼、Si−Mn鋼、Mn−Cr鋼、Mn−Cr−B鋼、SiーCr鋼、Cr−V鋼、ステンレス鋼等のバネ鋼、およびりん青銅等のCu−Sn−P合金、および洋白等のCu−Ni−Zn合金、およびベリリウム銅等のCu−Be、Cu−Be−Co合金等の公知素材から適宜選択して形成できる。
また、上記バネの断面形状は正方形、矩形、円形、台形、平行四辺形、H型、不定形状の何れでもよい。
【0018】
本発明の共振型揺動モーターに用いるヨークは、公知の強磁性および/または非磁性素材から形成できるが、永久磁石から発生した磁束の磁路となりかつ磁気空隙形成に有効に寄与する公知の強磁性材料を用いることが好ましい。具体例を挙げれば、純鉄、軟鉄、炭素鋼、フェライト系やマルテンサイト系の磁性ステンレス鋼等、および鋳鉄や鋳鋼等の鉄系鋳物、およびMn−Znフェライト等の公知のソフトフェライト、およびパーマロイ等のFe−Ni合金、コバールなどのFe−Ni−Co合金、およびこれら強磁性材料の微粉末と高分子化合物とを主体として構成されるいわゆる樹脂接着型の軟質磁性材料等を使用できる。
これらのうち、安価で高透磁率の炭素鋼が特に好ましい。さらに、ラミネート構造のヨークを用いてもよい。
【0019】
本発明の共振型揺動モーターに用いる永久磁石としては、公知の製造方法(例えば焼結法、鋳造法、熱間圧延法、超急冷法、ボンド磁石法等)によるものを使用できる。そして、永久磁石としてその基本組成を表す一般式がR−Fe−B系およびSm−Co5系、Sm2ーCo17系、Sm−Fe−N系(RはYを含むNd,Dy等の希土類元素のうちの1種または2種以上であり、必要に応じてCo、Al、Nb、Ga、Fe、Cu、Zr、Ti、Hf、Ni、Si等の磁気特性に有効な公知の添加元素の1種または2種以上およびO、C、H、N等の不可避不純物元素を含有できる。)等で表される希土類磁石およびフェライト磁石、アルニコ磁石、Mn−Al−C系磁石、Fe−Cr−Co系磁石等の公知の永久磁石材料を用いて製作できる。
【0020】
図2は本発明の共振型揺動モーター50における動作物1の振幅、振動周波数等の測定手段の一実施例を概念的に説明する図である。図2において、図1(b)と同一参照符号のものは図1(b)と同一の構成部分である。動作物1は4a、4bを支点として、所定の共振角度θ(例えば、θ=20°)間すなわち振幅19間を50.0±0.1(Hz)の共振周波数で往復運動する。この往復運動は、振幅19の中立点17に対して略対称形(θ/2)になっている。そして、動作物1のミラー7a側における支点4a側から20mmの位置Aにレーザービーム16を照射して、反射されたレーザービーム16を図示されない公知のレーザービーム測長器により検出して振幅、振動周波数等の測定を行う。
ここで、共振角度θ=0.1〜179゜を形成できるが、実用性の点からθ=7〜20゜とするのが好ましい。また、振幅19は設計条件等を考慮して適宜決定できるが、上記図1および図2においては、動作物1の振幅をバランサー2の振幅の4〜5倍になるように板バネ4,5のバネ定数および動作物1とバランサー2の各質量(すなわち各重量)を設定している。すなわち、動作物1側がバランサー2側に対して軟振動系となり、動作物1の(振幅/入力電力)比がバランサー2の(振幅/入力電力)比に対して4〜5倍という大きさに設定されている。なお、図1の実施例では共振周波数を50.0±0.1(Hz)に設定したが、本発明の共振型揺動モーターにおける固有振動数を考慮すると、共振周波数を1(Hz)〜50(KHz)に設定するのが好ましく、実用性の点から10〜1000(Hz)にするのが特に好ましい。
【0021】
図3は、本発明の共振型揺動モーターにおいて、磁界発生用のコイル(例えば、図1ではコイル8に相当する。)に供給する駆動電流の波形パターンの一実施例を概念的に説明する図である。
図3において、キッカー電流20は120(mA),10(msec.)の1パルスの略矩形波電流であり、共振型揺動モーターの振動開始時に印加される。減衰補充電流21は60(mA),1〜2(msec.)の多パルスの略矩形波電流であって印加周期22で繰り返し印加される。この印加周期22は共振周波数に等しく設定され、例えば図1では20(msec.)すなわち共振周波数の50(Hz)に設定されている。また、キッカー電流20と第1番目の減衰補充電流21との間の休止時間は15(msec.)に設定されている。
キッカー電流20は、1〜10,000(mA),0.1〜250(msec.)が実用性の点から好ましいが、10〜500(mA),5〜50(msec.)とすると共振の立上がり性および低消費電力の点から特に好ましい。
また、減衰補充電流21は1〜10,000(mA),0.02〜1000(msec)が実用性の点から好ましいが、共振型揺動モーターの固有振動数との整合性および共振の減衰分の供給エネルギーを低消費電力とする点から10〜500(mA),1〜200(msec.)が特に好ましい。
【0022】
図4は本発明の共振型揺動モーター50において、コイル8に通電する駆動電流の制御回路の一実施例を示す図である。
