JPH09230266A

JPH09230266A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH09230266A
Application number: JP8041361A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Asano; 武志浅野
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、繰返しかかる回転力にも長期
間耐えうる振動系を有する光走査装置を提供する。【解決手段】ハウジング１に対して小磁石３を支持す
ると共に、前記小磁石３の振動の支点となるためのトー
ションバネ５１を有し、前記トーションバネ５１は、少
なくとも前記小磁石３に接触する部分が平面状に形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザプリンタ、
バーコードリーダ、レーザスキャンマイクロメータ等の
事務機器、計測機に使用される光走査装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ミラー付き小磁石と交流磁場を発
生させるためのコイルを備えた光走査装置としては、本
出願人により特願平７ー２９６７８８号の光走査装置が
提案されている。

【０００３】これは、図７に示すように、コア６に巻回
してなるコイル７にパルス電流発生器９を接続して磁界
発生手段を構成し、前記磁界発生手段により形成される
磁界の作用により小磁石３及びその小磁石３に固定され
た鏡面３ａを振動させて、光源より発せられる光ビーム
１０を前記鏡面３ａに入射させることにより、前記鏡面
３ａの振動に基づいて前記光ビーム１０を走査させる光
走査装置である。そして、前記光走査装置のハウジング
１に対して前記小磁石３を支持すると共に、前記小磁石
３の振動の支点となるために、形状記憶合金からなるト
ーションバネ５を有している。

【０００４】磁界発生手段により磁界が発生すると、こ
の磁界は小磁石３に前記トーションバネ５を中心とした
トルクを与えるが、一方、形状記憶合金からなるトーシ
ョンバネ５より復元力を受けるので、周期的な磁界が加
えられることにより振動させることができる。特に、そ
のトーションバネ５及び小磁石３からなる振動系の機械
的固有振動数と発生する磁界の周波数とが一致した場合
には共振が起こり、振幅を最大にさせる。そして、小磁
石３の表面には鏡面３ａが固定されているので、鏡面３
ａに入射された光ビーム１０は反射されて、振動の軸で
あるトーションバネ５と直交する方向に光ビーム１０が
走査される。

【０００５】前記従来の光走査装置は、トーションバネ
と磁石とからなる振動系の共振を利用して、小さな電力
で大振幅の光走査を行うようにした画期的な発明であ
る。前記トーションバネ５は入手が容易な円形断面のワ
イヤで構成され、直径１００〜５００μｍのものが用い
られていた。また、駆動部の軽量化を図るため、トーシ
ョンバネ５と小磁石３とは接着によって固定されてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようにトーションバネの直径は細く、一方、磁石は３〜
６ｍｍ程度の高さしかないので、接着面積は極めて小さ
く、接着強度は低い。しかも、円形断面のワイヤでは、
磁石の振動による回転方向の力に対して接着力以外に拘
束力が作用しないので、回転方向の繰返し力がかかると
接着部がゆるんで磁石がはずれたり、空回りするという
問題点があった。

【０００７】図８に示すように、小磁石３のトーション
バネ５を取付ける面が平面の場合、トーションバネ５と
小磁石３とは１点で接し、接着剤１５で保持されている
だけなので、矢印ＣＤ方向の繰返し力に対して非常に弱
い。図９或いは図１０に示すように磁石に切欠き３ｂ或
いは３ｃを設けて接触面積を増やしても、大振幅で高速
に駆動する場合には、高性能な接着剤を使用しても長期
間の使用には耐えなかった。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、簡単な構成で、繰返しかかる回
転力にも長期間耐えうる振動系を有する光走査装置を提
供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項１に記載の光走査装置は、磁界発生
手段により形成される磁界の作用により磁石を振動さ
せ、その磁石と共に固定された鏡面を振動させて、光源
より発せられる光ビームを前記鏡面に入射させることに
より、前記鏡面の振動に基づいて前記光ビームを走査さ
せるものを対象として、特に、前記光走査装置のハウジ
ングに対して前記磁石を支持すると共に、前記磁石の振
動の支点となるための弾性部材を有し、前記弾性部材
は、少なくとも前記磁石に接触する部分が平面状に形成
されている。従って、前記弾性部材の平面部と磁石の平
面部とを接着することにより回転方向の力に対して拘束
力が作用するので、わずかな接着力で振動駆動される磁
石を支持することができる。

