JP2004101603A

JP2004101603A - 光偏向装置及び光走査装置

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Publication number: JP2004101603A
Application number: JP2002259812A
Authority: JP
Inventors: Susumu Matsui; 松井　晋; Hiroshi Kobayashi; 小林　浩志; Takaaki Kurosawa; 黒澤　高昭; Naohiro Ono; 大野　直弘
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: US20040145790A1; JP4168706B2; US7038825B2

Abstract

【課題】等速回転で安定した回転性能が得られる光偏向装置、及び光偏向装置を備えた光走査装置を提供する。
【解決手段】回転多面鏡２１、磁石２４から成るロータユニット２０Ａと、ロータユニット２０Ａを回転可能に支持する回転軸受部材２２と固定軸受部材２６とから成る動圧軸受と、固定軸受部材２６を支持するベース部材３１、回転駆動用のマグネットコイル２９から成るステータユニット２０Ｂと、を有する光偏向装置２０において、ベース部材３１の上部に、回転多面鏡２１の回転により発生する空気流を整流させる整流部材３２を、回転多面鏡２１の外周鏡面に近接させて設けた光偏向装置、及び光偏向装置を備えた光走査装置。
【選択図】　　　　図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームプリンタ、レーザ複写機、レーザファクシミリ等の画像形成装置やバーコードリーダ等に用いられる光偏向装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームプリンタ等の画像形成装置においては、その画像の書き込み手段として読み取った情報を基にレーザ光を等速回転する回転多面鏡（ポリゴンミラー）に入光させ、反射光を走査させて感光体面に投影し画像記録を行っている。
【０００３】
回転多面鏡は低速回転の場合には、駆動モータの回転軸に直接固定して使用されるが、高速回転となると回転多面鏡を外筒部材に固定し、固定配置された内筒部材に対して触れることなく浮き上がった形で回転する空気動圧軸受（エアベアリング）を用いての駆動回転が行われる。また、空気動圧軸受は、非接触で回転するため、長寿命、低騒音などの利点がある。
【０００４】
本出願人は空気動圧軸受を有する光偏光装置について、特開平７−２４３４３７号、同７−２５９８４９号、同８−１１４２１９号、同８−１２１４７１号等の各公報によって技術開示を行っている。
【０００５】
回転多面鏡の周辺の空気流を整流して回転の安定化を図る公知技術としては、特開平６−３７８１８号公報、同７−１５１９８７号公報等に開示されている。
【０００６】
空気動圧軸受は、支持ベース部材上に固定された下スラスト板、固定軸受部材、上スラスト板と、回転多面鏡を固定して回転可能な回転軸受部材とにより構成されている。回転多面鏡は、基台上に固定されたマグネットコイルと、回転多面鏡と一体となりロータを構成する磁石とから成る駆動モータにより駆動回転される。
【０００７】
支持ベース部材上に固設した固定軸受部材に対向して回転する回転軸受部材を有するロータユニットは、ラジアル動圧軸受部において相互の間でのラジアル動圧回転が行われる。また、固定軸受部材の両軸端部には、固定軸受部材の軸と垂直面をなすスラスト板が固定されていて、上下に位置した上スラスト板と下スラスト板に挟まれた形で回転する回転軸受部材は、上下のスラスト動圧軸受部においてスラスト動圧回転が行われる。
【０００８】
マグネットコイルと磁石とから成る駆動モータによるロータの回転時には、ロータは動圧軸受に触れることなく、空中に浮き上がった非接触状態で、円滑な高速回転が持続される。
【０００９】
ロータの回転に伴って回転多面鏡も回転し、半導体レーザから射出されたレーザビームは感光体に向けて偏向走査する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光偏向装置においては、空気動圧軸受により高速回転させると、負荷となる風損が大きいため、回転が不安定となり、ジッタ特性が悪化するという問題がある。
【００１１】
また、回転多面鏡の等速回転時の速度ムラを解消するため、回転多面鏡を含む回転体の質量を増して慣性力を増大させると、光偏向装置の起動特性が低下する。
【００１２】