図4では、標準電源として直流電源5(V)を用いている。そして、ポート1に、例えば、120(mA),10(msec.)のキッカー電流20に相当する電圧信号が入力されて、トランジスタQ1がオンされる。15msec経過後、次に、ポート2に、例えば、60(mA),2(msec.)の減衰補充電流21に相当する電圧信号が入力されて、トランジスタQ2がオンされる。そして、同時にコイル8から発生する逆起電圧VM(逆起電流IM)はダイオード30により抑制される。このようにして、コイル8に流れる駆動電流が制御されるのである。なお、R1は抵抗を示し、トランジスタQ1およびQ2の一端は接地されている。
【0023】
図5は本発明の共振型揺動モーター50における動作物1の振動開始から共振に至る振動遷移領域を説明する図であり、縦軸にコイル8の駆動電流(mA)および動作物1の振幅(mm)をとり、横軸に時間(msec.)をとっている。図5の振幅曲線19において、点Oは動作物1の振動開始点を、点Pは振幅の第1周期の第1ピークを、点Qは振幅の第1周期の第2ピークを、点R、S、Tは各々振幅の第2周期〜第4周期の開始点を示す。このように、図3で説明したキッカー電流20および減衰補充電流21が印加されて、動作物1が振幅曲線19の振幅挙動を示し、所定の振幅と振動周波数とを有する共振に至るのである。ここで、キッカー電流20の印加は振幅曲線19の第1周期の第1ピーク点Pまでに完了させることが極めて重要である。仮に、キッカー電流20の印加が第1ピーク点Pを越えて行なわれた場合、キッカー電流20により共振型揺動モーター50に供給されるエネルギーが振幅曲線19の位相に対して不整合となるため、共振の立上がり性を悪化させる。すなわち、振動開始から共振に至る所用時間が長くなり好ましくない。
また、上述した通り、振幅の第1周期における第2ピーク点Q以降の時期に第1番目の減衰補充電流21を印加するとともに、振幅の第2周期以降は第1番目の減衰補充電流21に対して共振周期22(例えば50(Hz))の間隔で第2番目以降の減衰補充電流21を供給することによって極めて短時間(1sec以下)のうちに共振に至ることができる。
そして、上述のキッカー電流20および減衰補充電流21の供給によって、本発明の共振型揺動モーター50の平均消費電力を3(mW)以下にでき、少消費電力化が達成された。
【0024】
図6は本発明の共振型揺動モーター50における動作物1の良好な共振の立上がり性の一実施例を示す図であり、縦軸に動作物1の振幅(mm)、横軸に時間(msec.)を各々とっている。
図6において、23が振動開始から共振に至る遷移領域、24が共振領域である。図6より、遷移領域23の所要時間が約0.5(sec.)に設定されていることがわかる。なお、上述のキッカー電流20を印加しない場合は、図6における遷移領域23が約5(sec.)に悪化し、共振の立上がり性が著しく阻害されることが確認された。
【0025】
図7に、ミラー7と強磁性ヨーク12と永久磁石10,10とを具備する動作物1と、ウェイト14とコイル8とを具備するバランサー2と、サポートベース3と、板バネ4,5とで構成される揺動モーター60の一例を示す。図7において、図1(a)と同一参照符号のものは図1(a)と同一の構成部分を表す。
図7の揺動モーター60の共振周波数を50.0±0.1(Hz)とし、さらに、図1の揺動モーター50の場合と同様に動作物1の振幅をバランサー2の振幅の4〜5倍になるように設定することによって、動作物1側がバランサー2側に対して軟振動系となり、したがって動作物1の(振幅/入力電力)比をバランサー2に対して大に構成することができ、図1(a)の揺動モーター50と同様の作用効果を奏することが確認された。
【0026】
図8に、本発明の共振型揺動モーターを電動ひげそりに用いた参考例を示す。図8において、図1(a)と同一参照符号のものは図1(a)と同一の構成部分を表す。
図8において、動作物1とバランサー2とは共振周波数200(Hz)に設定され、かつ動作物1およびバランサー2の振幅が等しくすなわち共振角度θが等しく、例えばθ=15゜に設定されている。また、サポートベース3は板バネ4,5を介して各々動作物1およびバランサー2を支持する防振性の固定部分であるとともに、例えば、図8の電動ひげそりにおける図示されない把持部分の一部を構成する。そして、サポートベース3の両端部に立設されたフレーム26,26(例えば、ガラス入りポリカボネート製。)の先端部に安全カバー27(例えば、SUS304製。)が設けられ、この安全カバー27には例えばひげ等の毛が侵入するための微小孔が多数形成されるとともに、顔面等に安全カバー27の27a側を押圧すると前記微小孔から侵入したひげが動作物1およびバランサー2の先端部に各々設けられた刃25,25によって切断されるのである。このように本発明の共振型揺動モーターの構成を電動ひげそり等に使用することができる。なお、図8では、より強力な磁気空隙6,6を形成するために、永久磁石10,10の異なる磁極同志を対向配置させている。
【0027】
