JPH09304721A

JPH09304721A - 光走査装置

Info

Publication number: JPH09304721A
Application number: JP11879696A
Authority: JP
Inventors: Yasuisa Kobayashi; 靖功小林
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】磁石付きミラーと弾性線状部材との固着力を
向上させて耐久性を高め、しかも、従来困難であった磁
石の鏡面研磨加工を廃止することができる光走査装置を
提供することである。【解決手段】光源１４から出射されたレーザー光線を
反射させるための磁石付きミラー６は、予め別々に作製
されたミラー５と磁石３とによって構成され、そして、
その両者によって形状記憶合金ワイヤ７を接着層４を介
して挟持しつつ形状記憶合金ワイヤ７に固着されること
により一体的に形成されている。

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や計測機等に使用される光走査装置
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とを備えた光走査装置としては、
例えば、図５に示す構成を有するものが知られている。
形状記憶合金等からなる弾性線状部材５５が適当な張力
で引っ張られた状態でハウジング５１に固定治具５２に
よって固定されている。そして、磁石の少なくとも一側
面に鏡面加工された磁石付きミラー５３の他側面が前記
弾性線状部材５５の略中央部に図示しない接着剤で固定
されている。

【０００３】一方、コア５６にはコイル５７が巻き付け
られている。コイル５７は、コア５６に設けられたネジ
穴５８、及びハウジング５１に設けられた穴５４を通し
て図示しないネジによってハウジング５１に固定されて
いる。そして、パルス電流発生器５９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５３
が弾性線状部材５５を支点として振動する。光源６１か
ら発射されたレーザー光６０は磁石付きミラー５３によ
って反射され、磁石付きミラー５３が共振することによ
り被走査面６２に走査されるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光走査装置によれば、磁石付きミラー５３の片面を弾性
線状部材５５に接着固定しているだけであるため接着力
が弱く、駆動中に磁石付きミラー５３が空回りしたり脱
落したりすることがたびたび発生していた。また、磁石
付きミラー５３は磁石の少なくとも片面を鏡面研磨加工
して作製されているが、鏡面研磨加工時に切り粉が研磨
面に付着して新たに傷を発生させる等の理由で鏡面研磨
加工が非常に困難であった。

【０００５】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、予め別々に作製しておいたミラ
ーと磁石とで弾性線状部材を挟持しつつその両者を接合
固定することにより、磁石付きミラーと弾性線状部材と
の固着力を向上させて耐久性を高め、しかも、従来困難
であった磁石の鏡面研磨加工を廃止することができる光
走査装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【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、支持体に
張設された弾性線状部材と、前記弾性線状部材に揺動可
能に支持され、かつ光源から出射されたレーザー光線を
反射させるための磁石付きミラーと、前記磁石付きミラ
ーを揺動させるために交番磁界を発生するコイルとから
なるものを対象として、特に、前記磁石付きミラーは、
前記弾性線状部材を間に挟んで磁石及びミラーを接合固
定して構成したものである。

【０００７】従って、この光走査装置によれば、コイル
に交番電流を流すとコイル周辺には交番電流に応じた交
番磁界が発生する。この交番磁界は、弾性線状部材に固
定された磁石付きミラーにトルクを与えるため、弾性線
状部材にはねじり応力が発生する。このため、弾性線状
部材は交番磁界によりトルクを、ねじりにより復元力を
受けるので、磁石付きミラーを周期的な交番電流によっ
て振動させることができる。特に、弾性線状部材及び磁
石付きミラーからなる振動系の機械的固有振動数と上記
交番電流の周波数とが一致した場合は共振が起こり、振
幅を最大にできる。このような構成にすれば、入射する
レーザー光の走査角度を大きくすることができる。さら
に、磁石付きミラーは、予め別々に作製しておいたミラ
ーと磁石とで弾性線状部材を挟持しつつその両者が接合
固定されるため、磁石付きミラーと弾性線状部材との固
着力が向上し、極めて耐久性に優れた光走査装置を提供
することができる。また、ミラーと磁石とを別々に作製
することで、従来困難であった磁石の鏡面研磨加工を必
要とせず、簡単に作業性よく所望の光走査装置を製作す
ることができる。

