JPH071346B2

JPH071346B2 - 光偏向器

Info

Publication number: JPH071346B2
Application number: JP59254861A
Authority: JP
Inventors: 明彦岩間
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1984-12-01
Filing date: 1984-12-01
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPS61132920A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、レーザプリンタやデジタル複写機、ファク
シミリ、その他各種のレーザ偏向器を備えた光学的情報
処理装置で使用するのに好適な、コアレス扁平ブラシレ
スモータ方式を採用した超小形の光偏向器に係り、特
に、ミラーとロータ磁石とを一体的に構成することによ
って、光偏向器本体の回転軸の軸方向の寸法を短縮し、
小型化することにより実装上の制約を取除くとともに、
部品点数の減少によるコストダウンを可能にして、軽量
かつ安価に構成した光偏向器に関する。

〔従来の技術〕従来から、レーザプリンタのレーザ偏向器や、デジタル
複写機のレーザ偏向器、ファクシミリのレーザ偏向器、
あるいはPOS端末器のバーコードリーダ等の各種光学的
装置では、読取り用や書込み用のレーザ光を偏向するた
めに、ポリゴンミラー（多面鏡）を使用した光偏向器が
用いられている。

一般に、この種の光偏向器に使用されるブラシレスモー
タ方式としては、インナロータ方式、アウタロータ方
式、コアレス扁平方式が知られている。

これらのブラシレスモータ方式では、そのコスト的な比
較では、コアレス扁平方式＜アウタロータ方式＜インナ
ロータ方式の順序になっており、コアレス扁平ブラシレ
スモータ方式が、最も有利である。

その上、このコアレス扁平方式は、コギングが少なく
て、イナーシャが大きいため、例えば4,000rpm程度の低
速回転では、回転ムラやジッター特性の観点からも、他
の方式より優れている。さらに、その重量も軽く、ま
た、騒音が低い等の多くの利点を有している。

第11図（１）と（２）は、従来のコアレス扁平ブラシレ
スモータ方式の光偏向器について、その要部構成の一例
を示す図で、図（１）は縦断面図、図（２）は平面図で
ある。図面において、41は第１の筐体で、41aはその一
部に開口された窓部、42は第２の筐体、43は第１の磁性
鉄板、44はコイル基板、45はコアレス扁平コイル、46は
回路基板、47aと47bはロータの速度検出素子、51は回転
軸、52はフランジ、53は第２の磁性鉄板、54はリング状
ロータ磁石、55はポリゴンミラー、56aと56bは軸受部を
示す。

この第11図（１）と（２）に示す光偏向器の構成は、次
のとおりである。

まず、固定電機子は、第１の筐体41と内側に、磁気回路
を構成する第１の磁性鉄板43と、コアレス扁平コイル45
が配列されたコイル基板44を固定する。

コイル基板44は、いわゆるプリント基板で、特に図示は
しないが、その基板上には、これらの部品を配線する結
線パターンが構成されている。

そして、固定電機子を構成する第11図（１）のコアレス
扁平コイル45と適当な空隙を保って、その軸方向に対向
され、多極に着磁されたリング状ロータ磁石54と、磁気
回路を構成するための第２の磁性鉄板53、さらに、レー
ザ偏向用のポリゴンミラー55を、フランジ52に一体的に
固定し、さらに、フランジ52を回転軸51に一体的に固定
して、ロータ組立体を構成する。

このようにして構成されたロータ組立体の回転軸51に、
それぞれ軸受部56a,56bが軽圧入される。

なお、ロータの速度検出素子47aと47bが取付けられた回
路基板46を、ロータ組立体のポリゴンミラー55の外周に
固定し、第２の筐体42を取付ける。

ロータ組立体の軸受部56a,56bは、第１の筐体41,第２の
筐体42にそれぞれ支持されている。

したがって、ロータ組立体は、軸受部56a,56bを中心に
回転することができる。

この第11図（１）と（２）に示すように、従来のコアレ
ス扁平ブラシレスモータ方式の光偏向器では、複数個の
コアレス扁平コイル45を有する固定電機子と、多極に着
磁されたリング状ロータ磁石54および回転軸51と平行す
るミラー面が形成されたポリゴンミラー55とを有する回
転子と、ポリゴンミラー55のミラー面に外部からのレー
ザ光を導くための窓部41aが一部に設けられた筐体41、
とから構成されている。

