JPH09297277A - 光走査装置用弾性部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光走査装置用の弾性部材を、高い精度で、且
つ容易に製造することができる光走査装置用弾性部材の
製造方法を提供する。 【解決手段】 ＴｉーＮｉ系形状記憶合金板２１上に、
トーションバネ５の平面形状に対応するレジスト層２２
を形成し、そのレジスト層２２が形成されていない部分
を電解研磨法によって溶解させて、両端部に前記ハウジ
ングに支持される固定部を形成し、且つ、中央部に磁石
付きミラーを支持する取付部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザープリン
タ、バーコードリーダー、レーザースキャンマイクロメ
ーター等の事務機器、計測機に使用される光走査装置弾
性部材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁石付きミラーと交流磁場を発生
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】この光走査装置においては、図６に示すよ
うに、形状記憶合金ワイヤ等からなるトーションバネ５
０が、適当な張力で引っ張られた状態でハウジング１に
固定治具２によって固定されている。トーションバネ５
０のほぼ中央に、磁石の少なくとも片面に鏡面加工され
た磁石付きミラー３が、図示しない接着剤で固定されて
いる。

【０００４】一方、コア６にはコイル７が巻き付けられ
ている。コイル７は、コア６に設けられたネジ孔８、及
びハウジング１に設けられた孔４を通して図示しないネ
ジによってハウジング１に固定されている。そして、パ
ルス電流発生器９より所定の電流をコイルに流すと交番
磁界が発生し、磁石付きミラー３が振動する。図示しな
い光源より発射されたレーザー光１０は磁石付きミラー
３によって反射され、磁石付きミラー３が共振すること
により図示しない被走査面に走査されるのである。

【０００５】しかしながら、前記従来の光走査装置は、
磁石付きミラー３をトーションバネ５０に接着剤等で固
定しているため、駆動中に徐々に両者の固着力が低下
し、ついには磁石付きミラーの空転あるいは脱落に至
り、装置の耐久性を著しく低下させる原因となってい
た。

【０００６】そこで、本出願人は、特願平８ー４１３６
１号において磁石付きミラーの固着力を強化して駆動中
の磁石付きミラーの脱落を防止するために、図７に示す
ように、少なくとも中央部分を平面状に形成したトーシ
ョンバネ５１を用いた光走査装置を提案している。

【０００７】そして、前記トーションバネ５１は、弾性
を有するワイヤを用いて引き抜き加工、圧延加工等を施
すことにより製造していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ワ
イヤの機械加工による製造方法では、精度の高いトーシ
ョンバネを製造することは困難であった。また、形状記
憶合金等の薄板を用いて切削加工を施すことにより製造
することも考えられるが、切削性の悪さのために製造が
極めて困難であるという問題もあった。

【０００９】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、光走査装置用の弾性部材を、高
い精度で、且つ容易に製造することができる光走査装置
用弾性部材の製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【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用弾性部材の
製造方法は、両端部がハウジングに支持され、且つ、中
央部がレーザー光線を反射させるための磁石付きミラー
を振動可能に支持する光走査装置用弾性部材を対象とし
て、特に、弾性を有する薄板上に、前記弾性部材の平面
形状に対応するレジスト層を形成し、そのレジスト層が
形成されていない部分を電解研磨法によって溶解させ
て、前記両端部に前記ハウジングに支持される固定部を
形成し、且つ、前記中央部に前記磁石付きミラーを支持
する取付部を形成する。従って、前記弾性を有する薄板
のレジスト層が形成されていない部分を均一に溶解し、
前記固定部及び取付部を有する弾性部材を、高い精度
で、且つ容易に製造することができる。

【００１１】また、請求項２に記載の光走査装置用弾性
部材の製造方法は、前記薄板が、形状記憶合金によって
構成されている。従って、極めて弾性的に優れ、且つ耐
久性に優れた弾性部材を製造することができる。

【００１２】また、請求項３に記載の光走査装置用弾性
部材の製造方法は、前記形状記憶合金が、ＴｉーＮｉ系
形状記憶合金であり、前記電解研磨法は、過塩素酸・酢
酸溶液を電解研磨液として用いている。従って、Ｔｉー
Ｎｉ系形状記憶合金によって構成される薄板のレジスト
層が形成されていない部分を、過塩素酸・酢酸溶液によ
り均一に溶解し、極めて弾性的に優れ、且つ耐久性に優
れた弾性部材を製造することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明の製造方法によって製造さ
れたトーションバネ５を示すものである。このトーショ
ンバネ５は、ＴｉーＮｉ系形状記憶合金を材質として、
厚さ約０．２ｍｍに形成されている。トーションバネ５
は、バネ部１１と、ハウジング固定部１２と、磁石付き
ミラー取付部１３とから構成されている。尚、トーショ
ンバネ５は本発明の光走査装置用弾性部材を、ハウジン
グ固定部１２は固定部を、磁石付きミラー取付部１３は
取付部をそれぞれ構成するものである。