【０００８】また、請求項２に記載の光走査装置は、前
記磁石及びミラーが、接着層を介して接合固定されてい
る。従って、前記磁石及びミラーはそれぞれ互いに対向
する面全体が前記接着層によって接着されるため、その
両者間の固定並びにその両者と弾性線状部材との間の固
定を一層確実、かつ強固にすることができる。

【０００９】

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

【００１０】図１は、本実施の形態の光走査装置の構造
を立体的に示すものである。弾性線状部材としての形状
記憶合金ワイヤ７が適当な張力で引っ張られた状態でそ
の両端部が支持体としてのハウジング１に固定治具２に
よって固定されている。形状記憶合金ワイヤ７の略中央
部に磁石付きミラー６が取り付けられている。磁石付き
ミラー６は、予め別々に平板状に作製された磁石３とミ
ラー５とからなり、そして、その両者によって前記形状
記憶合金ワイヤ７を接着層４を介して挟持しつつ形状記
憶合金ワイヤ７に固着されることにより一体的に形成さ
れている。前記形状記憶合金ワイヤ７は、ＴｉーＮｉ系
合金、またはＣｕーＺｎ系合金等が用いられる。線径は
約１４０μｍ、長さ約１０ｍｍである。磁石３は、Ｎｉ
ーＣｏ系合金、またはＳｍ−Ｃｏ系合金等が用いられ
る。また、前記接着層としては、常温で接着作用を発揮
する接着剤、例えば、室温硬化型アクリル接着剤、ある
いは、加熱することによって接着作用を発揮する接着
剤、例えば、エポキシ系熱硬化型接着剤等が用いられ
る。

【００１１】一方、磁石３と対向してコア９が配置され
ており、そのコア９にはコイル１０が巻き付けられてい
る。コイル１０は、コア９に設けられたネジ穴１１及び
ハウジング１に設けられた穴８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１２により、例えば、３Ｖで１００ｍＡ程
度の電流をコイル１０に流すと交番磁界が発生し、磁石
付きミラー６が振動する。

【００１２】また、ミラー５と対向して光源１４が配置
されている。光源１４より発射されたレーザー光１３は
磁石付きミラー６によって反射され、磁石付きミラー６
が共振することにより被走査面１５に走査されるのであ
る。

【００１３】次に、動作について説明する。

【００１４】今、コイル１０に図１に示すようなパルス
電流を流すと、コイル１０前方及び後方には、図２の
（ａ）及び（ｂ）に示すように、所謂交番磁界ができ
る。そして、中心部分が形状記憶合金ワイヤ７に固定さ
れ、かつ、そのコイル１０前方に設置されている磁石付
きミラー６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、
形状記憶合金ワイヤ７による復元力ｋθも同時に受ける
（ｋ：バネ定数）。

【００１５】さらに、磁石付きミラー６が高速に振動す
る場合、空気との摩擦抵抗及び形状記憶合金ワイヤ７内
部の摩擦抵抗等によって、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６はねじり振動
を始める。この振動系を方程式で表すと、次の数式１と
になる。

【００１６】

【数１】

【００１７】これは、減衰振動系に強制力が加わった場
合の方程式で、その一般解は次の数式２で表される。

【００１８】

【数２】

【００１９】つまり、電流の周波数ωと、磁石付きミラ
ー６及び形状記憶合金ワイヤ７からなる機械系の固有振
動数ω₀が一致した場合、所謂共振状態となり、最大の
ふれ角となるのである。本実施の形態の場合、コイル１
０にかける電圧３Ｖ、コイル電流約１００ｍＡで、約８
００Ｈｚで共振し、そのふれ角は約５０度、即ち、走査
角約１００度でレーザー光を走査するのである。

【００２０】前記実施の形態では、走査角約１００度、
走査周波数８００Ｈｚを例にとって説明したが、前記ワ
イヤの線径φ、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作ることができる。
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φ⁴に比例
することからφの２乗が周波数に比例することになる。
φ＝４００μｍで共振周波数８００Ｈｚであったことか
ら、おおよそφ＝１００μｍの形状記憶合金ワイヤを前
記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。

【００２１】さらに、数式２の係数ＭＨ／Ｉから分かる
ように、色々な強さ（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も作ることができる。

【００２２】また、本発明ではコイル１０に流す電流波
形を矩形波とした。なぜなら、図２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Ｍ
Ｈｃｏｓθ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。