【００１０】また、請求項２に記載の光走査装置は、前
記弾性部材が、少なくとも前記磁石に接触する部分の断
面が多角形状のワイヤにより構成されている。従って、
前記ワイヤの平面部と磁石の平面部とを接着することに
より、回転方向の力に対して拘束力が作用するので、わ
ずかな接着力で振動駆動される磁石を支持することがで
きる。

【００１１】また、請求項３に記載の光走査装置は、前
記弾性部材が、少なくとも前記磁石に接触する部分の断
面が小判形状のワイヤにより構成されている。従って、
前記ワイヤの平面部と磁石の平面部とを接着することに
より、回転方向の力に対して拘束力が作用するので、わ
ずかな接着力で振動駆動される磁石を支持することがで
きる。

【００１２】また、請求項４に記載の光走査装置は、前
記弾性部材が、薄板により構成されている。従って、プ
レスやエッチング等の加工法によって前記弾性部材の形
状を自由に設定できるので、前記磁石との接着部やハウ
ジングとの固定端を大きくすることができ、より容易で
確実な固定を行うことができる。

【００１３】また、請求項５に記載の光走査装置は、前
記薄板が、前記磁石に対応する部分に他の部分よりも面
積が大きい磁石取付部を備えている。従って、前記磁石
をより確実に固定することができる。

【００１４】また、請求項６に記載の光走査装置は、前
記弾性部材が、Ｎｉ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ａｇ−Ｃ
ｄ系などのいずれかの形状記憶合金により構成されてい
る。これらの合金は耐久性に優れ、比較的入手が容易で
ある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光走査装置を具体
化した実施の形態について図面を参照して説明する。

【００１６】図１は、第１の実施の形態の光走査装置の
構造を示すものである。小磁石３は、縦が３ｍｍ、横が
６ｍｍで厚さ０．３ｍｍのＮｄ−Ｆｅ（ネオジウム鉄）
からなる小磁石であり、その表面には防錆のためにニッ
ケルメッキが施されている。また、前記小磁石３の片面
３ａは後述するレーザビームを反射させるために鏡面加
工されている。なお、小磁石３の表面を鏡面加工する代
わりに、小磁石３の表面に鏡を接着等により貼付けても
よい。この小磁石３は約１００００ガウスの残留磁束密
度を有している。小磁石３における鏡面３ａの裏面に
は、Ｎｉ−Ｔｉ合金からなるトーションバネ５１が取付
けられている。このトーションバネ５１は図２に示すよ
うな長方形の断面形状をしており、断面が円形状のＮｉ
−Ｔｉ合金製ワイヤを引抜き加工することによって作ら
れる。厚さは約８０μｍ、幅は約３００μｍであり、長
さは約１０ｍｍである。このトーションバネ５１はその
上下端をアルミ合金からなる治具２にて、中央を矩形に
くり抜かれた矩形状のハウジング１にネジ止めされてい
る。尚、トーションバネ５１は本発明の弾性部材を、小
磁石３は磁石をそれぞれ構成するものである。

【００１７】ハウジング１に対してトーションバネ５１
及び小磁石３を支持する際の方法について説明する。

【００１８】まず、トーションバネ５１は所定の張力で
引っ張られた状態にて固定治具１２によりネジ止めでハ
ウジング１に固定される。そして、このように固定され
たトーションバネ５１に上述した小磁石３がトーション
バネ５１のほぼ中央付近に接着剤にて固定される。その
際、トーションバネの幅方向が図中の矢印ＡＢ方向、厚
さ方向が紙面に直角方向となる。

