JP2002166302A - 回転多面鏡の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転多面鏡のミラー面の平面度、面倒れ精度を
向上させる。 【解決手段】回転多面鏡の加工方法において、回転多面
鏡のブランク１を一つの加工治具２に取り付けたまま、
回転多面鏡を回転させるためのモータへの取り付け基準
面１ａと、モータに取り付けるための内径穴と、反射面
１ｂとを、一つの切削加工機で加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複写機、レーザービ
ームプリンタなど電子写真機の画像読み取り装置に用い
られる回転多面鏡を製造する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下に電子写真機に用いられる画像読み
とり用回転多面鏡（以下ポリゴンミラーと呼ぶ）の加工
法を例に従来技術について説明する。

【０００３】回転多面鏡の各ミラー面は近年の画像の高
精細化に伴い、各面の平面度、面倒れ、平面度の相対差
などに極めて高い精度が求められてきている。

【０００４】ミラー面の高い面精度を保証するための製
法について説明する。

【０００５】まず、ポリゴンミラーのブランク材は引き
抜き棒材を切断し、完成形状に近い形状に切削加工、塑
性加工などにより加工する。ついでスキャナーモータ取
り付け用の内径穴を打ち抜き成型、ドリル加工などによ
り形成する。これらの加工をブランク加工と呼ぶが、ブ
ランク加工によりブランクには残留ひずみが生じている
ため、熱的なアニール処理を行う。標準的なアニール条
件としては、電気炉にて１８０℃で４時間保持し、その
後、徐冷して室温に戻している。

【０００６】アニール処理終了後、ポリゴンミラーのス
キャナーモータ取り付け面となる基準面と呼ばれる端面
部をダイヤモンドバイトにより鏡面切削加工する。この
工程を基準面加工と呼ぶ。基準面加工工程では、ブラン
ク加工済みのワークを上記の内径穴を基準に保持して回
転させて旋削加工する方法、前記基準面の反対側の面
（以下反対面とよぶ）を真空チャックなどで保持し、回
転工具によりフライカット切削する方法の２方式が現在
一般的に行われている。こうして得られた基準面は、の
ちのミラー面加工においてワークを保持する面となる。

【０００７】基準面加工の切削条件を後者のフライカッ
ト方式について挙げる。

【０００８】仕上げ加工バイト：単結晶ダイヤモンド
製、ノーズ半径５ｍｍ バイトホルダー回転数：２４００ｒｐｍ 加工送り速度：０．８ｍｍ／ｓ （＝０．０２ｍｍ／ｒ
ｅｖ）

【発明が解決しようとする課題】ところで、ミラー面の
加工精度はミラー面加工における保持変形が精度を支配
する最大の要因であることが知られている。基準面の平
面度あるいは基準面を保持するミラー面加工時の保持具
の平面度が低いと、ワーク自体がミラー面加工時に保持
変形を受け、加工後に解放されるため、ミラー面の平面
度、面倒れ精度などが著しく劣化する。従って基準面の
平面度をじゅうぶん高精度に仕上げておく必要がある。
基準面の平面度は前記した基準面加工において保持され
る部分の精度、保持具の保持面の精度に大きく依存す
る。

【０００９】回転多面鏡の各ミラー面は高速で回転する
静圧軸受に取り付けられたダイヤモンドバイトによるフ
ライカットにより鏡面切削される。この工程をミラー加
工工程と呼ぶ。

【００１０】基準面加工の終わったワークは、基準面加
工時に付着した切り屑、切削油剤を除去するために洗浄
された後、モーター取り付け用の内径穴がミラー加工機
上の保持具に設けられたセンターガイドピンに嵌合挿入
され、ワークの基準面が保持具の取り付け面に密着され
た状態で保持される。保持具のセンターガイドピンにワ
ークを嵌合挿入する際、ワークの内径穴内壁にセンター
ガイドピンとの接触によりキズ、打痕を生じる場合があ
り、のちにスキャナーモーターへポリゴンミラーを取り
付ける場合に芯ずれ、面倒れ等の不良となる。