この光偏向器で、第１の筐体41に設けられた窓部41a
は、外部からの光路の一部を形成する。

すなわち、外部からのレーザ光をポリゴンミラー55によ
って偏向するために、レーザ光源→ミラー面（反射）の
光路によって、レーザ光を目的の方向に偏向させるよう
に作用する。

また、ロータを定速回転させるためには、ロータの回転
速度を検出して、目標回転数に対して定速制御を行うこ
とが必要である。

そのために、ロータの速度検出手段として、回路基板46
上に、ロータの速度検出素子47aと47bとが配列されてい
る。この速度検出素子47aはLED等の発光素子、47bはホ
トトランジスタ等の受光素子である。

この速度検出手段からの検出信号を用いて、ポリゴンミ
ラー55が固定されたロータの定速制御を行う。

ところで、従来のコアレス扁平ブラシレスモータ方式の
光偏向器では、リング状ロータ磁石54とポリゴンミラー
55とを回転軸の軸方向に積重ねた状態に配置し、回転軸
51に設けられたフランジ52と一体的に構成している。

そのため、必然的に、光偏向器本体の回転軸の軸方向の
寸法が大きくなり、実装位置に制約を受ける。

その上に、リング状ロータ磁石54とポリゴンミラー55と
を別個の部品で構成するため、単に重量が大きくなるだ
けでなく、コストアップにもなる、等の不都合があっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明では、従来のコアレス扁平ブラシレスモータ方
式の光偏向器におけるこのような不都合を解決し、光偏
向器の半径方向の寸法を短縮して小型・軽量化すること
により、実装上の制約を取除くとともに、構成部品の点
数を減少させることによって、コストダウンを可能にす
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、第１の磁性鉄板と複数個のコアレス扁平コイルとからな
る固定電機子と、リング状ロータ磁石と磁気回路を構成
するための第２の磁性鉄板とレーザ偏向用のポリゴンミ
ラーとフランジとからなるロータと、これらを取囲むと
ともに、レーザ光を通過させる窓部を有する筐体とを備
えた光偏向器であり、前記ロータを構成するリング状ロータ磁石またはフラン
ジは、その回転軸を中心とした多角形の形状を有する多
面体とされ、かつその多面体にポリゴンミラーが形成さ
れている光偏向器において、前記ポリゴンミラーの外接円の半径をr₁、その内接円の
半径をr₂とするとき、前記筐体上のr₂＜r₃＜r₁の関係と
なる半径r₃を有する位置に、LED等の発光素子を、１個
または複数個、互いに位相を変えて固定し、対向するコ
イル基板上に、ホトトランジスタ等の受光素子を、同等
に１個または複数個、互いに位相を変えて配置した構成
である。

〔実施例〕

次に、この発明の光偏向器について、図面を参照しなが
ら、その実施例を詳細に説明する。

第１図は、この発明の光偏向器の一実施例について、そ
の要部構造を示す縦断面図である。図面において、11は
第１の筐体で、11aはその軸受オイルの飛散防止用ラビ
リンス機構の一部を構成する機構部分、11bはその一部
に開口された窓部、12は第２の筐体、12aはその軸受オ
イルの飛散防止用ラビリンス機構の一部を構成する機構
部分、13は回路基板、14は速度検出器の発光素子、15は
予圧バネ、16は蓋部材、21は第１の磁性鉄板、22はコイ
ル基板、23はコアレス扁平コイル、24は速度検出器の受
光素子、31は回転軸、32はフランジで、32aはその軸受
オイルの飛散防止用ラビリンス機構の一部を構成する機
構部分、33は第２の磁性鉄板、34はリング状のロータ磁
石、35はポリゴンミラーのミラーセグメント、36aと36b
は軸受部を示す。

この第１図では、３相６コイルで、ロータ磁石が８極の
構成の場合について示している。

次の第２図（１）と（２）は、第１図に示したこの発明
の光偏向器のコイル基板22の詳細な構成を示す構成図
で、図（１）は平面図、図（２）は断面図である。図面
における符号は第１図と同様であり、また、25はスリッ
ト板、26a〜26cはロータ位置検出素子を示し、r₃は速度
検出用の受光素子24の取付け位置の半径を示す。

この第２図（１）と（２）のロータ位置検出素子26a〜2
6cとしては、例えばホール素子を使用し、また、速度検
出用の受光素子24としては、光素子を使用すればよい。