更に、回転多面鏡を収容する光学ケースと、回転多面鏡の外周面の回転軌跡との距離が不均一なため、回転多面鏡が１回転する間に、空気抵抗の変化により、回転多面鏡の回転が不安定になり、ジッタ特性が悪化するという問題がある。
【００１３】
本発明は、光偏向装置における上記の問題点を解消して、光偏向装置の起動特性を低下させることなく、等速回転で安定した回転性能が得られる光偏向装置、及び光偏向装置を備えた光走査装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光偏向装置は、回転多面鏡、回転駆動用の磁石から成るロータユニットと、前記ロータユニットを回転可能に支持する回転軸受部材と固定軸受部材とから成る動圧軸受と、前記固定軸受部材を支持するベース部材、回転駆動用のマグネットコイルから成るステータユニットと、を有する光偏向装置において、前記ベース部材の上部に、前記回転多面鏡の回転により発生する空気流を整流させる整流部材を、前記回転多面鏡の外周鏡面に近接させて設けたことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成する本発明の光走査装置は、回転多面鏡を有するロータユニット、動圧軸受、ベース部材を有するステータユニットを備えた光偏向装置と、走査光学系光学部材とを光走査装置本体内に配置した光走査装置において、前記光走査装置本体内に、前記回転多面鏡の回転により発生する空気流を整流させる整流部材を、前記回転多面鏡の外周鏡面に近接させて設けたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の光偏向装置、光走査装置を備えた画像形成装置を図面に基づいて説明する。
【００１７】
［画像形成装置の一実施の形態］
図１は、本発明に係る光走査装置を備えた画像形成装置の一実施の形態を示すカラー画像形成装置の全体構成図である。
【００１８】
このカラー画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、縦列配置された複数組の画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋと、複数のローラを巻回する回動可能な半導電性エンドレスベルト状の中間転写体７と、給紙搬送手段、及び定着装置８とから成る。
【００１９】
イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙは、像担持体２Ｙの周囲に配置された帯電手段３Ｙ、現像手段４Ｙ、一次転写手段５Ｙ、クリーニング手段６Ｙ、及び後述の光走査装置１０Ｙを有する。
【００２０】
マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍは、像担持体２Ｍ、帯電手段３Ｍ、現像手段４Ｍ、一次転写手段５Ｍ、クリーニング手段６Ｍ、及び後述の光走査装置１０Ｍを有する。
【００２１】
シアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃは、像担持体２Ｃ、帯電手段３Ｃ、現像手段４Ｃ、一次転写手段５Ｃ、クリーニング手段６Ｃ、及び後述の光走査装置１０Ｃを有する。
【００２２】
黒色画像を形成する画像形成部１Ｋは、像担持体２Ｋ、帯電手段３Ｋ、現像手段４Ｋ、一次転写手段５Ｋ、クリーニング手段６Ｋ、及び後述の光走査装置１０Ｋを有する。
【００２３】
画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋより形成された各色の画像は、一次転写手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、回動する中間転写体７上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット９Ａ内に収容された転写材（以下、用紙と称す）Ｓは、給紙手段９Ｂにより給紙され、複数の中間ローラ９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆ、レジストローラ９Ｇを経て、二次転写手段５Ａに搬送され、用紙Ｓ上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された用紙Ｓは、定着装置８により定着処理され、排紙ローラ９Ｈに挟持されて機外の排紙トレイ９Ｉ上に載置される。
【００２４】
両面画像形成時には、定着装置８から排出された第１面に画像形成された用紙Ｓは、分岐手段９Ｊにより用紙排紙路から分岐され、下方の反転通紙路９Ｋ，９Ｌ，９Ｍを通過して、中間ローラ９Ｆにおいて合流する。反転搬送された用紙Ｓは、レジストローラ９Ｇを経て、二次転写手段５Ａに搬送され、用紙Ｓの第２面上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された用紙Ｓは、定着装置８により定着処理され、排紙ローラ９Ｈに挟持されて機外の排紙トレイ９Ｉ上に載置される。