上記実施例においては、板バネ2個と、1個のコイルと、2個または4個の永久磁石と、1個のウェイトとからなる共振振動系を記載したが、これらの数は限定されるものではなく、これらのより多数を用いて本発明の共振型揺動モーターを構成することができる。
さらに、動作物、バランサー、サポートベース等の形状および個数も本発明の範囲内において、限定されるものではない。
また、バネ(好ましくは板バネ)の寸法、形状等を適宜選択することによって、小型から大型までの共振型揺動モーターをフレキシブルに製作できる。
また、上記実施例では、バランサー側を単独で位置決めに利用することを記載していないが、バランサー側を単独で利用でき得ることは本発明の記載から明らかである。
【0028】
【発明の効果】
本発明の共振型揺動モーターは共振を利用しているため、動作物とバランサーとの共振によって振動をバランスでき、したがって、サポートベースへの振動伝達を抑制できるという優れた防振機能を有する。このため、光ビーム偏向装置等の高精度の位置決め機能を要する装置に極めて有用のものである。また、動作物をバランサーに対して軟振動系に設定できるので、動作物の(振幅量/入力電力)の比率を大きくとれるという効果を奏する。また、バランサーを動作物に対して軟振動系に設定することも可能で、バランサーの(振幅量/入力電力)の比率を大きくとれるという効果を奏することもできる。また、動作物とバランサーの振幅を等しく設定して、両者を共振させて利用することも自在である。
また、本発明のエネルギー供給方式とすれば、共振の立上がり性が大幅に改善されるとともに、共振の減衰分のエネルギーを補うだけの少消費電力方式とすることができる。
さらに、寸法対応性に富み、かつ簡略な構成であるため、低価格化が図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の共振型揺動モーターの一実施例における要部断面図(a)および共振状態を説明する図(b)である。
【図2】 本発明の共振型揺動モーターにおける動作物の振幅、振動周波数等の測定手段の一実施例を説明する図である。
【図3】 本発明の共振型揺動モーターにおいて、印加するキッカー電流および減衰補充電流の波形パターンの一実施例を示す図である。
【図4】 本発明の共振型揺動モーターにおける制御回路の一実施例を示す図で
ある。
【図5】 本発明の共振型揺動モーターにおける振動開始から共振に至る遷移領域の一実施例を示す図である。
【図6】 本発明の共振型揺動モーターにおける共振の立上がり性の一実施例を示す図である。
【図7】 本発明の共振型揺動モーターの他の実施例を示す要部断面図である。
【図8】 参考例を示す要部断面図である。
【図9】 従来の位置決め装置を説明する図である。
【図10】 従来の位置決め装置を説明する図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is used for, for example, writing on a recording medium such as a facsimile, a copying machine, and a printer, and reading a pen scanner, a barcode, and the like.Scanning optical deviceIt has a high-precision positioning function with excellent vibration isolation useful forFor light deflectionThe present invention relates to a resonance type oscillating motor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 shows an example of a conventional scanning optical apparatus (see Japanese Patent Laid-Open No. 61-97621). In FIG. 9, a
[0003]
FIG. 10 shows another example of a conventional scanning optical device (see Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-114854). In FIG. 10, the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in FIG. 9, there are problems such as complicated selection of a leaf spring in consideration of the natural frequency (also referred to as resonance frequency) and an increase in the size of the apparatus.