【００１５】バネ部１１は、幅約０．１〜０．４ｍｍ程
度に形成されている。

【００１６】ハウジング固定部１２は、トーションバネ
５の両端部に設けられ、前記バネ部１１より大きく形成
されており、ハウジング１に固定するためのネジ止め用
の穴が形成されている。

【００１７】磁石付きミラー取付部１３は、トーション
バネ５の中央部に設けられ、磁石付きミラー３が取り付
けられる部分である。磁石付きミラー取付部１３の寸法
は、取り付けられる磁石付きミラー３の寸法とほぼ同じ
であり、およそ縦３ｍｍ、横６ｍｍ程度である。

【００１８】次に、前記トーションバネ５を電解研磨に
よって製造する方法について図２を用いて説明する。

【００１９】まず、図２（ａ）に示すように厚さ約０．
２ｍｍ程度のＴｉーＮｉ系形状記憶合金板２１（以下、
合金板２１と略記する）上に所望のトーションバネ５と
同じ寸法形状となるようにレジスト層２２を形成する。
尚、レジスト層２２は、図中、網掛けにて図示されてい
る。さらに、電解研磨で電圧を印加するためのリード線
２３を取り付け、その取り付け部分にも前記レジスト層
２２形成部分と連続するようにレジスト層２２を塗布す
る。リード線２３は、合金板２１全体を均一に電解研磨
するためにはできる限り多数設けたほうがよいが、少な
くとも１箇所あれば電解研磨を行うことは可能である。
また、リード線２３を取り付ける位置も、特に限定され
るものではない。図２では、便宜上２箇所のハウジング
固定部に対応する位置にリード線２３を設けた一例を図
示した。レジスト層２２は、図２（ａ）では合金板２１
の片面しか図示していないが、実際には合金板２１の表
裏両面の同じ位置に形成されている。

【００２０】次に、図２（ｂ）に示すように、前記レジ
スト層２２が形成された合金板２１を電解研磨液２７中
に配置し、合金板２１が陽極となるようにリード線２３
を直流電源２４に接続する。そして、合金板２１の表裏
各面に対向するように少なくとも２枚の陰極板２５を配
置し、直流電源２４の陰極側に接続する。陰極板２５は
白金板またはステンレス板を用いる。尚、陰極板２５は
浴槽２６の側壁全体を覆うように配置できれば望まし
い。電解研磨液２７には、過塩素酸・酢酸溶液が用いら
れ、その組成は、例えば、５％過塩素酸・９５％酢酸で
ある。この状態で直流電源２４より所定の電圧を印加す
ると、合金板２１上のレジスト層２２が形成されていな
い部分が徐々に溶解し、最終的に図２（ｃ）に示すよう
にレジスト層２２を形成した部分及びリード線２３のみ
が残存する。印加する電圧は５〜３０Ｖで、例えば、２
０Ｖの電圧を印加すると２〜３時間程度で所望の形状に
なる。

【００２１】そして、最後にリード線２３及びその延長
する不要部分を切断除去し、さらにレジスト層２２を除
去すれば図１に示すようなトーションバネ５が完成す
る。

【００２２】尚、前記製造方法は、その要旨を逸脱しな
い範囲において、種々の変更を加えることができる。

【００２３】例えば、電解研磨液２７の組成は自由に変
更可能でり、また、必要であれば液を加熱し、３０〜５
０℃程度で実施すれば合金板２１の溶解速度が増す。ま
た、電解研磨液２７に適当な攪拌を与えたり、合金板２
１に揺動、振動、回転等を与えれば、より均一に合金板
２１を溶解でき、ひいては精度よくトーションバネ５を
作製することができるのである。

【００２４】さらに、合金板２１と陰極板２５の配置は
図２（ｂ）に示した配置に限られるものではない。例え
ば、合金板２１を液面に対して水平に配置し、その合金
板２１と対向するように陰極板２５を配置する、すなわ
ち、２枚の陰極板２５を浴槽２６の底付近と液面付近に
配置してもよいのである。

【００２５】さらに、前記製造方法においては定電位に
よる電解研磨についてその一例を説明したが、これを定
電流にて実施することも可能である。特に、トーション
バネ５の面積に比べ溶解する部分の面積が大きい場合、
定電流で実施するほうがより精度よくトーションバネを
作製することができる。その定電流条件は合金板２１と
作製するトーションバネ５の面積と形状にもよるが、電
流密度は約０．５〜５Ａ／ｄｍ²程度である。