【００１９】また、ハウジング１の後面にはコイル７が
設けられている。このコイル７は円筒状のコア６の周囲
に３００ターン／ｃｍの密度の巻き線を設けたものであ
り、コア６に形成されたネジ穴８及びハウジング１に形
成された穴４を介してハウジング１にネジ止めされてい
る。このコイル７の巻き線の両端にはパルス電流発生器
９が接続されており、３Ｖで１００ｍＡ程度の電流をコ
イル７に流すことができる。尚、コイル７及びパルス電
流発生器９は、本発明の磁界発生手段を構成するもので
ある。つまり、このコイルに前記電流を流すことによ
り、３００［ターン／ｃｍ］×１００［ｍＡ］＝３００
０［Ａ／ｍ］の交番磁界を与えることができる。そし
て、パルス電流発生器９により所定の矩形波電流をコイ
ル７に印加することにより後述するメカニズムにて磁石
３が共振し、図示しない光源から発せられて磁石３の鏡
面３ａに入射したレーザビーム１０が所定の走査角にて
走査される。

【００２０】次に、前記構成の光走査装置の動作につい
て説明する。コイル７にパルス電流を流すと、コイル７
の前方および後方には、図６（ａ）および（ｂ）に示す
ようにいわゆる交番磁界Ｈが形成される。中心がトーシ
ョンバネ５１に固定され、かつそのコイル７の前方に設
置されている小磁石３は、交番磁界によりＭＨｃｏｓθ
のトルクを受ける（ただし、Ｍは小磁石３の磁気モーメ
ント、Ｈは磁界の強さ、θはふれ角である）。また、ね
じれ角θのときに、トーションバネ５１による復元力ｋ
θも同時にうける（ただし、ｋはトーションバネ５１の
バネ定数である）。さらに、小磁石３が高速に振動する
場合、空気との摩擦抵抗およびトーションバネ５１内部
の摩擦抵抗などによって、ｄθ／ｄｔに比例した減衰力
も受けることになる。そして前記トルクが周期的（角振
動数ω）に加わると、小磁石３はねじり振動を行う。こ
の振動系を方程式で表すと下に示す式となる。

【００２１】

【数１】

【００２２】これは、減衰振動系に強制力が加わった場
合の方程式で、その一般解は下に示す式で表される。

【００２３】

【数２】

【００２４】つまり、電流の周波数ωと、小磁石３とト
ーションバネ５１とからなる機械系の固有振動数ω₀と
が一致した場合にいわゆる共振状態となり、最大のふれ
角になるのである。本実施の形態の場合、コイル７にか
ける電圧を３Ｖとし、巻き線に流れる電流を約１００ｍ
Ａとすると振動周波数約８００Ｈｚで共振し、小磁石３
のふれ角は約５０度となる。すなわち、小磁石３の表面
に形成されている鏡面３ａで反射されたレーザビーム１
０は走査角約１００度で走査されるのである。

【００２５】前述のように、トーションバネ５１は図２
に示すような断面形状をしており、トーションバネ５１
の平面部と小磁石３の平面部とが接着されているので、
図６に示すような回転方向の力に対してトーションバネ
５１の拘束力が作用し、わずかな接着力で小磁石３の振
動を支持することができる。また、円形断面のワイヤに
比べて接触面積が大きいので、接着力も強くなってい
る。従って、大振幅で高速に駆動しても、長期間の使用
が可能である。

【００２６】次に、本発明を具体化した光走査装置の第
２の実施の形態を説明する。本実施形態では、トーショ
ンバネ５２は図３に示すような小判形の断面形状をして
いる。このような断面形状のワイヤは、円形断面のワイ
ヤを圧延することによって容易に作ることができる。従
って、第１の実施形態のように専用のダイスを用いて引
抜き加工を行う必要がなく、安価に量産することがで
き、まったく同様の効果が得られる。