【００２５】
一方、二次転写手段５Ａにより用紙Ｓにカラー画像を転写した後、用紙Ｓを曲率分離した中間転写体７は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。
【００２６】
画像形成処理中、一次転写手段５Ｋは常時、像担持体２Ｋに圧接している。他の一次転写手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する像担持体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃに圧接する。二次転写手段５Ａは、ここを用紙Ｓが通過して二次転写が行われる時にのみ、中間転写体７に圧接する。
【００２７】
［光走査装置］
次に、本発明の光偏向装置を備えた光走査装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
レーザプリンタ等の画像形成装置においては、その画像の書き込み手段としての光走査装置を有し、読み取った情報を基にレーザビームを光偏向装置の高速回転する回転多面鏡（ポリゴンミラー）に入光させ、反射光を走査させて像担持体の感光体面に投影して画像記録を行う。
【００２９】
図２は光走査装置１０の一実施の形態を示す斜視図、図３は光走査装置１０の平面図、図４は光走査装置１０の断面図である。
【００３０】
図１に示すタンデム型カラー画像形成装置において、光走査装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋはほぼ同一形状をなすから、以下、光走査装置１０と総称して説明する。また、像担持体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋを像担持体２と総称する。
【００３１】
これらの図において、１１は光走査装置本体（光学ケースとも称す）、１２はｆθレンズ、１３は第２シリンドリカルレンズ、１４はカバーガラス、１５は半導体レーザ、１６はコリメートレンズ、１７は第１シリンドリカルレンズ、１８はタイミング検出用のインデックスミラー、１９は同期検知用のインデックスセンサ、２０は回転多面鏡（ポリゴンミラー）２１等から成る光偏向装置である。
【００３２】
上記の光偏向装置２０、及び走査光学系光学部材１２〜１９は、光走査装置本体１１内の所定位置に配置、固定されている。
【００３３】
半導体レーザ１５から射出したレーザビームＬは、コリメートレンズ１６により平行光になり、次いで第１結像光学系の第１シリンドリカルレンズ１７を透過して回転多面鏡２１に入射する。回転多面鏡２１の反射光は、ｆθレンズ１２、第２シリンドリカルレンズ１３から成る第２結像光学系を透過し、カバーガラス１４を通過して像担持体１の周面上に、所定のスポット径で、副走査方向に所定ピッチずれた状態で走査する。なお、主走査方向は図示しない調整機構により、既に微調整してある。１ライン毎の同期検知は、走査開始前の光束をインデックスミラー１８を介して、インデックスセンサ１９に入射させる。
【００３４】
回転多面鏡２１を回転体として高速回転する光偏向装置２０では、回転体（ロータユニット）と非回転体（ステータユニット）との間に動圧軸受を設けて、高速回転が行われる。
【００３５】
［光偏向装置］
図５は、光偏向装置２０の斜視図である。プリント基板３０上には、集積回路ＩＣ、コンデンサＣ、コネクタＢ等が配置されている。
【００３６】
図６（ａ）は光偏向装置２０の平面図、図６（ｂ）は光偏向装置２０の断面図である。
【００３７】
光偏向装置２０は、ロータユニット２０Ａとステータユニット２０Ｂとから構成されている。
【００３８】
図７は光偏向装置２０の分解断面図を示し、図７（ａ）はロータユニット２０Ａの断面図、図７（ｂ）はステータユニット２０Ｂの断面図である。
【００３９】
・ロータユニット２０Ａ
光偏向装置２０の高速回転を行うユニットであるロータユニット２０Ａは、回転多面鏡２１、回転軸を中心とした円筒状の回転軸受部材（以下、外筒部材と称す）２２、外筒部材２２の外周面を固定し回転多面鏡２１の内周面に嵌合するフランジ部材２３、回転駆動用の磁石２４、ロータヨーク２４Ａから成る。
【００４０】
外筒部材２２の内径は、ステータユニット２０Ｂの固定軸受部材（以下、内筒部材と称す）２６の外径より、数μｍの調整された微小間隔だけ大きい。この外筒部材２２の内周面２２ａと内筒部材２６の外周面２６ａとで、ラジアル動圧軸受部を構成している。この外筒部材２２は、アルミナ、窒化珪素等のセラミックにより成形されていることが、安定した回転を得る上で好ましい。