まず、この発明の光偏向器の構成について、第１図と第
２図（１）と（２）とを参照しながら説明する。

コアレス扁平コイル23と空隙をもって軸方向に対向さ
せ、多極に着磁した多角形リング状ロータ磁石34、磁気
回路を構成するためのロータ磁石34の形状に合せた多角
形の第２の磁性鉄板33、レーザ光を偏向するために多角
形リング状ロータ磁石34に接着したミラーセグメント35
を、軸受オイルやグリス等が飛散しないように軸受オイ
ル・グリス飛散防止用ラビリンス機構の一部を構成する
機構部分32aが設けられたフランジ32に一体的に固定
し、さらに、フランジ32は回転軸31に一体的に構成す
る。

軸受部36a,36bは、回転軸31に軽圧入され、第１の筐体1
1と第２の筐体12に支持されているから、ロータは軸受
部36a,36bを中心に回転することができる。

なお、フランジ32に設けられた機構部分32a、および第
１の筐体11に設けられた機構部分11aは、それぞれその
対向部材と共働して、軸受オイル・グリス飛散防止用ラ
ビリンス機構を構成する。そのため、軸受オイルやグリ
ス等の飛散が防止されて、ミラーセグメント35の汚染に
よる画質低下が予防されるよう機能する。

また、ポリゴンミラーによってレーザ光を偏向するため
に、第１の筐体11には、開口窓部11bが設けられてい
て、レーザ光を目的の方向に偏向させる。

次に、この発明の光偏向器におけるポリゴンミラーの構
成方法について、その実施例を詳細に述べる。

第３図（１）と（２）は、第１図に示したこの発明の光
偏向器について、そのロータ組立体の一例の要部構造を
示す構成図で、図（１）は平面図、図（２）は断面図で
ある。図面における符号は第１図と同様であり、また、
r₁はポリゴンミラーの外接円の半径、r₂は内接円の半径
を示す。

基本的な実施例は、この第３図（１）と（２）に示すよ
うに、多角形リング状ロータ磁石34の外形面に、ポリゴ
ンミラーのミラーセグメント35として、例えば高純度、
高密度のアルミ薄板を接着等の加工技術で接合・乾燥さ
せ、この状態で切削あるいはラップ技術により鏡面加工
する。もしくは、ロータとして組立て後、鏡面加工す
る。

この場合には、後者すなわち、ロータとして組立て後に
鏡面加工する方が、直角度、面振れ、面倒れ等の精度が
高くなる。

第４図（１）と（２）は、第１図に示したこの発明の光
偏向器について、そのフランジの一例の要部構造を示す
構成図で、図（１）は平面図、図（２）は断面図であ
る。図面の符号は、第１図と同様である。

他の実施例としては、この第４図（１）と（２）に示す
ように、フランジ（材質は、例えば前記のアルミ）32
を、多角形リング状ロータ磁石34と、このロータ磁石34
の形状に合せた多角形磁性鉄板33に接着，成形等の技術
により接合して、鏡面加工することにより、ポリゴンミ
ラーのミラーセグメント35を形成する。

第５図（１）と（２）は、第１図に示したこの発明の光
偏向器について、そのロータ磁石の一例の要部構造を示
す構成図で、図（１）は平面図、図（２）は断面図であ
る。図面における符号は第１図と同様である。

他の実施例としては、この第５図（１）と（２）に示す
ように、多角形リング状ロータ磁石34の外形面に、ポリ
ゴンミラーのミラーセグメント35として、アルミ等の蒸
着膜を形成して鏡面とする。あるいは、多角形アルミリ
ングを多角形リング状ロータ磁石34に接着，成形等の技
術で接合して、鏡面加工する。この場合も、ロータとし
て組立て後に鏡面加工する方が、高い精度を出し易い。

また、多角形リング状ロータ磁石34としては、フェライ
ト系、アルニコ系、希土類系磁石をプラスチツク材料と
混合して成形した、いわゆるプラスチツク磁石を用い
て、構成する。

このように、この発明の光偏向器では、ロータを構成す
るリング状ロータ磁石34を、その回転軸31を中心とした
多角形の形状を有する多面体とし、かつ、その多面体に
ミラーセグメント35を配列してポリゴンミラーを形成す
るようにしている。

そのため、ポリゴンミラーとリング状ロータ磁石を積重
ねる方式の従来の光偏向器に比較して、その回転軸31の
軸方向の大きさを、著しく短縮することが可能となり、
光偏向器の小型・軽量化が達成される。