Further, in FIG. 10, when the
[0005]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems and is suitable for high-accuracy positioning by having an excellent vibration-proof property, and is a low power consumption type, which can be further downsized and inexpensive.For light deflectionAn object of the present invention is to provide a resonance type swing motor.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present inventionResonant oscillation motor for optical deflectionA balancer in which a permanent magnet and a yoke that form a magnetic air gap are disposed, and a magnetic field generating coil disposed in the magnetic air gap are fixed.A light deflection memberAnd the operation base and the balancer are connected to the support base so as to be able to resonate.HaveThe technical means was adopted.
AlsoOf the present inventionResonant oscillation motor for optical deflectionThe permanent magnet and yoke that form the magnetic air gap are disposed.A light deflection memberThe operation object, a balancer to which a coil for generating a magnetic field disposed in the magnetic gap is fixed, and a support base, and the operation object and the balancer are connected to the support base so as to be able to resonate.HaveThe technical means was adopted.
[0007]
In the present invention, the operation object and the support base and the balancer and the support base are respectively connected by springs.HaveIt is preferable.
The spring is preferably a leaf spring.
The yoke is made of a ferromagnetic E-shaped yoke, and the permanent magnets are fixed to the inner surfaces of the protrusions at both ends of the E-shaped yoke, and the permanent magnet and the protrusion at the center of the E-shaped yoke are opposed to each other. It is preferable to form a magnetic gap.
The spring is a leaf spring, the yoke is made of a ferromagnetic E-shaped yoke, the permanent magnets are fixed to the inner surfaces of the protrusions at both ends of the E-shaped yoke, and the permanent magnet and the E-shaped yoke It is preferable to form a magnetic gap by facing the central projection.
In addition, the present inventionFor light deflectionResonant swing motor(Hereafter referred to as a resonance type oscillating motor)Is characterized in that the transition time from the start of vibration to the arrival of resonance is 1.0 (sec.) Or less.
[0008]
The present invention controls the amplitude and frequency of vibration by adopting resonance vibration in a swing motor composed of a unique vibration system in which a spring (preferably a leaf spring) is combined with a drive system of a so-called swing type actuator. At the same time, vibration transmission to the support base can be suppressed, and a highly accurate positioning function can be provided.
The feature of the resonance type swing motor of the present invention is(1)Because of the resonant vibration system, the amplitude of the vibration of the moving object and / or balancer to which a highly accurate positioning function is provided can be adjusted by the mass of each of the moving object and the balancer and the spring constant of the spring connected to both. At the same time, vibration transmission to the support base is suppressed to a very small level. Therefore, the support base and the members connected to the support base (excluding the operation object and the balancer) exhibit excellent vibration isolation, and high-accuracy positioning is possible.(2)The transition time from the start of vibration to resonance can be made 1.0 (sec.) Or less, and the rise performance is dramatically improved. For this purpose, a kicker current is input.(3)A low power consumption type energy supply method of periodically supplying a damping supplemental current is adopted as an energy supply method for the attenuation of resonance vibration.
The kicker current and the attenuation replenishment current are input as a one-wave current with a reduced duty time in order to reduce power consumption.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the resonance type oscillating motor of the present invention will be described with reference to the drawings.
Figure1 (a) is a cross-sectional view of an essential part showing an embodiment in which a resonance type swing motor of the present invention is used in a scanning optical device.