【００２６】また、前記実施の形態においては、トーシ
ョンバネの材質をＴｉーＮｉ系形状記憶合金としたが、
他の形状記憶合金でもよく、また、弾性を有し、且つ耐
久性に優れた材質であればこれらに限られることはな
い。

【００２７】次に、前記方法で製造されたトーションバ
ネ５を用いて構成された光走査装置について図３を用い
て説明する。

【００２８】前記方法で製造されたトーションバネ５
が、適当な張力で引っ張られた状態でハウジング固定部
１２で固定治具２によってハウジング１に固定されてい
る。トーションバネ５は、上述したように厚さ約０．２
ｍｍのＴｉーＮｉ系形状記憶合金からなり、バネ部１
１、ハウジング固定部１２及び磁石付きミラー取付部１
３からなる。トーションバネ５のほぼ中央の磁石付きミ
ラー取り付け部１３には、磁石付きミラー３が図示しな
い接着剤で固定されている。磁石付きミラー３には、Ｎ
ｉ−Ｃｏ系合金またはＳｍ−Ｃｏ系合金等が用いられ、
その大きさは縦３ｍｍ、横６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ程度
である。

【００２９】一方、コア６にはコイル７が巻き付けられ
ており、例えば３００ターンほど巻かれている。コイル
７は、コア６に設けられたネジ孔８及び、ハウジング１
に設けられた孔４を通して図示しないネジによってハウ
ジング１に固定されている。パルス電流発生器９によ
り、例えば３Ｖで１００ｍＡ程度の電流をコイル７に流
すと交番磁界が発生し、磁石付きミラー３が振動する。
光源３１より発射されたレーザー光１０は磁石付きミラ
ー３によって反射され、磁石付きミラー３が共振するこ
とにより被走査面３２に走査されるのである。

【００３０】次に、本実施の形態の光走査装置の動作に
ついて説明する。

【００３１】今、コイル７に図５に示すようなパルス電
流を流すと、コイル７前方及び後方には、図４の（ａ）
及び（ｂ）に示すようにいわゆる交番磁界ができる。そ
して、中心がトーションバネ５に固定され、かつ、その
コイル７前方に設置されている磁石付きミラー３は、交
番磁界によりＭＨｃｏｓθのトルクを受ける。（Ｍは磁
石付きミラーの磁気モーメント、Ｈは磁界の強さ、θは
ふれ角）また、ねじれ角θの場合トーションバネ５によ
る復元力、ｋθも同時に受ける（ｋ：バネ定数）。

【００３２】さらに、磁石付きミラー３が高速に振動す
る場合、空気との摩擦抵抗及びトーションバネ５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、磁石付きミラー３はねじり振動を始
める。この振動系を方程式で表すと数式１になる。

【００３３】

【数１】

【００３４】これは、減衰振動系に強制力が加わった場
合の方程式で、その一般解は数式２で表される。

【００３５】

【数２】

【００３６】つまり、電流の周波数ωと、磁石付きミラ
ー３及びトーションバネ５からなる機械系の固有振動数
ω₀が一致した場合いわゆる共振状態となり、最大のふ
れ角となるのである。本実施形態の場合、コイル７にか
ける電圧３Ｖ、コイル電流約１００ｍＡで、約８００Ｈ
ｚで共振し、そのふれ角は約５０度、すなわち、走査角
約１００度でレーザー光を走査するのである。

【００３７】前記実施形態では、走査角約１００度、走
査周波数８００Ｈｚを例にとって説明したが、前記トー
ションバネの板厚Ｔ、磁石付きミラーの質量ｍを変える
ことによって様々な周波数の光走査装置をつくることが
できる。例えば、４００Ｈｚの光走査装置を製作する場
合、周波数ｆは（ｋ／ｍ）^1/2に比例し、バネ定数ｋは
Ｔ³に比例することからＴの３／２乗が周波数に比例す
ることになる。Ｔ＝２００μｍで共振周波数８００Ｈｚ
であったことから、おおよそＴ＝１２５μｍの形状記憶
合金板を上と同様な条件で用いれば、およそ４００Ｈｚ
の光走査装置を製作することができる。

【００３８】さらに、数式２の係数ＭＨ／Ｉからわかる
ように、いろいろな強さ（Ｍ）の磁石付きミラーを用い
ることで、あるいは様々な振幅の磁界（Ｈ＝ｎｉ、ｎ：
コイル巻線数 ｉ：電流）即ち、電流ｉを与えること
で、対象となる電気製品あるいは電子機器に応じて所望
の走査角を持つ光走査装置を作ることができるのであ
る。