〔実施例の光偏向器の動作〕

次に、以上のようにして構成されたポリゴンミラーを備
えたこの発明の光偏向器について、その動作を説明す
る。

先の第１図に一実施例として示した光偏向器では、８極
３相６コイルのモータ部において、ロータ位置検出素子
26a〜26cから構成されるロータ位置検出器の出力信号に
より励磁相を切換えて、順次６つのコイルを励磁する
と、フレミング左手の法則（いわゆるBli則）に従っ
て、ロータは、モータの供給電圧に比較した回転数で回
転される。

なお、Bli則で説明する場合に、Ｆ＝Bliの力（ここで、
Ｆは発生力、Ｂは磁束密度、ｉは励磁電流）は、コイル
に働く力である。しかし、この発明の光偏向器では、コ
イルが固定で、ロータ磁石が回転する方式のブラシレス
モータの原理を応用しているので、ロータ磁石すなわ
ち、回転子に作用する回転力の方向は、このBli則の逆
方向となる。

第６図は、第２図に示した８極３相６コイルのモータの
コイルと、ロータ位置検出素子26a〜26cの配列位置との
関係を示す配置図である。図面における符号は第１図お
よび第２図と同様であり、また、C_pはコイル間ピッチ、
cpはコイルピッチを示す。

第７図は、第１図に示した８極３相６コイルのモータの
コイル結線と駆動回路の一例を示す回路図である。図面
におけるU,V,Wは３相の各コイル、Q1〜Q6はトランジス
タを示す。

第８図は、第１図に示した８極３相６コイルのモータ部
におけるロータ磁石、および回転磁界とコイル位置の一
例を示すタイムチャートである。図面のタイムチャート
において、縦軸は磁束密度、横軸は回転角を示す。

すでに説明したように、ロータを定速回転させるために
は、ロータの速度を検出して、目標回転数に対して定速
制御を行うことが必要である。

この発明の光偏向器では、ポリゴンミラーが回転する
と、このミラーがシャッターとして機能し、発光素子14
からの光がオン・オフされて、受光素子24へ与えられ
る。

そのために、ミラーの外接円の半径r₁、その内接円の半
径r₂に対して、r₂＜r₃＜r₁の関係となる半径r₃を有する
位置、例えば第２の筐体12上の位置に、LED等の発光素
子14を、１個または複数個、互いに位相を変えて固定
し、対向するコイル基板22上に、ホトトランジスタ等の
受光素子24を、同様に１個または複数個、互いに位相を
変えて配置する。

１個の速度検出手段が配置されている場合には、ポリゴ
ンミラー35の角部で、発光素子14からの光がオフされ
て、受光素子24から発生される速度検出信号のレベルが
変化される。

次の第９図は、８極３相６コイルのモータの場合に、ポ
リゴンミラーと２個の速度検出手段との配列状態を説明
するための配置図である。図面において、_p1，_p2は受光
素子を示す。

この第９図では、ポリゴンミラーのミラー面数Ｎ＝８
（角）、受光素子の数ｐ＝２（個）の場合について示し
ている。

第10図は、第９図に示した２個の速度検出手段から発生
される速度検出信号の一例を示すタイムチャートであ
る。図面のＴは１個の速度検出手段から発生される速度
検出信号の一周期、t₀は速度検出信号の時間幅を示す。

この第10図に示されるように、２個の速度検出手段が用
いられる場合には、受光素子_p1と_p2の出力を合成してロ
ータの速度に対応した周波数信号を発生する。

また、周波数信号のオン・オフのデューティ比を制御系
からの理由で変える必要がある場合や、発光素子の光の
回折によるノイズ防止等の目的で、発光素子14と受光素
子24の間に、第２図（１）と（２）に示すように、スリ
ット板25を設ける。このスリット板25の幅や取付け位置
を適当に選択すれば、必要な時間幅t₀のパルス信号が得
られる。

ここで、ミラーの面数、あるいは多角形ロータ磁石の角
数（第１図の実施例の場合には、ポリゴンミラーとして
のミラー面数と一致する）をＮ、受光素子24の数をｐと
すると、pn番目の受光素子は、１番目の受光素子に対し
て、次の式の位置関係で配置する。

ここで、pnは1,2,3,……,p 次に、Ｎ＝８（角）、ｐ＝４（個）の場合の配列例を表
に示す。

速度検出手段では、発光素子14を、受光素子24の対向位
置の回路基板13上、あるいは第２の筐体12上に、同数個
配置するのが基本的な配置方法であるが、上記の式
（１）によって配置する場合には、配置角度が小さいた
め、受光素子24の数よりも少ない数で構成することがで
きる。

