JP3839984B2 - 画像読取装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、パソコンなどの端末に繋げて用いられるようなイメージスキャナ、あるいは複写機やファクシミリの原稿読取部等の画像読取装置に関するもので、特に、原稿台上に置かれた原稿を走査体を動かしつつ読み取る画像読取装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のイメージスキャナ等の画像読取装置のほとんどは、装置本体にモータを固定し、モータと走査体の間にタイミングベルトを掛け、このモータの動力で走査体を動かしていた。図6にその例を示す。
【0003】
100は本体フレーム、101(斜線部)は原稿台ガラス、102は走査体であり、この走査体は照射用光源と受光素子、原稿からの反射光を受光素子上に結像させるレンズアレイ等からなる。
【0004】
104は本体フレームに両端を固定されたガイドシャフト、105は走査体に固着されガイドシャフト104と摺動可能に嵌合するスライダ、106は本体フレームに両端を固定されたガイド補助シャフト、107は走査体102に固着されガイド補助シャフト106と摺動可能に嵌合する補助スライダ、108は本体フレームに固定されたモータ、109はモータ108の出力軸に固定されたプーリ、110は本体フレームに回転可能に取り付けられたアイドラープーリ、111はアイドラープーリ110とプーリ109に掛けられ且つ一部が走査体102に固定されたタイミングベルト、112は制御回路で本体フレームに取り付けられている。
【0005】
制御回路112はモータ108とリード線113でつながれており、また走査体102とはフレキシブルプリント基板114でつながれている。この制御回路112はモータ108の駆動及び走査体102の作動を制御する。
【0006】
モータ108の正転或いは逆転により走査体102は原稿台に沿って移動する。モータ108は通常の直流モータに比べ制御性の良さやコストの面から少なくとも2相のステッピングモータが用いられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記の画像読み取り装置においては、モータと走査体がそれぞれ別々に制御回路112と電気的に接続されているため接続部が大きくなったり、組み立てコストが上がったりした。またタイミングベルトは輪になっており、その間の空間は利用できないから装置のコンパクト化の妨げになっていた。
【0008】
また走査体を精度良く移動させるためにはタイミングベルトの張力を大きくせねばならず、それによって駆動負荷が大きくなってしまった。またモータの出力軸に側圧が加わるためモータの耐久性も悪くなってしまった。
【0009】
更には、これまではモータが非常に大きく、装置のサイズに影響を与えるものであった。
【0010】
また、実願昭61―182168号(実開昭63―87945号)に見られるように、モータを読取装置の移動体に設けることも考えられているが、やはりモータのサイズが大きく、また、モータの配置も装置の厚みを十分に小さくできるものではなかった。
【0011】
【課題を解決するための手段】
原稿台に沿って本体フレーム内を画像読取部を搭載した走査体が移動しながら原稿の画像を読取る画像読取装置において、出力軸と、複数のコイル端子を含む平面とが、上記走査体の底面と平行になる姿勢で上記走査体に固定されているモータと、上記走査体に軸が固定されており上記モータが駆動することにより回転するプーリと、上記本体フレームに両端を固定し上記プーリを巻くワイヤとを有し、前記プーリの回転面は上記原稿台と平行であることを特徴とする。
【0013】
更に本発明は、原稿台に沿って移動する走査体と、この走査体に固定されており走査体を駆動するモータと、を有し、走査体が移動しつつ原稿の画像を読取る画像読取装置において、上記モータは複数のコイル端子がモータの側面から同方向に突出しており、上記モータは、この複数のコイル端子で形成される面が上記走査体の底面と平行になる姿勢で上記走査体に固定されていることを特徴とする。
【0014】
更に本発明は、原稿台に沿って移動する走査体と、この走査体に固定されており走査体を駆動するモータと、を有し、走査体が移動しつつ原稿の画像を読取る画像読取装置において、上記モータは、直径D、長さLとがL≧Dの関係の形状であり、上記モータの出力軸が上記走査体の底面と平行になるように上記走査体に取付けられていることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1から図5は本発明の実施の形態で、図1は外観図、図2は主要構成要素の分解斜視図、図3は走査体とモータの一部断面図、図4は駆動部の側面図、図5は駆動部の下平面図である。