【００１１】保持具は回転軸に取り付けられており、一
面加工した後に割り出しを行い次の面を加工する。

【００１２】ミラー面の加工精度としては一般的なもの
で平面度λ／５（λ＝６３２．８ｎｍ）、表面粗さＲｍ
ａｘ０．０２μｍ程度、面倒れ３０”以下、の鏡面精度
が必要である。

【００１３】現在の標準的な量産加工条件は以下の通り
である。

【００１４】仕上げ加工バイト：単結晶ダイヤモンド
製、ノーズ半径１０ｍｍ バイトホルダー回転数：２４００ｒｐｍ 加工送り速度：０．８ｍｍ／ｓ （＝０．０２ｍｍ／ｒ
ｅｖ） 標準的なワークの寸法、材質は以下の通りである。

【００１５】外接円直径：φ４０ｍｍ 厚み：４ｍｍ 面数：６ 材質：鏡面加工用Ａｌ合金 ミラー面加工工程後、洗浄工程、成膜工程を経てポリゴ
ンミラー部品としては完成となり、スキャナーモーター
に組み付けられる。

【００１６】完成したポリゴンミラーをスキャナーモー
ターに組み付ける際、モーター回転軸にポリゴンミラー
の内径穴を嵌合挿入し、回転軸方向はモーター回転軸上
に設けられた突き当て部材にポリゴンミラーの基準面を
密着させた状態で固定部材により固定される。モータへ
の取り付け精度としては、一例として以下の精度が要求
されている。

【００１７】回転軸に対する各面の振り分け精度：±２
０μｍ 回転軸に対する各面の倒れ精度：３０”以下 このときポリゴンミラー加工工程で生じたキズ、打痕な
どが内径穴、基準面にあるとスキャナーモーターへの取
り付け精度が劣化する恐れがある。

【００１８】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、ワークの基準面、内径
穴にキズをつけることなく、スキャナーモーターにポリ
ゴンミラーを高精度に取り付けられるようにすることで
ある。

【００１９】また、本発明の他の目的は、ミラー面の平
面度、面倒れ精度を向上させることである。

【００２０】また、本発明のさらに他の目的は、ミラー
面と内径穴の振り分け精度を向上させることである。

【００２１】また、本発明のさらに他の目的は、基準面
加工工程後の洗浄工程を廃止し、工程短縮による加工コ
ストの低減を図ることである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる回転多面鏡の加
工方法は、回転多面鏡の加工方法において、前記回転多
面鏡のブランクを一つの加工治具に取り付けたまま、前
記回転多面鏡を回転させるためのモータへの取り付け基
準面と、前記モータに取り付けるための内径穴と、反射
面とを、一つの切削加工機で加工することを特徴として
いる。

【００２３】また、この発明に係わる回転多面鏡の加工
方法において、前記ブランクには予め前記内径穴に近い
直径の穴が形成されており、該穴の内径を基準として前
記ブランクを前記切削加工機の回転軸に取り付けること
を特徴としている。

【００２４】また、この発明に係わる回転多面鏡の加工
方法において、前記ブランクを前記切削加工機の回転軸
に取り付け、前記取り付け基準面と前記内径穴の加工時
には、前記回転軸が連続回転し、前記反射面の加工時に
は、前記回転軸が前記反射面の面数に応じた回転角度だ
け割り出し回転することを特徴としている。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回転多面鏡（ポリ
ゴンミラー）の加工方法の好適な実施形態について詳細
に説明する。

