JP2006154391A - 偏向走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高い加工精度を維持して中心軸に対する回転多面鏡の反射面の倒れを抑えることができ、厚みの大きい回転多面鏡の反射面の中心軸に対する偏心を減らすことができるとともに、回転多面鏡の反射面の面精度の悪化を低減することができる偏向走査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る偏向走査装置の代表的な構成は、レーザビームが偏向反射する回転多面鏡１と、回転多面鏡１を圧入して固定しており、回転多面鏡１と一体的に回転する回転軸２と、回転多面鏡１と当接して回転多面鏡１の軸方向の位置決めを行うフランジ部材７と、有し、複数のレーザビームを偏向走査する偏向走査装置であって、回転多面鏡１は、複数のレーザビームを偏向反射する、軸方向に分離した２以上の反射面１ａ、１ｂを有し、回転多面鏡１と回転軸２との圧入部１ｃは、レーザビームが入射する位置の軸方向略中央に設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザビームプリンタ等に用いられ、複数のレーザビームを偏向走査する偏向走査装置に関するものである。

図９は特許文献１（特開平４−２４７４２０）に記載された従来の偏向走査装置の断面図である。図９に示すように、従来の回転多面鏡の固定方法として、アルミニウム製の高さの低い略角柱体である回転多面鏡111が、鉄製の回転軸112に焼き嵌めされる。回転多面鏡111は、複数の側面（反射面）111ａが平面鏡であり、上面111ｂから下面111ｃにかけて段差のある孔111ｄが形成されている。回転軸112には、中程にフランジ112ａが設けられ、フランジ112ａの上側の座面112ｂは中心軸に垂直な平面となっている。

回転多面鏡111の中心の孔111ｄは中心軸方向の長さつまり厚さがｔであり、その下半分の長さｔ／２の部分は内側面が回転軸112と密着しており、上半分の長さｔ／２の部分は内径がそれより大きくされている。また、回転多面鏡111の下面111ｃはフランジ112ａの上側の座面112ｂに密接している。

また、回転多面鏡111は、下面111ｃを基準面とし、反射面111ａと孔111ｄの内面を削りだすため、加工精度によって孔111ｄと下面111ｃの直角度が決まる。そして、このような高精度の加工においては、加工する長さが短く面積が小さい方が有利であり、孔111ｄの回転軸112に当接する部分の長さを短くしたことにより、加工精度を高くし、孔111ｄと下面111ｃの直角度を高精度にしている。

また、回転軸112を回転多面鏡111の孔111ｄに圧入した場合には、回転軸112と孔111ｄとのガタがなく、回転多面鏡の反射面の中心軸に対する偏心を減らすことができる。

特開平４−２４７４２０号公報（図２）

しかしながら、従来の偏向走査装置では、焼き嵌めによる応力が回転多面鏡111の反射面111ａに及び、回転多面鏡111の反射面111ａの面精度が悪化し、画質の悪化を招くおそれがある。

また、複数のレーザビームが軸方向に分離して回転多面鏡111の反射面111ａに入射する場合（例えば、軸方向上下に２つのレーザビームが入射する場合）には、回転多面鏡111は、１つのレーザビームが入射する回転多面鏡に比べて、その厚みが大きくなる。しかし、上記特許文献１では、厚みの大きい回転多面鏡への圧入方法については述べられていない。

そこで本発明は、高い加工精度を維持して中心軸に対する回転多面鏡の反射面の倒れを抑えることができ、厚みの大きい回転多面鏡の反射面の中心軸に対する偏心を減らすことができるとともに、回転多面鏡の反射面の面精度の悪化を低減することができる偏向走査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る偏向走査装置の代表的な構成は、レーザビームが偏向反射する回転多面鏡と、前記回転多面鏡を圧入して固定しており、該回転多面鏡と一体的に回転する回転軸と、前記回転多面鏡と当接して該回転多面鏡の軸方向の位置決めを行うフランジ部と、有し、複数のレーザビームを偏向走査する偏向走査装置であって、前記回転多面鏡は、複数のレーザビームを軸方向の異なる位置で偏向反射する反射面を有し、前記回転多面鏡と前記回転軸との圧入部は、レーザビームが入射する位置の軸方向略中央に設けられていることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、高い加工精度を維持して中心軸に対する回転多面鏡の反射面の倒れを抑えることができ、厚みの大きい回転多面鏡の反射面の中心軸に対する偏心を減らすことができるとともに、回転多面鏡の反射面の面精度の悪化を低減することができる。そして、反射面の倒れ、偏心、面精度の悪化による画質の劣化を抑制することができる。