【００２３】図３に矩形波電流に伴う磁石付きミラーの
ねじれ角θの振動の様子を示している。数式（２ー２）
より、ω＝ω₀のとき、α＝９０°即ち、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、ひいては形状記憶合金ワイヤ７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。
矩形波にすると形状記憶合金ワイヤ７の復元力が最大に
なるまで磁石付きミラー６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、三角波等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１０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、電力に余裕があれば、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。

【００２４】また、本実施の形態では、便宜上、磁石３
に対向する位置にコイル１０を、ミラー５に対向する位
置に光源１４を配置したが、これに限定するものではな
く可能な限り変形を加えてもよい。また、コア９の形状
は円筒形状としたが、非磁性材料で形成されていれば、
形状は自由に変更可能である。さらに、もれ磁束をなく
すために、コア９の中にフェライト等の透磁率の高い材
料を入れてもよい。

【００２５】本実施の形態の一変形例として、図４に示
すように、コア９に前記構成を有する磁石付きミラー６
及び形状記憶合金ワイヤ７を直接取り付け、ハウジング
１を除去した光走査装置も考えられる。この場合、前記
コア９が本発明の支持体を構成することになる。このよ
うな構成にすれば、ハウジング１を必要としないため、
装置の小型化、軽量化を図ることができる。また、ハウ
ジング１とコア９との組み付け作業が不要となるため作
業性の向上を図ることができる。さらに、磁石付きミラ
ー６をコイル１０により接近させることが可能なため、
磁石付きミラー６により大きな磁界を与えることができ
る。

【００２６】なお、本実施の形態では、弾性線状部材に
形状記憶合金ワイヤを用いた一例を記述したが、さらに
低コスト化を図るために、弾性線状部材にあらかじめシ
ョットピーニング等の表面処理を施して疲労限の向上を
図ったステンレスワイヤを用いてもよい。また、弾性線
状部材とハウジングとの固定部となる弾性線状部材両端
部の線径を例えば電気メッキ法であらかじめ太く形成し
たものを用いると、駆動中の弾性線状部材の断線を低減
することができ装置の耐久性を向上させることができ
る。

【００２７】さらに、本実施の形態では、磁石３とミラ
ー５とを接着層４を介して接合固定したが、この接合固
定手段としては、外に、複数の精密固定ねじ等を用いて
固定してもよい。

【００２８】

【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によれば、支持体
に張設された弾性線状部材と、前記弾性線状部材に揺動
可能に支持され、かつ光源から出射されたレーザー光線
を反射させるための磁石付きミラーと、前記磁石付きミ
ラーを揺動させるために交番磁界を発生するコイルとか
らなるものを対象として、特に、前記磁石付きミラー
は、前記弾性線状部材を間に挟んで磁石及びミラーを接
合固定して構成したものであるため、磁石付きミラーと
弾性線状部材との固着力が向上し、極めて耐久性に優れ
た光走査装置を提供することができる。また、ミラーと
磁石とを別々に作製することで、従来困難であった磁石
の鏡面研磨加工を必要とせず、簡単に作業性よく所望の
光走査装置を製作することができる。

【００２９】また、請求項２に記載の光走査装置によれ
ば、前記磁石及びミラーを、接着層を介して接合固定し
たので、前記磁石及びミラーはそれぞれ互いに対向する
面全体が前記接着層によって接着され、その両者間の固
定並びにその両者と弾性線状部材との間の固定を一層確
実、かつ強固にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の光走査装置の概略構成を
示す斜視図である。

【図２】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３】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４】光走査装置の他の変形例の概略構成を示す斜視
図である。

【図５】従来の光走査装置の概略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４接着層５ミラー６磁石付きミラー７形状記憶合金ワイヤ１０コイル１３レーザー光線１４光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持体に張設された弾性線状部材と、前
記弾性線状部材に揺動可能に支持され、かつ光源から出
射されたレーザー光線を反射させるための磁石付きミラ
ーと、前記磁石付きミラーを揺動させるために交番磁界
を発生するコイルとからなる光走査装置において、前記磁石付きミラーは、前記弾性線状部材を間に挟んで
磁石及びミラーを接合固定して構成したことを特徴とす
る光走査装置。
【請求項２】前記磁石及びミラーは、接着層を介して
接合固定したことを特徴とする請求項１に記載の光走査
装置。