【００２６】標準的なワークの寸法、材質は以下の通り
である。

【００２７】 外接円直径：φ４０ｍｍ 内径穴直径：φ１０ｍｍ 厚み：４ｍｍ 面数：６ 材質：鏡面加工用Ａｌ合金 （第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態のポ
リゴンミラー加工装置を上方から見た全体図である。ワ
ークブランク１は、ポリゴンミラーの完成形状に近い形
状で、ワークスライド１２上の割り出し軸９に取り付け
られたワーク保持具２に取り付けられている。ワークス
ライドの移動方向と直交して配置されたカッタースライ
ド１１上には工具回転軸８、内径加工バイト４、基準面
加工バイト５が取り付けられている。

【００２８】図２はワークブランクの取り付けについて
示した図である。

【００２９】ワークブランクには予めブランク加工が施
されており、仕上げ寸法より直径で５０μｍ小さい内径
穴が穿孔されている。また、ワークブランク１の、後述
する保持具２の輪帯面２’に吸着保持される面は、予め
１μm以下の平面度に加工されている。

【００３０】割り出し軸９の回転部分は中空構造となっ
ており、ワーク１のセンタリング用のテーパー部材２１
が直動ガイド２２に支持されて内蔵されている。テーパ
部材２１の先端テーパ部は割り出し回転軸９との同軸度
を１μｍ以下に調整されている。

【００３１】さらにテーパー部材２１の後端部は圧縮バ
ネ５０を介し、前後動用の直動駆動機構３に接続されて
いる。直動機構にはエアシリンダーなどを用いる。ワー
ク取り付け時には直動機構３が図中Ａ方向に前進し、テ
ーパー部材２１がワーク保持具２の前端面に突出する。
テーパー部材２１前端のテーパー部にワーク１の内径穴
１ｃが案内されて保持具２のワーク取り付け輪帯面２’
にワークの端面が図中Ｂ方向に押し付けられる。このと
きテーパー部材２１は押し付け力により圧縮バネ２３を
圧縮しつつ後退する。輪帯面２’にはワーク吸着用の輪
帯状の溝２”が形成されており、溝には真空ポンプに接
続された配管２４が接続されている。ワーク１の端面が
保持具２のワーク取り付け輪帯面２’に密着した時点で
真空ポンプが作動し、ワーク吸着用の輪帯状の溝２”内
の圧力が減圧されてワーク１を吸着する。同時に直動駆
動機構３を後退させることによりテーパー部材２１はワ
ークから離れる。これでワーク保持は完了する。

【００３２】続いて図３に示すように、ワークスライド
１２、カッタースライド１１がそれぞれ図中Ｃ，Ｄ方向
に前進する。さらに割り出し軸９が高速で回転を開始す
る。ワーク内径穴１ｃの内壁を内径加工バイト４が切削
加工できる位置へ位置決めされた時点でカッタースライ
ド１１は停止する。

【００３３】その後、割り出し軸９が高速で回転したま
ま、ワークスライド１２が前進し、ワーク内径穴の仕上
げ加工が開始される。

【００３４】この内径穴の仕上げ加工の加工条件は次の
通りである。

【００３５】切削工具：焼結ダイヤモンドバイト ノーズ半径：Ｒ２ 切り込み量（内径増大量）：平均５０μｍ 割り出し軸回転数：１５００ｒｐｍ ワーク軸送り速度：２ｍｍ／ｓ＝０．０８ｍｍ／ｒｅｖ 内径穴１ｃはこの仕上げ加工により、表面粗さ０．１５
μｍ、真円度０．１μｍ程度に仕上げられる。

【００３６】内径仕上げ加工終了後、ワークスライド１
２は図４に矢印Ｃ’で示す方向に後退する。

【００３７】続いて図５に示すようにカッタースライド
１１が図中矢印Ｄ’で示す方向に移動し、基準面加工バ
イト５がワーク基準面１ａを加工できる直前の位置に位
置決めされる。さらに図６に示すようにワークスライド
１２が前進し、基準面１ａに対し所定の切り込み量にな
る位置に位置決めされる。