[第一実施形態]
本発明に係る偏向走査装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態による偏向走査装置の断面図である。

図１に示すように、偏向走査装置は、回転多面鏡１と、回転軸２と、スリーブ３を有している。回転多面鏡１は、レーザビームを偏向反射する。回転軸２は、回転多面鏡１の孔に圧入することで、回転多面鏡１を圧入して固定しており、回転多面鏡１と一体的に回転する。

スリーブ３は、回転軸２を回転自在に嵌合させており、軸受ハウジング４と一体に形成されている。スリーブ３の下端には、回転軸２の球面状の下端をスラスト方向に支持するスラスト板６が固定されている。回転軸２の上部には、回転多面鏡１と当接して回転多面鏡１の軸方向の位置決めを行うフランジ部であるフランジ部材７が固着されている。フランジ部材７の上側の座面（上面）は、回転軸２に垂直な平面となっている。

回転多面鏡１は、下面をフランジ部材７の上面に当接することにより、回転多面鏡１のラジアル方向の位置決めを行う。これにより、中心軸に対する回転多面鏡１の反射面の倒れを規制している。また、回転多面鏡１は、圧入等の方法で回転軸２に固定され、回転軸２とともに回転するようになっている。

フランジ部材７の外周部には、モータの回転部であるロータ８が固着されている。ロータ８は、軸受ハウジング４に固定されたモータ基板５上のステータ９に対向するように配設されている。図示しない駆動回路から供給される駆動電流によってステータ９が励磁されると、ロータ８が回転し、ロータ８とともに、フランジ部材７、回転軸２、回転多面鏡１が回転する。

スリーブ３は、回転軸２の回転によって回転軸２との間に流体膜を形成する回転軸受手段であって、この流体膜の動圧によって、回転軸２を非接触で回転支持する。回転軸２の外周面には、回転軸２の下端から所定の間隔で、第１の動圧発生溝と、第２の動圧発生溝（不図示）が形成されている。回転軸２の回転とともに、スリーブ３との間の軸受間隙に充填された潤滑剤等が第１及び第２の動圧発生溝の中央部に吸い込まれ、高圧領域を発生させる。この高圧領域によって回転軸２とスリーブ３がラジアル方向に非接触な状態で支持される。スラスト方向の軸受は、回転軸２の下端面に形成された凸曲面の先端をスラスト板６に接触させるピボット軸受となっている。

回転多面鏡１の外側面には、軸方向の上端部と下端部に反射面１ａ、１ｂが形成されている。回転多面鏡１の孔には、回転多面鏡１と回転軸２との圧入部１ｃが形成されている。圧入部１ｃは、レーザビームが入射する位置の軸方向略中央に設けられている。

圧入部１ｃは、回転多面鏡１の穴径に凸部（段差）を設けて形成している。反射面１ａ、１ｂは、圧入部１ｃが設けられた部分よりも突出し、半径方向の肉厚が厚くなっている。すなわち、反射面１ａ、１ｂとの間は、半径方向の肉厚が反射面１ａ、１ｂよりも薄くなっている。

圧入することにより、回転軸２と圧入部１ｃとの隙間（クリアランス）がなくなるため、回転多面鏡１の反射面１ａ、１ｂは、中心軸に対する面の出入り、つまり偏心が極めて小さくなっている。また、入射される複数のレーザビームを偏向するのに充分な面積、すなわち、軸方向の長さを有する。

図３、図４は偏向走査装置全体を示す図である。図３、図４に示すように、半導体レーザ31ａ〜31ｄから射出された発散光束は、それぞれカップリングレンズ32ａ〜32ｄにより、それ以後の光学系にカップリングされる。上記各光束は、副走査方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ33ａ〜33ｄにより、回転多面鏡１の反射面１ａ、１ｂの近傍に、主走査方向に長い線像として結像される。

回転多面鏡１の反射面１ａ、１ｂは上下に分離された形になっている。そして、上下に重なり合う２つの反射面１ａ、１ｂの一面で、半導体レーザ31ａ、31ｂから射出されるレーザビームが偏向反射される。また、上下に重なり合う２つの反射面１ａ、１ｂの別の面で、半導体レーザ31ｃ、31ｄから射出されるレーザビームが偏向反射されるようになっている。