【００２７】次に、本発明を具体化した光走査装置の第
３の実施の形態を図４を用いて説明する。本実施形態で
は、トーションバネ５３は円形断面のワイヤを使用し、
ハウジング１に固定する両端部５３ａ、５３ｂと小磁石
３を取付ける部分５３ｃの外周の一部分だけが平面加工
されている。このような構成では、第１及び第２の実施
形態と同じ共振周波数にした場合、円形断面の直径は多
角形或いは長円形断面の平面部の幅より小さいので、ハ
ウジング１或いは小磁石３とトーションバネ５３の接触
面積が小さくなるが、入手が容易な円形断面のワイヤを
機械加工して作ることができるので、低コストで少量生
産することが可能となる。

【００２８】次に、本発明を具体化した光走査装置の第
４の実施の形態を説明する。本実施形態では、トーショ
ンバネ５４は厚さ約８０μｍのＮｉ−Ｔｉ合金製の薄板
を、図５に示すような形状にエッチング加工してある。
バネ部分５４ｄ、５４ｅの幅は約３００μｍであるが、
ハウジング１に固定する両端部５４ａ、５４ｂと小磁石
３を取付ける磁石取付部５４ｃは大きく形成されてい
る。また、両端部５４ａ、５４ｂには、取付けを簡単に
するためにネジ止め用の穴があけてある。

【００２９】このような構成により、トーションバネ５
４の固定及び小磁石３の保持が確実で、組立も容易な低
コストの光走査装置を得ることが可能となる。

【００３０】前記の各実施の形態は、光走査装置を実現
した一例であり当業者は本発明の趣旨を逸脱しない限
り、様々な変形を行うことができる。

【００３１】例えば、第１の実施の形態では走査角１０
０度、振動周波数８００Ｈｚを例にとって説明したが、
トーションバネ５１の厚さ、幅、長さ、小磁石の質量等
を変えることによって、任意の周波数の光走査装置を実
現することができる。

【００３２】また、第１の実施の形態では長方形の断面
形状を有するトーションバネ５１について詳述したが、
平面部を有するものであれば、例えば三角形や五角形の
断面形状を有するワイヤでも構わない。

【００３３】また、前記各実施の形態では、便宜上、コ
イル７の前面にトーションバネ５１〜５４の何れかおよ
び小磁石３を配置したが、コイル７の周辺であって交番
磁界が小磁石３の磁気モーメントＭと略直交する方向に
発生する箇所ならば、どこに配置してもよいのである。

【００３４】また、前記各実施の形態では走査幅を最大
にするためコイル７に流す電流波形を矩形波としたが、
走査幅に余裕があれば、ＳＩＮ波、三角波などの周期波
形でもよい。

【００３５】また、前記各実施の形態ではコイル７に流
す電流を最小限に止めるために共振現象を利用して光走
査装置を構成したが、電力に余裕があるならば共振点を
はずして光走査装置を駆動しても機能上問題はないので
ある。

【００３６】また、前記各実施の形態ではトーションバ
ネ５１〜５４の材質をＮｉ−Ｔｉ合金としたが、Ｃｕ−
Ｚｎ系、Ａｇ−Ｃｄ系、Ａｕ−Ｃｄ系、Ｃｕ−Ｓｎ系、
Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｐｔ系等の形状記憶合金を
使用してもよい。また、弾性を有する他の金属を使用し
ても構わない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の請求項１に記載の光走査装置は、磁界発生手段に
より形成される磁界の作用により磁石を振動させ、その
磁石と共に固定された鏡面を振動させて、光源より発せ
られる光ビームを前記鏡面に入射させることにより、前
記鏡面の振動に基づいて前記光ビームを走査させるもの
を対象として、特に、前記光走査装置のハウジングに対
して前記磁石を支持すると共に、前記磁石の振動の支点
となるための弾性部材を有し、前記弾性部材は、少なく
とも前記磁石に接触する部分が平面状に形成されてい
る。従って、前記弾性部材の平面部と磁石の平面部とを
接着することにより、回転方向の力に対して拘束力が作
用するので、わずかな接着力で振動駆動される磁石を支
持することができる。また、円形断面のワイヤに比べて
接触面積を大きくすることできる。よって、簡単な構成
で、長期間の使用に耐えることができる。