【００３８】この位置からカッタースライド１１は切削
送り速度で基準面切削加工を開始する。

【００３９】この基準面切削加工の加工条件は以下の通
りである。

【００４０】切削工具：単結晶ダイヤモンドバイト ノーズ半径：Ｒ５ 切り込み量：平均５０μｍ 割り出し軸回転数：１５００ｒｐｍ ワーク軸送り速度：２ｍｍ／ｓ＝０．０８ｍｍ／ｒｅｖ 基準面加工の結果、ワーク基準面１ａは表面粗さＲｍａ
ｘ０．１μｍの鏡面に加工される。

【００４１】基準面加工が終了した後、ワークスライド
１２が後退しつつ割り出し軸９の高速回転を停止する。
その後ミラー面切削工具回転軸８に直角な面にワークミ
ラー面１ｂの内の一面が平行になるよう割り出し軸を低
速で回転させる。一面の割り出し終了後、図７に示すよ
うにミラー面１ｂの鏡面切削加工を行う。

【００４２】粗加工バイト：焼結ダイヤモンド製、ノー
ズ半径２ｍｍ 仕上げ加工バイト：単結晶ダイヤモンド製、ノーズ半径
１０ｍｍ バイトホルダー回転数：６０００ｒｐｍ 加工送り速度：２ｍｍ／ｓ （＝０．０２ｍｍ／ｒｅ
ｖ） 一面のミラー面の鏡面切削加工が終わると割り出し軸が
所定角度（ミラー面の面数に対応した角度）回転して第
２面の加工を行う。順次繰り返しミラー面加工を行い、
すべての面の加工が終了した後、ワークを取り外す。こ
の後、洗浄、成膜工程を経てポリゴンミラーは完成す
る。

【００４３】なお、本実施形態では、各部の切削がすべ
て終わるまで一度の洗浄も行わない。すなわち、ポリゴ
ンミラーの基準面、内径穴は仕上げ加工された後にミラ
ー面加工を行う際に保持具等にいっさい接触することが
ないため、接触によるキズ、打コンの発生を防止でき
る。

【００４４】（第２の実施形態）第２の実施形態は、さ
らにミラー面の加工精度を向上するものである。ワーク
ブランクの端面を切削装置に保持する際、第１の実施形
態では輪帯状の保持具において真空チャックを用いてい
るが、吸引力が大きすぎるとワークが保持変形され、加
工終了後、各加工面の平面度等が劣化する恐れがある。
そのため、小さい保持力で加工が行えるように切削切り
込み量を小さく設定するなどの配慮が必要である。本実
施形態では強固な保持力を保持変形を最小にして得るこ
とが出来る。

【００４５】ワーク保持の方法として本実施形態ではワ
ーク保持具のワーク取り付け面を輪帯を３分割した面と
した。ワーク吸着用の真空チャック用の穴は３分割され
たワーク取り付け面にそれぞれ独立に設ける。

【００４６】本実施形態におけるワーク取り付け面を図
８に示す。図中２’がワーク取り付け面であり、２”は
ワーク吸着用の真空チャック穴である。また、図２に示
した第１の実施形態と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略する。

【００４７】前記したポリゴンミラーの精度を得るのに
必要なワーク端面の平面度は輪帯状の保持具で１μｍ以
下を要していたが、三分割したワーク取り付け面とした
ことによってワークを３点で支持するため保持変形によ
る平面度劣化を小さく抑えることができ、２μｍ程度の
平面度の低いブランクでも良好な加工精度が得られた。

【００４８】（第３の実施形態）この第３の実施形態で
は、さらに強固な保持力を得るのに、ワーク保持方法と
して、冷凍保持方式を用いる。

【００４９】水などの液体をワークと保持具の間に少量
介在させ、保持具に設けた冷凍機構を作動させ、ワーク
を保持具に対し凍結固着させる方法である。

【００５０】図９に本実施形態を示す。本実施形態では
冷凍機構としてペルチェ素子２５を用いた。ペルチェ素
子２５は素子に電圧をかけると一方が低温、他方が高温
となる性質を持っており、本実施形態ではワーク取り付
け面が低温になるように素子を設置し、ワーク取り付け
面温度を−５℃にすることで、温度変化による熱収縮の
影響も小さく、かつ強固な保持が実現できた。