【0017】
1は本体フレーム、2は原稿台ガラス、3は走査体であり、走査体には照射用光源3Aと受光素子3B、反射光を受光素子に結像させるレンズアレイ3C等が搭載されている。4は本体フレームに両端を固定されたガイドシャフト、5は走査体がガイドシャフト4と摺動可能に嵌合するように走査体に固定されたスライダ、6は本体フレームに両端を固定されたガイド補助シャフト、7は走査体がガイド補助シャフト6と摺動可能に嵌合するように走査体に固定された補助スライダである。この構造により走査体3は原稿台ガラス2の平面に沿って移動可能に構成される。
【0018】
8は走査体3に固定されたステップモータで詳しくは後述するが、2相のステップモータであり、コイル端子を8A、8B、8C、8Dで示す。9はステップモータの出力軸に固着されたウオームギヤ、10は走査体3に設けられた軸3Dに回転可能に取り付けられたプーリ部材であり、該プーリ部材10はウオームギヤ9と噛み合うハスバ歯車部10Aとプーリ部10Bとからなる。プーリ部材10は原稿台ガラス2と平行な面内で回転可能に配置されている。これによりプーリの回転面が原稿台ガラス2と平行なので装置本体の厚さ寸法を小さくでき、コンパクトな画像読み取り装置とする事ができる。
【0019】
11は走査体3に設けられた軸3Dの先端に固着され、前記プーリ部材10の脱落を防ぐ抜け止めである。12は弾性手段である引っ張りコイルスプリングで、一端が本体フレーム1のフック1Aに取り付けられており他端が後述するワイヤー13に取付けられている。13はワイヤーで、一端が本体1フレームに固定されてもう一端が前記引っ張りコイルスプリング12に取り付けられている。ワイヤー13は引っ張りコイルスプリング12を介してであるが実質的に本体フレームに両端を固定されている事になる。
【0020】
14は電気制御回路で本体フレームの底面に取り付けられており、モータ8及び走査体3を駆動或いは制御する。
【0021】
15はフレキシブルプリント基板であり、電気制御回路14に一端が接続され、他端が前記走査体3、特に照射用光源3Aと受光素子3Bと前記モータ8のコイル端子に接続されている。したがって、フレキシブルプリント基板の光源3Aと受光素子3Bとコイル端子が接続された部分を走査体3の底面にしっかりと固定することにより、モータ8が走査体に固定される。これに加えてモータ8の外装を接着などの方法により走査体に固定しても良い。
【0022】
ワイヤー13は図4に示すようにプーリ部材10のプーリ部10Bに巻回されている。またその巻き方は図5に示すようにぴったり整数周巻回している。即ちプーリを巻いた際の交差点Pの前後(a,b)でワイヤーは平行であるため、ワイヤーの張力がプーリの側圧として働かない構造、つまり矢印c方向に働かない構造になる。このためプーリの回転軸の耐久性は高くなり摩擦による軸部の損失は非常に小さく抑えられ駆動負荷も小さく抑えられる。これにより小型のモータの採用が可能になり装置の小型化、消費電力の低減も達成される。
【0023】
ワイヤ13は弾性手段たるスプリング12を介して本体フレーム1に固定されているので安定した大きさの張力をワイヤーに与える事ができ、プーリとワイヤ13の間に働く摩擦を安定化できる。
【0024】
モータ8を駆動するとその駆動力はウオームギヤ9、プーリ部材10のハスバ歯車部10Aを介してプーリ部10Bの回転力となり、ワイヤ13とプーリ部材10のプーリ部10Bの摩擦により走査体3は原稿台ガラス2と平行に移動する。
【0025】
ワイヤー13はプーリ部材10のプーリ部10Bにぴったり整数周巻回しているためワイヤーの張力がプーリの側圧として働かない構造つまり矢印c方向に働かない構造になっているのは上記したが、この特性のため弾性手段たるスプリング12の張力は広い範囲の力が許容され、組み立て時に部品の誤差があったとしてもその多くは許容されるようになり組み立てコストは低減される。
【0026】
またモータ8はフレキシブルプリント基板を介して走査体3に固定されていることになるため、コイル端子と電気制御回路15との電気的接続が、走査体3の特に照射用光源3A及び受光素子3Bと電気制御回路15との電気的接続と同一の部材、即ちフレキシブルプリント基板15で行なえる利点がある。また仮に電気的接続を同一の部材で行なわなくともほぼ同じラインの配線で行なえる利点もある。これらによって組み立てコストが軽減される。またコネクタ部の占める体積も小さく収まり装置全体のサイズも小さくなる。さらにはフレキシブルプリント基板15一つで電気的接続ができるのでモータのリード線等の部品費自体も安くなる。