【００３９】また、本実施の形態ではコイル７に流す電
流波形を矩形波とした。なぜなら、図５に示すようにね
じれ角θによって磁石付きミラーに加えられるトルクは
ＭＨｃｏｓθとなり、ちょうど交番磁界Ｈｃｏｓθが磁
石付きミラーの磁気モーメントＭに作用することにな
り、θ＝ωｔとおくと数式１が成立するからである。

【００４０】図５に矩形波電流に伴う磁石付きミラーの
ねじれ角θの振動の様子を示す。数式（２ー２）より、
ω＝ω₀のとき、α＝９０°すなわちθは交番磁界に対
して９０°位相遅れとなる。つまり、磁界の切り替わり
から９０°遅れたところで磁石付きミラーのねじれ角θ
は最大になり、ひいてはトーションバネ５による復元力
ｋθ（ｋ：バネ定数）も最大となる。電流波形の各点
ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ磁石付きミラーの振動状態
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対応している。矩形
波にするとトーションバネ５の復元力が最大になるまで
磁石付きミラー３にトルクを与えることができるので、
他の電流波形に比べ走査幅を最大にすることができる。
しかしながら、走査幅に余裕があればＳＩＮ波、三角波
などの周期波形でも十分走査可能である。また、本実施
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
振現象を利用して本光走査装置を構成したが、電力に余
裕があるなら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。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の請求項１に記載の光走査装置用弾性部材の製造
方法は、両端部がハウジングに支持され、且つ、中央部
がレーザー光線を反射させるための磁石付きミラーを振
動可能に支持する光走査装置用弾性部材を対象として、
特に、弾性を有する薄板上に、前記弾性部材の平面形状
に対応するレジスト層を形成し、そのレジスト層が形成
されていない部分を電解研磨法によって溶解させて、前
記両端部に前記ハウジングに支持される固定部を形成
し、且つ、前記中央部に前記磁石付きミラーを支持する
取付部を形成する。従って、前記弾性を有する薄板のレ
ジスト層が形成されていない部分を均一に溶解し、前記
固定部及び取付部を有する弾性部材を、高い精度で、且
つ容易に製造することができる。

【００４２】また、請求項２に記載の光走査装置用弾性
部材の製造方法は、前記薄板が、形状記憶合金によって
構成されている。従って、極めて弾性的に優れ、且つ耐
久性に優れた弾性部材を製造することができる。

【００４３】また、請求項３に記載の光走査装置用弾性
部材の製造方法は、前記形状記憶合金が、ＴｉーＮｉ系
形状記憶合金であり、前記電解研磨法は、過塩素酸・酢
酸溶液を電解研磨液として用いている。従って、Ｔｉー
Ｎｉ系形状記憶合金によって構成される薄板のレジスト
層が形成されていない部分を、過塩素酸・酢酸溶液によ
り均一に溶解し、極めて弾性的に優れ、且つ耐久性に優
れた弾性部材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の製造方法により製造され
たトーションバネの平面図である。

【図２】トーションバネの製造方法を示す説明図であ
る。

【図３】光走査装置の構成を示す斜視図である。

【図４】磁石付きミラーが交番磁界からトルクを受ける
模式図である。

【図５】磁石付きミラーが矩形波電流に伴って振動する
様子を示す図である。

【図６】従来の光走査装置の構成を示す斜視図である。

【図７】従来の光走査装置の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ３ 磁石付きミラー ５ トーションバネ １２ ハウジング固定部 １３ 磁石付きミラー取付部 ２７ 電解研磨液

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端部がハウジングに支持され、且つ、
   中央部がレーザー光線を反射させるための磁石付きミラ
   ーを振動可能に支持する光走査装置用弾性部材の製造方
   法において、 弾性を有する薄板上に、前記弾性部材の平面形状に対応
   するレジスト層を形成し、そのレジスト層が形成されて
   いない部分を電解研磨法によって溶解させて、前記両端
   部に前記ハウジングに支持される固定部を形成し、且
   つ、前記中央部に前記磁石付きミラーを支持する取付部
   を形成することを特徴とする光走査装置用弾性部材の製
   造方法。
2. 【請求項２】 前記薄板は、形状記憶合金によって構成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装
   置用弾性部材の製造方法。
3. 【請求項３】 前記形状記憶合金は、ＴｉーＮｉ系形状
   記憶合金であり、 前記電解研磨法は、過塩素酸・酢酸溶液を電解研磨液と
   して用いたことを特徴とする請求項２に記載の光走査装
   置用弾性部材の製造方法。