【００５１】ワークを取り外すときはペルチェ素子２５
に、保持するときと逆の極性の電圧を印可する。

【００５２】以上説明したように、上記の実施形態によ
れば、電子写真機用回転多面鏡などの精密鏡面切削にお
いて、一台の切削加工機にブランクを取り付けるだけで
内径穴、基準面、ミラー面を加工することが可能となっ
た。

【００５３】これにより各部の加工精度が向上するばか
りでなく、各加工面へのキズ、打痕の発生も大幅に抑制
され、加工品質が向上した。

【００５４】このように上記の実施形態により切削加工
による生産性大幅アップ、加工品質の大幅アップを実現
することが可能となった。また各切削工程を一台の切削
加工機で行えることにより従来工程間で行っていた洗浄
を省略することができ、工程を短縮することが出来た。

【００５５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、ワ
ークの基準面、内径穴にキズをつけることなく、スキャ
ナーモーターにポリゴンミラーを高精度に取り付けられ
るようにすることが可能となる。

【００５６】また、ミラー面の平面度、面倒れ精度を向
上させることが可能となる。

【００５７】また、ミラー面と内径穴の振り分け精度を
向上させることが可能となる。

【００５８】さらに、基準面加工工程後の洗浄工程を廃
止し、工程短縮による加工コストの低減を図ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わるポリゴンミラーの加
工装置全体（待機状態）を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係わるワーク保持機
構を示す図である。

【図３】ポリゴンミラーの加工装置による内径穴仕上げ
加工状態を示す図である。

【図４】ポリゴンミラーの加工装置による内径穴仕上げ
加工が終了し、ワークが一旦後退した状態を示す図であ
る。

【図５】ポリゴンミラーの加工装置による基準面加工の
待機状態を示す図である。

【図６】ポリゴンミラーの加工装置による基準面加工状
態を示す図である。

【図７】ポリゴンミラーの加工装置によるミラー面加工
状態を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施形態を示した図である。

【図９】本発明の第３の実施形態を示した図である。

【符号の説明】

１ ポリゴンミラーワークブランク ２ ワーク保持具 ２’ ワーク取り付け輪帯面 ２” ワーク吸着用の輪帯状の溝、穴 ３ 直動駆動機構 ４ 内径加工バイト ５ 基準面加工バイト ６，６’ ミラー面切削バイト ７ ミラー面切削バイトホルダー ８ ミラー面切削工具回転軸 ９ 割り出し軸 １１ カッタースライド １２ ワークスライド ２１ ワークのセンタリング用のテーパー部材 ２２ 直動ガイド ２３ 圧縮バネ ２４ 配管 ２５ ペルチェ素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転多面鏡の加工方法において、 前記回転多面鏡のブランクを一つの加工治具に取り付け
   たまま、前記回転多面鏡を回転させるためのモータへの
   取り付け基準面と、前記モータに取り付けるための内径
   穴と、反射面とを、一つの切削加工機で加工することを
   特徴とする回転多面鏡の加工方法。
2. 【請求項２】 前記ブランクには予め前記内径穴に近い
   直径の穴が形成されており、該穴の内径を基準として前
   記ブランクを前記切削加工機の回転軸に取り付けること
   を特徴とする請求項１に記載の回転多面鏡の加工方法。
3. 【請求項３】 前記ブランクを前記切削加工機の回転軸
   に取り付け、前記取り付け基準面と前記内径穴の加工時
   には、前記回転軸が連続回転し、前記反射面の加工時に
   は、前記回転軸が前記反射面の面数に応じた回転角度だ
   け割り出し回転することを特徴とする請求項１に記載の
   回転多面鏡の加工方法。