回転多面鏡１で反射された４つの光束は、それぞれ走査レンズ35ａ〜35ｄを通り、折り返しミラー36ａ〜36ｄ、37ａ〜37ｄ、38ａ〜38ｄで反射されて、像担持体である感光体ドラム39ａ〜39ｄに至る。例えば、４つの光束のうち一つは、折り返しミラー36ａ、37ａ、38ａで反射されて、感光体ドラム39ａに至る。上記４つの光束の光路長が等しくなるように、上記の各折り返しミラー36ａ〜36ｄ、37ａ〜37ｄ、38ａ〜38ｄの位置が調整されている。

走査レンズ35ａ〜35ｄは、前述のようにして偏向反射面近傍に結像された各線像を、被走査面としての感光体ドラム39ａ〜39ｄの表面に光スポットとして結像させる。そして、回転多面鏡１がモータによって回転駆動されることにより、その偏向反射面により上記４つの光束が偏向反射される。これらの偏向光束は、感光体ドラム39ａ〜39ｄの表面を光スポットの形を保ったまま走査し、均一に帯電された感光体ドラム39ａ〜39ｄの表面を露光していく。

各半導体レーザ31ａ〜31ｄは、それぞれの色に対応した画像信号で駆動される。このため、それぞれの光束は、対応した色の画像信号に応じてオン・オフされ、感光体ドラム39ａ〜39ｄの表面に、対応した色の画像の静電潜像が形成される。回転多面鏡１の偏向反射面は、光束を等角速度的に偏向反射し、この等角速度的に偏向された光束を、走査レンズ35ａ〜35ｄが感光体ドラム39ａ〜39ｄ上において等速度的に走査させる。すなわち、走査レンズ35ａ〜35ｄはｆθ機能を有している。

上記光スポットによる感光体ドラム39ａ〜39ｄの走査開始側の端部には、同期検知部40ａ〜40ｄが配置されている。同期検知部40ａ〜40ｄは、感光体ドラム39ａ〜39ｄの表面に、光スポットで画像を書込むタイミングを調整するために設けられている。すなわち、回転多面鏡１の回転駆動により、感光体ドラム39ａ〜39ｄの表面を光スポットで等速度的に走査を開始する際に、同期検知部40ａ〜40ｄが光束を検知する。検知した時点から所定のタイミングで、半導体レーザ31ａ〜31ｄが画像信号で駆動されるように、半導体レーザ31ａ〜31ｄの出力開始時点を調整する。これにより、感光体ドラム39ａ〜39ｄの表面に、ゆがみやずれのない画像が形成される。

以上説明したように、回転多面鏡１は、複数のレーザビームを軸方向の異なる位置で偏向反射する反射面１ａ、１ｂを有し、回転多面鏡１と回転軸２との圧入部１ｃは、レーザビームが入射する位置の軸方向略中央に設けた構成とした。これにより、高い加工精度を維持して中心軸に対する回転多面鏡１の反射面１ａ、１ｂの倒れを抑えることができる。また、厚みの大きい回転多面鏡１の反射面１ａ、１ｂの中心軸に対する偏心を減らすことができる。さらに、回転多面鏡１の反射面１ａ、１ｂの面精度の悪化を低減することができる。そして、反射面１ａ、１ｂの倒れ、偏心、面精度の悪化による画質の劣化を抑制することができる。

また、圧入部１ｃの応力が回転多面鏡１内を伝わり回転多面鏡１の側面は変形する。しかし、反射面１ａ、１ｂは、圧入部１ｃが設けられた部分よりも突出し、半径方向の肉厚が厚くしたことにより、圧入部１ｃの応力は反射面１ａ、１ｂに及ばず、反射面１ａ、１ｂの変形がない。そのため、回転多面鏡１の反射面１ａ、１ｂの面精度を良好に保ち、画質を良好に保つことができる。

尚、図２は他の偏向走査装置の断面図である。図２のように、回転多面鏡１の穴径に凸部（段差）を設けた圧入部１ｃに変えて、回転軸12の径に凸部（段差）を設けた圧入部12ａとしてもよい。この場合、回転多面鏡１に変えて、内側面に圧入部１ｃのない回転多面鏡13とする。

回転多面鏡１を圧入させると、圧入部１ｃの応力が回転多面鏡１内を矢印Ａ方向に伝わり、回転多面鏡１の側面が変形する。しかし、圧入部１ｃの応力は、反射面１ａ、１ｂに及ばず、反射面１ａ、１ｂの変形はない。