【００４１】
また、外筒部材２２の上端面２２ｂは、上スラスト板２７のスラスト面２７ａと対向し、上スラスト動圧軸受部を構成している。同じく外筒部材２２の下端面２２ｃは下スラスト板２８のスラスト面２８ａと対向し、下スラスト動圧軸受部を構成している。
【００４２】
対向したスラスト動圧軸受部のスラスト面２７ａ，２８ａには、動圧発生溝が形成されている。ロータユニット２０Ａは本体固定部に対しスラスト動圧軸受部においてスラスト回転が行われる。
【００４３】
フランジ部材２３と回転多面鏡２１とは、等しい熱膨張係数を有する同じ材料、例えばアルミニウム合金により形成されている。
【００４４】
支持基体２５に直立した円柱形状のラジアル軸部２５ａの外側には、円筒形状をした内筒部材２６が固設され、ラジアル軸部２５ａと内筒部材２６とでラジアル固定部材を構成している。内筒部材２６はアルミナ、窒化珪素等のセラミック材料で形成される。
【００４５】
内筒部材２６の上下端部には、支持基体２５のラジアル軸部２５ａの略垂直方向に、円板状をした上スラスト板２７と、下スラスト板２８とが固設され、スラスト固定部材を構成している。上スラスト板２７と下スラスト板２８は、アルミナ、窒化珪素等のセラミック材料で形成される。内筒部材２６、上スラスト板２７、下スラスト板２８は、ラジアル軸部２５ａに装着後、ネジ２５Ｓにより固定される。
【００４６】
ベース部材３１の上面には、複数のマグネットコイル２９を同一面上に配置したプリント基板３０が取り付けられている。２９Ａは、マグネットコイル２９に対向するステータヨークである。
【００４７】
支持基体２５、内筒部材２６、上スラスト板２７、下スラスト板２８、マグネットコイル２９、ステータヨーク２９Ａ、プリント基板３０、ベース部材３１は一体となってステータユニット２０Ｂを形成している。
【００４８】
ステータユニット２０Ｂに装着されたロータユニット２０Ａは、外筒部材２２の回転中心に対して、回転多面鏡２１及びフランジ部材２３が正確に回転し、動的バランスが最小限に修正可能である。
【００４９】
［光偏向装置の整流部材］
図８は、本発明に係る光偏向装置２０の斜視図である。
【００５０】
回転多面鏡２１の外周鏡面の近傍のプリント基板３０（又はベース部材３１）上に、円柱状の整流部材３２を直立状に固設した。整流部材３２は、ロータユニット２０Ａの回転により発生する周囲の空気を整流し、ロータユニット２０Ａの周辺に配置された部材の形状が変わっても、等速回転中のジッタの変化が小さく抑えられて、回転ムラを低減させる。なお、ロータユニット２０Ａの起動時には、低速回転であるから、負荷の増加は少なく、起動トルクの変化もない。
【００５１】
図９は、本発明に係る他の実施の形態の光偏向装置２０の斜視図である。
回転多面鏡２１の外周鏡面の近傍のプリント基板３０（又はベース部材３１）上に、円弧状の壁面を有する整流部材３３を直立状に固設した。
【００５２】
整流部材３３は、ロータユニット２０Ａの回転により発生する周囲の空気を整流し、ロータユニット２０Ａの周辺に配置された部材の形状が変わっても、等速回転中のジッタの変化が小さく抑えられて、回転ムラが低減される。
【００５３】
整流部材３２，３３は、樹脂、又は金属により形成される。
［光走査装置の整流部材］
図１０は、本発明に係る光走査装置１０の斜視図である。
【００５４】
回転多面鏡２１の外周鏡面の近傍のプリント基板３０（又はベース部材３１）の上面側に、円弧状の壁面を有する整流部材３４を直立状に固設した。整流部材３４の底部は、プリント基板３０及びベース部材３１を貫通して、光走査装置本体１１に固定されている。
【００５５】
整流部材３４は、図９に示した光偏向装置２０の整流部材３３と同様の周辺の空気の整流効果を果たし、回転ムラを低減させる。
【００５６】
図１１は、本発明に係る他の実施の形態の光走査装置１０の斜視図である。
回転多面鏡２１の外周鏡面の近傍のプリント基板３０（又はベース部材３１）の上面側に、円弧状の壁面を有する整流部材３５を直立状に固設した。整流部材３５の端部は、光走査装置本体１１と一体に形成されている。又は、整流部材３５の端部は、光走査装置本体１１に固定されている。
【００５７】
整流部材３５は、図９、図１０に示した光偏向装置２０の整流部材３３，３４と同様の周辺の空気の整流効果を果たし、回転ムラを低減させる。
【００５８】
図１２は、本発明に係る更に他の実施の形態の光走査装置１０の斜視図である。
【００５９】
回転多面鏡２１の外周鏡面の近傍のプリント基板３０（又はベース部材３１）上に、円柱状の整流部材３６を直立状に固設した。整流部材３６の底部は、プリント基板３０及びベース部材３１と共にネジで共締めされ、光走査装置本体１１に固定されている。なお、光偏向装置２０を光走査装置本体１１にネジ止めする雄ネジに代えて、整流部材３６によりネジ固定してもよい。