【0027】
走査体を移動させるためのモータとしては通常の直流モータに比べ制御性の良さやコストの面から少なくとも2相のステッピングモータが適している。本実施の形態の2相のステッピングモータの4つのコイル端子は円筒形の外装の側面から同方向に飛び出ている。
【0028】
このステッピングモータ8は、図3に示すように、4つのコイル端子を含む平面が走査体の底面と平行になるようにフレキシブルプリント基板を介して走査体に取付けられている。この配置によりモータのコイル端子は、走査体の受光素子或いは投光素子(照明用光源)に接続されるフレキシブルプリント基板と同一平面でフレキシブルプリント基板にハンダ付け可能になるので、フレキシブルプリント基板に余計な負荷がかかりにくく、ハンダ付けも容易になり、且つフレキシブルプリント基板が切れたりする組み立て時のトラブルも避けられる。
【0029】
前述のようにコイル端子は円筒形状の2相ステッピングモータの側面から同一方向に飛び出しており、このステッピングモータを4つのコイル端子で形成される平面が走査体の移動平面と平行になるような姿勢で走査体に一体的に取付けることにより、装置全体を小型化している。
【0030】
さらに本実施の形態で用いているモータは、直径D、長さLの関係がL≧Dとなっている。これによりモータを含む走査体自体の高さ(厚み)を小さくでき、しいては装置本体自体を薄く構成する事ができる。
【0031】
このモータは、円周方向に等分割して異なる極に交互に着磁された永久磁石からなる円筒形状のロータと、該ロータの軸方向に第1のコイル、ロータ及び第2のコイルを順に配置し、第1のコイルにより励磁される第1の外側磁極及び第1の内側磁極をロータの外周面及び内周面に対向させ、第2のコイルにより励磁される第2の外側磁極及び第2の内側磁極をロータの外周面及び内周面に対向させる様に構成したものであり、ロータ軸である回転軸が円筒形状の永久磁石内から取り出されている。
【0032】
このような構成のモータは、第1のコイル、ロータ及び第2のコイルを順にロータの軸方向に配列してあるためモータの長手方向即ち出力軸方向の寸法は長くなりがちであるが直径寸法を小さくしかも出力が高いモータとする事ができる。
【0033】
図7〜図9にこのモータの構成を具体的に示す。
【0034】
図7はステップモータの分解斜視図、図8はステップモータの組立後の軸方向の断面図、図9は図8のA―A線での断面図およびB―B線での断面図である。
【0035】
図7〜図9において、21はロータを構成する円筒形状のマグネットであり、このロータであるマグネット21は、その外周表面を円周方向にn分割して(本例では4分割して)S極、N極が交互に着磁された着磁部21a、21b、21c、21dとし、この着磁部21a、21bがS極に着磁され、着磁部21b、21dがN極に着磁されている。27はロータ軸となる出力軸で、この出力軸27はロータであるマグネット21に固着されている。これら出力軸27とマグネット21とでロータを構成している。22及び23は円筒形状のコイルであり、コイル22及び23は前記マグネット21と同心でかつ、マグネット21を軸方向に挟む位置に配置され、コイル22及び23はその外径が前記マグネット21の外径とほぼ同じ寸法である。
【0036】
38および39は軟磁性材料からなる第1のステータ及び第2のステータで、第1のステータ38及び第2のステータ39の位相は180/n度、即ち45°ずれて配置され、これらの第1のステータ38及び第2のステータ39は外筒及び内筒からなっている。第1のステータ38の外筒及び内筒の間にコイル22が設けられ、このコイル22が通電されることにより第1のステータ38が励磁される。第1のステータ38の外筒及び内筒はその先端部が外側磁極38a、38b及び内側磁極38c、38dを形成しており、この内側磁極38cと内側磁極38dの位相は互いに同位相となるように360/(n/2)度、即ち180度ずれて形成され、内側磁極38cに対して外側磁極38aが対向配置しており、また内側磁極38dに対し外側磁極38bが対向配置している。
【0037】
第1のステータ38の外側磁極38a、38b及び内側磁極38c、38dはマグネット1の一端側の外周面及び内周面に対向してマグネット1の一端側を挟み込むように設けられる。また第1のステータ38の穴38eには回転軸17の一端部が回転可能に嵌合する。