In the figure, an
When the
Further, in FIG. 1A, the
[0010]
Next, FIG. 1B conceptually shows an example of the relative positions of the
In FIG. 1B,Not shownWhen a drive current for resonance described later is supplied to the
[0011]
Since the resonance
(Wd/ Wb) = (1 / md) / (1 / mb) = (Mb/ Md)
Thus, in the resonance
And Kd/ Kb= Md/ MbIf configured to be <1,
(Wd/ Wb) = (Mb/ Md)> 1, and the moving
Kd/ Kb= Md/ MbIf configured to be> 1,
(Wd/ Wb) = (Mb/ Md) <1, the
[0012]
Next, in FIG. 1B, the incident light beam 9 is deflected by the
[0013]
Next, in the resonance
[0014]
[Table 1]
[0015]
[Table 2]
[0016]
In order to adjust the resonance frequency of the
[0017]
A known spring can be used as the spring used in the resonance type oscillating motor of the present invention..Specific examples include, for example, cylindrical compression coil springs, non-cylindrical compression coil springs, cylindrical tension coil springs, torsion coil springs, flat wave coil springs, garter springs, twisted wire springs, and other coil springs; contact spiral springs, non-contact spiral springs Spiral springs such as: Equal-pitch square, non-equal-pitch rectangular bamboo springs, etc .: Single leaf springs, leaf springs such as stacked leaf springs, flat springs such as conical springs, disc flat springs, ring springs, torsion bars, etc. An example is a metal spring. Moreover, the rubber spring etc. of a compression type, a shear type, a compression shear type, a torsion type etc. are mentioned. Moreover, the air spring etc. which utilize compressed air etc. are mentioned. theseUThat is, a metal spring that can easily set a spring constant is preferable, and a leaf spring that can set a spring constant very easily is particularly preferable. The cross-sectional shape of the leaf spring may be any of square, rectangle, circle, trapezoid, parallelogram, H shape, and indefinite shape.
And the metal springIs, Carbon steel, Mn steel, Si—Mn steel, Mn—Cr steel, Mn—Cr—B steel, Si—Cr steel, Cr—V steel, spring steel such as stainless steel, and Cu—Sn— such as phosphor bronze It can be formed by appropriately selecting from known materials such as P alloys, Cu—Ni—Zn alloys such as Western white, Cu—Be, Cu—Be—Co alloys such as beryllium copper, and the like.
The cross-sectional shape of the spring may be any of square, rectangle, circle, trapezoid, parallelogram, H shape, and indefinite shape.
[0018]
The yoke used for the resonance type oscillating motor of the present invention can be formed of a known ferromagnetic and / or nonmagnetic material, but it is a known strong magnetic field that forms a magnetic path of a magnetic flux generated from a permanent magnet and contributes effectively to the formation of a magnetic gap. It is preferable to use a magnetic material. Specific examples include pure iron, soft iron, carbon steel, ferritic and martensitic magnetic stainless steel, and iron-based castings such as cast iron and cast steel, and known soft ferrites such as Mn-Zn ferrite, and permalloy. Fe-Ni-Co alloys such as Kovar, Fe-Ni-Co alloys such as Kovar, and so-called resin-bonded soft magnetic materials composed mainly of fine powders of these ferromagnetic materials and polymer compounds can be used.
Of these, inexpensive and high permeability carbon steel is particularly preferred. Further, a laminated yoke may be used.
[0019]
As the permanent magnet used for the resonance type oscillating motor of the present invention, a permanent magnet using a known manufacturing method (for example, a sintering method, a casting method, a hot rolling method, a super rapid cooling method, a bonded magnet method, etc.) can be used. And the general formula showing the basic composition as a permanent magnet is R-Fe-B system and Sm-Co.FiveSeries, Sm2-Co17Sm—Fe—N system (R is one or more of rare earth elements such as Nd and Dy including Y, and Co, Al, Nb, Ga, Fe, Cu, Zr as required) , Ti, Hf, Ni, Si, and the like, which can contain one or more known additive elements effective for magnetic properties, and inevitable impurity elements such as O, C, H, N, etc.) It can be manufactured using known permanent magnet materials such as magnets, ferrite magnets, alnico magnets, Mn—Al—C magnets, and Fe—Cr—Co magnets.
[0020]
FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating an embodiment of a measuring means for measuring the amplitude, vibration frequency, etc. of the
Here, although the resonance angle θ = 0.1 to 179 ° can be formed, it is preferable to set θ = 7 to 20 ° from the viewpoint of practicality. The
[0021]
FIG. 3 conceptually illustrates an example of a waveform pattern of a drive current supplied to a magnetic field generating coil (for example, corresponding to the
In FIG. 3, a kicker current 20 is a one-pulse substantially rectangular wave current of 120 (mA) and 10 (msec.), And is applied at the start of vibration of the resonance type oscillation motor. The attenuation replenishment current 21 is a multi-pulse substantially rectangular wave current of 60 (mA), 1 to 2 (msec.), And is repeatedly applied at the
The kicker current 20 is preferably 1 to 10,000 (mA) and 0.1 to 250 (msec.) From the viewpoint of practicality, but if it is 10 to 500 (mA) and 5 to 50 (msec.), Resonance of This is particularly preferable from the standpoint of start-up and low power consumption.