【００６０】
回転多面鏡２１の回転時に、回転多面鏡２１と壁面部１１Ａとの間隔が狭まる領域Ｍや、回転多面鏡２１と壁面部１１Ａとの間隔が拡がる領域Ｎに整流部材を配置する事により、回転多面鏡２１の周囲の空気圧の急激な変化を防止し、回転多面鏡２１の回転を安定化する効果が大きい。また、特に、回転が不安定になりやすい回転多面鏡２１の回転中心から三つに壁面部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの間隔がそれぞれ異なる場合、回転多面鏡２１の回転を安定化する効果が大きい。
【００６１】
なお、前記の整流部材３２〜３６の形状は、円柱、円弧面に限定されるものではない。
【００６２】
なお、本発明の整流部材は、光偏向装置、光走査装置への適用に限定されるものではなく、ラジアル動圧軸受部及びスラスト動圧軸受部を有し、高速回転を行うモータ等の回転装置にも適用可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の整流部材を備えた光偏向装置及び光走査装置は、上述のように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【００６４】
（１）　本発明の光偏向装置により、ロータユニット周辺に配置された部品形状が変わっても、ジッタ変化が小さく抑えられ、回転多面鏡の安定した等速回転が維持される。
【００６５】
（２）　本発明の光走査装置により、ロータユニット周辺に配置された部品形状が変わっても、ジッタ変化が小さく抑えられ、回転多面鏡の等速回転が維持される。また、光偏向装置単独でのジッタと、光走査装置本体に組み込んだ光偏向装置単独でのジッタとの差が低減され、回転多面鏡の等速回転が維持され、高精度の像露光が達成される。
【００６６】
（３）　本発明の整流部材は、ロータユニット周辺の一部に配置されているから、光偏向装置、光走査装置を大型化や、部品コストの増大、組立工程の複雑化、放熱不良等の問題が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光走査装置を備えた画像形成装置の一実施の形態を示すカラー画像形成装置の全体構成図。
【図２】光走査装置の一実施の形態を示す斜視図。
【図３】光走査装置の平面図。
【図４】光走査装置の断面図。
【図５】光偏向装置の斜視図。
【図６】光偏向装置の平面図と断面図。
【図７】光偏向装置の分解断面図。
【図８】本発明に係る光偏向装置の斜視図。
【図９】本発明に係る他の実施の形態の光偏向装置の斜視図。
【図１０】本発明に係る光走査装置の斜視図。
【図１１】本発明に係る他の実施の形態の光走査装置の斜視図。
【図１２】本発明に係る更に他の実施の形態の光走査装置の斜視図。
【符号の説明】
１０，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ　光走査装置
１１　光走査装置本体
１１Ａ　壁面部
２０　光偏向装置
２０Ａ　ロータユニット
２０Ｂ　ステータユニット
２１　回転多面鏡（ポリゴンミラー）
２２　回転軸受部材（外筒部材）
２３　フランジ部材
２４　磁石
３０　プリント基板
３１　ベース部材
３２，３３，３４，３５，３６　整流部材

Claims

回転多面鏡、回転駆動用の磁石から成るロータユニットと、前記ロータユニットを回転可能に支持する回転軸受部材と固定軸受部材とから成る動圧軸受と、
前記固定軸受部材を支持するベース部材、回転駆動用のマグネットコイルから成るステータユニットと、を有する光偏向装置において、
前記ベース部材の上部に、前記回転多面鏡の回転により発生する空気流を整流させる整流部材を、前記回転多面鏡の外周鏡面に近接させて設けたことを特徴とする光偏向装置。
前記整流部材は、前記回転多面鏡の回転中心から等距離で、前記回転多面鏡の外周鏡面に近接した位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
回転多面鏡を有するロータユニット、動圧軸受、ベース部材を有するステータユニットを備えた光偏向装置と、走査光学系光学部材とを光走査装置本体内に配置した光走査装置において、
前記光走査装置本体内に、前記回転多面鏡の回転により発生する空気流を整流させる整流部材を、前記回転多面鏡の外周鏡面に近接させて設けたことを特徴とする光走査装置。
前記整流部材は、前記光偏向装置を収容する光学ケースと一体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。