また、潤滑材などを用いる動圧軸受に限定することなく、空気軸受や、ボールベアリングを用いても良い。

また、図５に示すように、回転多面鏡１の圧入部１ｃに変えて、フランジ部材14の上部に圧入部14ｂを設けてもよい。この場合は、回転軸２および回転多面鏡１内側面に、凹凸の加工を特別に加える必要がなく、より好適である。

[第二実施形態]
次に本発明に係る偏向走査装置の第二実施形態について図を用いて説明する。図６（ａ）は本実施形態にかかる偏向走査装置の断面図である。図６（ｂ）は他の偏向走査装置の断面図である。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図６（ａ）に示すように、本実施形態の偏向走査装置は、上記第一実施形態の回転軸12、回転多面鏡13（図２参照）に変えて、回転軸16、回転多面鏡17を設け、フランジ部材７を省略したものである。回転軸16は、凹部16ａを形成することで、回転多面鏡17と接する面の軸方向、上部と下部に凸部（段差）を設けた圧入部16ｂ、16ｃを２箇所設けている。すなわち、圧入部16ｂ、16ｃは、レーザビームが入射する位置の軸方向上下に設けられている。また、反射面17ａ、17ｂと圧入部16ｂ、16ｃの間に、溝17ｃ、17ｄを設けている。

回転多面鏡17を圧入させると、圧入部16ｂ、16ｃの応力が回転多面鏡17内を矢印Ａ方向に伝わり、回転多面鏡17の側面は変形する。しかし、反射面17ａ、17ｂと圧入部16ｂ、16ｃの間には溝17ｃ、17ｄが形成されている。このため、圧入部16ｂ、16ｃの応力Ａは、反射面17ａ、17ｂに及ばず、反射面17ａ、17ｂの変形はない。

尚、回転軸16の径に凸部（段差）を設けた圧入部16ｂ、16ｃに変えて、回転多面鏡17の穴径に凸部（段差）を設けて圧入部としてもよい。

厚みの大きい回転多面鏡においては、このように軸方向に十分離間した２箇所（圧入部16ｂ、16ｃ）で圧入することで、両端支持状態となる。このため、フランジ部材を設けなくても、中心軸に対する回転多面鏡17の反射面17ａ、17ｂの倒れを抑えることが出来る。軸方向の位置決めは圧入する際のストロークをコントロールすることで保証されている。従って、第一実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、フランジ部材が不要となり、コストを抑えることができる。

尚、図６（ｂ）に示すように、溝17ｃ、17ｄを、回転多面鏡17の上面と下面に厚み方向に形成してもよい。

また、本実施形態において、圧入部16ｂ、16ｃを、レーザビームが入射する位置の軸方向上下に設けた構成について説明したが、本発明はかかる構成に限定されるものではない。例えば、圧入部は、レーザビームが入射する位置の少なくとも軸方向上下どちらかに設けてあればよく、上または下のいずれか一方に設けても、同様の効果を得ることが出来る。

［第三実施形態］
次に本発明に係る偏向走査装置の第三実施形態について図を用いて説明する。図７は第三実施形態にかかる偏向走査装置の断面図である。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の偏向走査装置は、上記第一実施形態の回転軸２、回転多面鏡１に変えて、回転軸19、回転多面鏡20を設けたものである。回転軸19は、先端に径を細くした凹部19ｂを形成することで、回転多面鏡20と接する面の軸方向下部に凸部（段差）を設けた圧入部19ａを設けている。回転多面鏡20は、回転軸19と接する面の軸方向上部に凸部（段差）を設けた圧入部20ｅを設けている。すなわち、回転軸19は、軸方向下部の圧入部19ａの径を軸方向上部の径より大きく形成し、回転多面鏡20の軸方向上部の圧入部20ｅの孔径を軸方向下部の孔径より小さく形成した。

また、反射面20ａ、20ｂと圧入部20ｅ、19ａの間に、溝20ｃ、20ｄを設けている。このため、圧入部20ｅ、19ａの応力Ａは、反射面20ａ、20ｂに及ばず、反射面20ａ、20ｂの変形はない。そのため、反射面20ａ、20ｂの面精度を良好に保ち、画質を良好に保つことができる。

このように、回転軸19は、軸方向下部の圧入部19ａの径を軸方向上部の径より大きく形成し、回転多面鏡20の軸方向上部の圧入部20ｅの孔径を軸方向下部の孔径より小さく形成した。これにより、上記第二実施形態と同様の効果が得られる。

また、回転多面鏡20を回転軸19に圧入する際、圧入部19ａが回転多面鏡20の孔の軸方向下部と接触し、圧入部20ｅが回転軸19の軸方向上部と接触するまで、回転軸19と回転多面鏡20が接触しない。このため、接触により回転軸19、回転多面鏡20の孔が削れる等して圧入代が減少することがなく、圧入力の低下を抑制できる。