このようにして発生される速度検出信号を用いれば、ロ
ータを定速制御することができる。この点に関しては、
従来の制御方法と同様であるから、特に詳しい説明はし
ない。

以上に詳細に説明したとおり、この発明の光偏向器で
は、第１の磁性鉄板と複数個のコアレス扁平コイルとか
らなる固定電機子と、リング状ロータ磁石と磁気回路を
構成するための第２の磁性鉄板とレーザ偏向用のポリゴ
ンミラーとからなるロータと、これらを取囲むととも
に、レーザ光を通過させる窓部を有する筐体とを備えた
光偏向器において、ロータを構成するリング状ロータ磁
石を、その回転軸を中心とした多角形の形状を有する多
面体とし、かつ、その多面体にポリゴンミラーを形成す
るようにしている。

〔発明の効果〕

この発明の光偏向器によれば、光偏向器本体の回転軸の
軸方向の寸法が短縮されて、小型・軽量となり、実装が
容易になるとともに、回転制御にも有利となる。

また、ロータ磁石とポリゴンミラーとを一体的に構成し
ているから、部品点数が減少し、組立て工程も簡単にな
るので、コスト面でも有利である、等の多くの優れた効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の光偏向器の一実施例について、そ
の要部構造を示す縦断面図、第２図（１）と（２）は、第１図に示したこの発明の光
偏向器のコイル基板22の詳細な構成を示す構成図で、図
（１）は平面図、図（２）は断面図、第３図（１）と（２）は、第１図に示したこの発明の光
偏向器について、そのロータ組立体の一例の要部構造を
示す構成図で、図（１）は平面図、図（２）は断面図、第４図（１）と（２）は、第１図に示したこの発明の光
偏向器について、そのフランジの一例の要部構造を示す
構成図で、図（１）は平面図、図（２）は断面図、第５図（１）と（２）は、第１図に示したこの発明の光
偏向器について、そのロータ磁石の一例の要部構造を示
す構成図で、図（１）は平面図、図（２）は断面図、第６図は、第２図に示した８極３相６コイルのモータの
コイルと、ロータ位置検出素子26a〜26cの配列位置との
関係を示す配置図、第７図は、第１図に示した８極３相６コイルのモータの
コイル結線と駆動回路の一例を示す回路図、第８図は、第１図に示した８極３相６コイルのモータ部
におけるロータ磁石、および回転磁界とコイル位置の一
例を示すタイムチャート、第９図は、８極３相６コイルのモータの場合に、ポリゴ
ンミラーと２個の速度検出手段との配列状態を説明する
ための配置図、第10図は、第９図に示した２個の速度検出手段から発生
される速度検出信号の一例を示すタイムチャート、第11図（１）と（２）は、従来のコアレス扁平ブラシレ
スモータ方式の光偏向器について、その要部構成の一例
を示す図で、図（１）は縦断面図、図（２）は平面図。図面において、11は第１の筐体、12は第２の筐体、13は
回路基板、14は速度検出器の発光素子、16は蓋部材、21
は第１の磁性鉄板、22はコイル基板、23はコアレス扁平
コイル、24は速度検出器の受光素子、31は回転軸、32は
フランジ、33は第２の磁性鉄板、34はリング状ロータ磁
石、35はミラーセグメント、36aと36bは軸受部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の磁性鉄板と複数個のコアレス扁平コ
イルとからなる固定電機子と、リング状ロータ磁石と磁
気回路を構成するための第２の磁性鉄板とレーザ偏向用
のポリゴンミラーとフランジとからなるロータと、これ
らを取囲むとともに、レーザ光を通過させる窓部を有す
る筐体とを備えた光偏向器であり、前記ロータを構成するリング状ロータ磁石またはフラン
ジは、その回転軸を中心とした多角形の形状を有する多
面体とされ、かつその多面体にポリゴンミラーが形成さ
れている光偏向器において、前記ポリゴンミラーの外接円の半径をr₁、その内接円の
半径をr₂とするとき、前記筐体上のr₂＜r₃＜r₁の関係と
なる半径r₃を有する位置に、LED等の発光素子を、１個
または複数個、互いに位相を変えて固定し、対向するコ
イル基板上に、ホトトランジスタ等の受光素子を、同様
に１個または複数個、互いに位相を変えて配置したこと
を特徴とする光偏向器。