The damping supplementary current 21 is preferably 1 to 10,000 (mA) and 0.02 to 1000 (msec) from the viewpoint of practicality. However, consistency with the natural frequency of the resonant oscillation motor and attenuation of resonance are preferred. 10 to 500 (mA) and 1 to 200 (msec.) Are particularly preferable from the viewpoint of reducing the energy consumption of the minute.
[0022]
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a control circuit for a drive current supplied to the
In FIG. 4, a DC power supply 5 (V) is used as a standard power supply. Then, for example, a voltage signal corresponding to a
[0023]
FIG. 5 is a diagram for explaining a vibration transition region from the start of vibration of the
In addition, as described above, the first attenuation supplement current 21 is applied at the time after the second peak point Q in the first period of amplitude, and the first attenuation supplement current 21 is applied after the second period of amplitude. On the other hand, by supplying the second and subsequent attenuation
By supplying the kicker current 20 and the attenuation replenishment current 21 described above, the average power consumption of the resonance
[0024]
FIG. 6 is a diagram showing an example of good resonance rise of the
In FIG. 6, 23 is a transition region from the start of vibration to resonance, and 24 is a resonance region. From FIG. 6, it can be seen that the time required for the
[0025]
FIG. 7 shows an
The resonance frequency of the
[0026]
In FIG. 8, the resonance type oscillating motor of the present invention is used for an electric shaver.referenceAn example is shown. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 1A represent the same components as those in FIG.
In FIG. 8, the
[0027]
In the above-described embodiment, the resonance vibration system including two leaf springs, one coil, two or four permanent magnets, and one weight is described, but these numbers are limited. The resonance type oscillating motor of the present invention can be constituted by using a larger number of them instead of the above.
Further, the shape and number of the operation object, the balancer, the support base, and the like are not limited within the scope of the present invention.
In addition, by appropriately selecting the size, shape, etc. of the spring (preferably a leaf spring), it is possible to flexibly manufacture a small-sized to large-sized resonant oscillation motor.
Moreover, in the said Example, although using the balancer side independently for positioning is not described, it is clear from description of this invention that a balancer side can be used independently.
[0028]
【The invention's effect】
Since the resonance type oscillating motor of the present invention utilizes resonance, it has an excellent anti-vibration function in which vibration can be balanced by resonance between the moving object and the balancer, and therefore, vibration transmission to the support base can be suppressed. For this reason,Light beam deflecting deviceIt is extremely useful for a device that requires a highly accurate positioning function such as the above. In addition, since the operating object can be set to a soft vibration system with respect to the balancer, there is an effect that the (amplitude amount / input power) ratio of the operating object can be increased. In addition, the balancer can be set to be a soft vibration system with respect to the moving object, and the effect of increasing the balancer's (amplitude amount / input power) ratio can also be achieved. It is also possible to set the amplitudes of the operating object and the balancer to be equal to each other and use them by resonating.
In addition, if the energy supply system of the present invention is used, it is possible to achieve a low power consumption system that greatly improves the rise of resonance and supplements the energy for attenuation of resonance.
Furthermore, since it is rich in dimensional compatibility and has a simple configuration, the price can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view (a) of a main part and a diagram (b) illustrating a resonance state in an embodiment of a resonance type oscillating motor of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining an embodiment of a measuring means for measuring the amplitude, vibration frequency, etc. of the operating object in the resonance type oscillating motor of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of waveform patterns of an applied kicker current and an attenuation supplement current in the resonance type oscillating motor of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a control circuit in the resonance type oscillating motor of the present invention.
is there.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a transition region from the start of vibration to resonance in the resonant oscillation motor of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of the rise of resonance in the resonance type oscillating motor of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an essential part showing another embodiment of the resonance type oscillating motor of the present invention.
[Fig. 8]Reference exampleIt is principal part sectional drawing which shows these.
FIG. 9 is a diagram illustrating a conventional positioning device.
FIG. 10 is a diagram illustrating a conventional positioning device.
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