[第四実施形態]
次に本発明に係る偏向走査装置の第四実施形態について図を用いて説明する。図８は本実施形態にかかる偏向走査装置の断面図である。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態の偏向走査装置は、上記第一実施形態の回転軸２、回転多面鏡１に変えて、回転スリーブ22、回転多面鏡23を設けたものである。回転スリーブ22は、固定軸21に勘合した回転軸である。回転スリーブ22は、回転多面鏡23と接する面の軸方向、中央に凸部（段差）を設けた圧入部22ｂを設けている。回転スリーブ22に回転多面鏡23を圧入することによって、回転多面鏡23を回転スリーブ22に固定している。

尚、回転スリーブ22の径に凸部（段差）を設けた圧入部22ｂに変えて、回転多面鏡23の穴径に凸部（段差）を設けて圧入部としてもよい。

このように、第四実施形態では、回転軸は固定軸21に勘合した回転スリーブ22であって、回転多面鏡23を圧入によって回転スリーブ22に固定した。これにより、上記第一実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、フランジ部材が不要となり、コストを抑えることができる。

第一実施形態にかかる偏向走査装置の断面図である。 他の偏向走査装置の断面図である。 偏向走査装置全体を説明する図である。 偏向走査装置全体を説明する図である。 他の偏向走査装置の断面図である。 （ａ）第二実施形態にかかる偏向走査装置の断面図である。（ｂ）他の偏向走査装置の断面図である。 第三実施形態にかかる偏向走査装置の断面図である。 第四実施形態にかかる偏向走査装置の断面図である。 従来の偏向走査装置の断面図である。

符号の説明

１、13、17、20、23…回転多面鏡、１ａ、１ｂ、17ａ、17ｂ、20ａ、20ｂ…反射面、１ｃ、12ａ、14ｂ、16ｂ、16ｃ、19ａ、20ｅ、22ｂ…圧入部、２12、16、19…回転軸、３…スリーブ、４…軸受ハウジング、５…モータ基板、６…スラスト板、７…フランジ部材、８…ロータ、９…ステータ、16ａ、19ｂ…凹部、17ｃ、17ｄ、20ｃ、20ｄ…溝、21…固定軸、22…回転スリーブ、31ａ〜31ｄ…半導体レーザ、32ａ〜32ｄ…カップリングレンズ、33ａ〜33ｄ…シリンドリカルレンズ、35ａ〜35ｄ…走査レンズ、36ａ〜38ｄ…ミラー、39ａ〜39ｄ…感光体ドラム、40ａ〜40ｄ…同期検知部

Claims (6)

1. レーザビームが偏向反射する回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡を圧入して固定しており、該回転多面鏡と一体的に回転する回転軸と、
   前記回転多面鏡と当接して該回転多面鏡の軸方向の位置決めを行うフランジ部と、
   を有し、複数のレーザビームを偏向走査する偏向走査装置であって、
   前記回転多面鏡は、複数のレーザビームを軸方向の異なる位置で偏向反射する反射面を有し、
   前記回転多面鏡と前記回転軸との圧入部は、レーザビームが入射する位置の軸方向略中央に設けられていることを特徴とする偏向走査装置。
2. レーザビームが偏向反射する回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡を圧入して固定しており、該回転多面鏡を回転させる回転軸と、
   を有し、複数のレーザビームを偏向走査する偏向走査装置であって、
   前記回転多面鏡は、複数のレーザビームを軸方向の異なる位置で偏向反射する反射面を有し、
   前記回転多面鏡と前記回転軸との圧入部を、レーザビームが入射する位置の少なくとも軸方向上下どちらかに設けることを特徴とする偏向走査装置。
3. 前記回転軸は、軸方向下部の圧入部の径を軸方向上部の径より大きく形成し、前記回転多面鏡の軸方向上部の圧入部の孔径を軸方向下部の孔径より小さく形成したことを特徴とする請求項２に記載の偏向走査装置。
4. 前記反射面は、前記圧入部が設けられた部分よりも突出し、半径方向の肉厚を厚くしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の偏向走査装置。
5. 前記回転多面鏡の反射面と圧入部の間に溝を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の偏向走査装置。
6. 前記回転軸は、固定軸に勘合した回転スリーブであって、前記回転多面鏡を圧入によって前記回転スリーブに固定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の偏向走査装置。
   

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