【0038】
第2のステータ39の外筒及び内筒の間にコイル23が設けられ、このコイル23が通電されることにより第2のステータ39が励磁される。第2のステータ39の外筒及び内筒はその先端部が外側磁極39a、39b及び内側磁極39c、39dを形成しており、この内側磁極39cと内側磁極39dの位相は互いに同位相となるように360/(n/2)度、即ち180度ずれて形成され、内側磁極39cに対し外側磁極39aが対向配置しており、内側磁極39dに対し外側磁極39bが対向配置している。第2のステータ39の外側磁極39a、39b及び内側磁極39a、39b及び内側磁極39c、39dは永久磁石21の他端側の外周面及び内周面に対向して永久磁石21の他端側を挟み込むように設けられる。また第2のステータ39の穴39eには回転軸27の他端部が回転可能に嵌合する。
【0039】
したがって、コイル22により発生する磁束は外側磁極38a、38bと内側38c、38dとの間のロータであるマグネット21を横切るので、効果的にロータであるマグネット21に作用し、コイル23により発生する磁束は外側磁極39a、39bと内側磁極39c、39dとの間のロータであるマグネットを横切るので、効果的にロータであるマグネット21に作用し、モータの出力を高める。
【0040】
40は非磁性材料からなる円筒形状部材としての連結リングであり、この連結リング40の内側の一端側には溝40a、40bが設けられ、他端側には溝40a、40bに対し位相を45度ずらした溝40c、40dが設けられ、溝40a、40bに第1のステータ38の外側磁極38a、38bを嵌合し、溝40c、40dに第2のステータ39の外側磁極39a、39bを嵌合し、これら嵌合部分を接着剤により固定して、連結リング40に第1のステータ38及び第2のステータ39が取り付けられるものである。これら第1のステータ38と第2のステータ39は互いに外側磁極38a、38b及び内側磁極38c、38dの先端と外側磁極39a、39b及び内側磁極39c、39dの先端とを対向させ、外側磁極38a、38bと外側磁極39a、39bとの間を連結リング40の内面側の突出部40e、40fの幅だけ隔てて連結リング40に固定されている。
【0041】
図8はステップモータの断面図であり、図9(a)、(b)、(c)、(d)は図8のA−A線での断面図を示し、図9の(e)、(f)、(g)、(h)は図2のB−B線での断面図を示している。図9の(a)と(e)とが同時点での断面図であり、図9の(b)と(f)とが同時点での断面図であり、図9の(c)と(g)とが同時点での断面図であり、図9の(d)と(h)とが同時点での断面図である。
【0042】
次に、ステップモータの動作を説明する。図9の(a)、(e)の状態からコイル22及び23に通電して、第1のステータ38の外側磁極38a、38bをN極とし、内側磁極38c、38dをS極とし、第2のステータ39の外側磁極39a、39bをS極とし、内側磁極39c、39dをN極に励磁すると、ロータであるマグネット21は反時計方向に45度回転し、図9の(b)と(f)に示す状態になる。
【0043】
次にコイル22への通電を反転させ、第1のステータ38の2外側磁極38a、38bをS極とし、内側磁極38c、38dをN極とし、第2のステータ39の外側磁極39a、39bをS極とし、内側磁極39c、39dをN極に励磁すると、ロータであるマグネット21は更に反時計方向に45度回転し、図9の(c)と(g)に示す状態になる。
【0044】
次に、コイル23への通電を反転させ、第2のステータ39の外側磁極39a、39bをN極とし、内側磁極39c、39dをS極とし、第1ステータ38の外側磁極38a、38bをS極とし、内側磁極38c、38dをN極に励磁すると、ロータであるマグネット21はさらに反時計方向45度回転し、図9の(d)と(h)に示す状態になる。以後、このようにコイル22及びコイル23への通電方向を順次切り換えていくことによりロータであるマグネット21は通電位相に応じた位置へと回転していくものである。
【0045】
ここで、このような構成のステップモータがモータを超小型化する上で最適な構成であることについて述べる。ステップモータの基本構成の特徴について述べると、第1に、マグネットを中空の円筒形状に形成していること、第2に、マグネットの外周面を周方向にn分割して異なる極に交互に着磁していること、第3に、マグネットの軸方向に第1のコイルとマグネットと第2のコイルを順に配置していること、第4に第1、第2のコイルにより励磁される第1、第2のステータの外側磁極及び内側磁極をマグネットの外周面及び内周面に対向させていること、である。