【００３８】また、請求項２に記載の光走査装置は、前
記弾性部材が、少なくとも前記磁石に接触する部分の断
面が多角形状のワイヤにより構成されている。従って、
前記ワイヤの平面部と磁石の平面部とを接着することに
より、回転方向の力に対して拘束力が作用するので、わ
ずかな接着力で振動駆動される磁石を支持することがで
きる。よって、入手が容易な円形断面のワイヤを引き抜
き加工等することにより作ることができるので、低コス
トで少量生産することが可能となる。

【００３９】また、請求項３に記載の光走査装置は、前
記弾性部材が、少なくとも前記磁石に接触する部分の断
面が小判形状のワイヤにより構成されている。従って、
前記ワイヤの平面部と磁石の平面部とを接着することに
より、回転方向の力に対して拘束力が作用するので、わ
ずかな接着力で振動駆動される磁石を支持することがで
きる。よって、入手が容易な円形断面のワイヤを圧延加
工することにより作ることができるので、低コストで少
量生産することが可能となる。

【００４０】また、請求項４に記載の光走査装置は、前
記弾性部材が、薄板により構成されている。従って、プ
レスやエッチング等の加工法によって前記弾性部材の形
状を自由に設定できるので、前記磁石との接着部やハウ
ジングとの固定端を大きくすることができ、より容易で
確実な固定を行うことができる。

【００４１】また、請求項５に記載の光走査装置は、前
記薄板が、前記磁石に対応する部分に他の部分よりも面
積が大きい磁石取付部を備えている。従って、前記磁石
をより確実に固定することができる。

【００４２】また、請求項６に記載の光走査装置は、前
記弾性部材が、Ｎｉ−Ｔｉ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ａｇ−Ｃ
ｄ系などのいずれかの形状記憶合金により構成されてい
る。従って、前記弾性部材は耐久性に優れ、比較的入手
が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の光走査装置の主要な構成を
示す斜視図である。

【図２】第１の実施の形態の光走査装置のトーションバ
ネの断面図である。

【図３】第２の実施の形態の光走査装置のトーションバ
ネの断面図である。

【図４】第３の実施の形態の光走査装置の主要な構成を
示す分解斜視図である。

【図５】第４の実施の形態の光走査装置のトーションバ
ネの形状を示す図である。

【図６】本発明の各実施の形態において、小磁石が交番
磁界からトルクを受ける模式図である。

【図７】従来の光走査装置の主要な構成を示す斜視図で
ある。

【図８】従来の光走査装置のトーションバネと小磁石の
接着方法の一例を示す断面図である。

【図９】従来の光走査装置のトーションバネと小磁石の
接着方法の他の例を示す断面図である。

【図１０】従来の光走査装置のトーションバネと小磁石
の接着方法の他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ハウジング３小磁石７コイル９パルス電流発生器１０レーザビーム５１トーションバネ５２トーションバネ５３トーションバネ５４トーションバネ５４ｃ磁石取付部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界発生手段により形成される磁界の作
用により磁石を振動させ、その磁石と共に固定された鏡
面を振動させて、光源より発せられる光ビームを前記鏡
面に入射させることにより、前記鏡面の振動に基づいて
前記光ビームを走査させる光走査装置において、前記光走査装置のハウジングに対して前記磁石を支持す
ると共に、前記磁石の振動の支点となるための弾性部材
を有し、前記弾性部材は、少なくとも前記磁石に接触する部分が
平面状に形成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】前記弾性部材は、少なくとも前記磁石に
接触する部分の断面が多角形状のワイヤにより構成した
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】前記弾性部材は、少なくとも前記磁石に
接触する部分の断面が小判形状のワイヤにより構成した
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】前記弾性部材は、薄板により構成したこ
とを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項５】前記薄板は、前記磁石に対応する部分に
他の部分よりも面積が大きい磁石取付部を備えたことを
特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】前記弾性部材は、Ｎｉ−Ｔｉ系、Ｃｕ−
Ｚｎ系、Ａｇ−Ｃｄ系などのいずれかの形状記憶合金に
より構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
かに記載の光走査装置。