【0046】
したがって、このステップモータの径はマグネットの径にステータの磁極を対向して設けるだけの大きさがあればよく、また、ステップモータの軸方向の長さマグネットの長さに第1のコイルと第2のコイルの長さを加えただけの長さがあればよいことになる。このため、ステップモータの大きさは、マグネット及びコイルの径と長さによって決まるもので、マグネット及びコイルの径と長さをそれぞれ非常に小さくすればステップモータを超小型化する事ができるものである。
【0047】
この時、マグネット及びコイルの径と長さをそれぞれ非常に小さくすると、ステップモータとしての出力精度を維持することが難しくなるが、これはマグネットを中空の円筒形状に形成し、この中空の円筒形状に形成されたマグネットの外周面及び内周面に第1、第2のステータの外側磁極及び内側磁極を対向させる単純な構造によりステップモータとしての出力精度の問題を解決している。この時、マグネットの外周面だけでなく、マグネットの内周面も円周方向に着磁すれば、モータの出力を更に効果的にすることができる。
【0048】
本実施の形態ではこのモータを使っているので、モータを走査体3の下部に重ねて配置しても画像読み取り装置の厚みをコンパクトにできる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、出力軸と、複数のコイル端子を含む平面とが、走査体の底面と平行になるように走査体に取付けられているモータと、上記モータが駆動することにより回転するプーリの回転面を原稿台と平行とすることにより、装置本体の厚さ寸法を小さくでき、コンパクトな画像読み取り装置とする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の画像読取装置の外観図。
【図2】図1の画像読取装置の主要構成要素の分解斜視図。
【図3】図1の画像読取装置の走査体の一部断面図。
【図4】図1の画像読取装置の駆動部の側面図。
【図5】図1の画像読取装置の駆動部の下平面図。
【図6】従来の画像読取装置の外観斜視図。
【図7】本発明の実施の形態で用いたステップモータの分解図。
【図8】図7のステップモータの組立完成状態の断面図。
【図9】図7のステップモータのロータの回転動作説明図。
【符号の説明】
1 本体フレーム
2 原稿台ガラス
3 走査体
3A 照射用光源
3B 受光素子
3C レンズアレイ
4 ガイドシャフト
5 スライダ
6 ガイド補助シャフト
7 補助スライダ
8 ステップモータ
8A、8B、8C、8D コイル端子
9 ウオームギヤ
10 プーリ部材
10A ハスバ歯車部
10B プーリ部
11 抜け止め部材
12 弾性手段(引っ張りコイルスプリング)
13 ワイヤー
14 電気制御回路
15 フレキシブルプリント基板
Claims (5)
- 原稿台に沿って本体フレーム内を画像読取部を搭載した走査体が移動しながら原稿の画像を読取る画像読取装置において、
出力軸と、複数のコイル端子を含む平面とが、上記走査体の底面と平行になる姿勢で上記走査体に固定されているモータと、
上記走査体に軸が固定されており上記モータが駆動することにより回転するプーリと、
上記本体フレームに両端を固定し上記プーリを巻くワイヤとを有し、前記プーリの回転面は上記原稿台と平行であることを特徴とする画像読取装置。 - 上記モータは、直径D、長さLとがL≧Dの関係を有すことを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
- 上記ワイヤの一方端は、弾性部材を介して上記本体フレームに固定されていることを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
- 上記モータは上記複数のコイル端子が上記モータの側面から同方向に突出しており、上記モータは、上記複数のコイル端子で形成される面が上記走査体の移動平面と平行になる姿勢で上記走査体に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
- 上記走査体は底面に平行なフレキシブルプリント基板を有し、上記フレキシブルプリント基板には上記モータのコイル端子が接続されていることを特徴とする請求1または4に記載の画像読取装置。
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