JP2006167812A - 回転子の製造方法、ポリゴンミラー、ポリゴンスキャナユニット、レーザスキャンユニットおよび画像形成措置 - Google Patents

Abstract

【課題】 量産加工品質を満足する十分な剛性を持ち、回転子の筒状部底面より下に回転軸の端面が有る回転子同士を重ね合わせる場合でも、回転子の形状の制約を受けずに回転子を重ね合せて複数個同時の鏡面加工が可能となる回転子の製造方法及びポリゴンスキャナユニットを提供する。
【解決手段】 鏡面に加工される複数の側面部を周方向に有する正角形状の水平面部５１ｅと、この水平面部５１ｅの回転中心に回転軸２を有し、この回転軸２と同心の円筒形状で前記回転軸２を中心に配したロータ部５１ｆとを有する回転子５１、５４であり、前記回転軸２周りに中空部を有するポリゴンスキャナの回転子の製造方法において、前記回転子５１、５４とこの回転子５１、５４の間に中間部材５３を介在させ複数個重ね合わせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置、画像読み取り装置等の光偏向器として用いることができるポリゴンスキャナの回転子の製造方法、及びこの製造方法により製造された回転子を使用するポリゴンスキャナユニットに関するものである。

従来、画像形成装置や画像読み取り装置に用いられるポリゴンミラー（回転多面鏡）は、回転軸及びマグネットと共に回転子を構成し、画像形成装置等においては固定子に対して回転軸を中心に回転することが知られている。また、このポリゴンミラーの光反射面が鏡面加工によって加工されることも知られている（例えば、特許文献１参照）。
図８は画像形成装置や画像読み取り装置に用いられるポリゴンミラー（回転多面鏡）の従来例を示す概略斜視図である。画像形成装置や画像読み取り装置に用いられるポリゴンミラー（回転多面鏡）として、例えば図８に示すようなものが知られている。
このポリゴンミラー１は、回転軸２及びマグネット３と共に回転子４を構成し、画像形成装置等においては図示を略す固定子に対して回転軸２を中心に回転する。
ポリゴンミラー１の基部５外周の６つの側面９ａ〜９ｆは鏡面加工された平滑な光反射面（鏡面）であり、その鏡面加工は特許文献１に示すように、次に示す図９の加工装置１０により行われる。
図９は鏡面加工用の加工装置を示す概略図である。この加工装置１０は、第１の金属加工品２３を保持する受け台１４と、加圧治具１９により保持された第１の金属加工品２３及び第２の金属加工品２４の側面（鏡面加工前の側面）９ａ〜９ｆ（図８）を切削する切削工具１７と、この切削工具１７に対し第１の金属加工品２３及び第２の金属加工品２４の側面を平行に揃える平面部材１１を備える。
保持装置１６は図９に示すように、角度割出し盤１３の上面にベースプレート２０が設けられ、その上面には凸部２０ａが設けられている。受け台１４の底部には凹部１４ａが設けられ、この凹部１４ａが凸部２０ａに係合して位置決めされている。
受け台上面１４ｂは平滑かつ角度割出し盤１３に平行に仕上げられており、第１の金属加工品２３の加工基準面である筒状部６（図８）の筒状部底面６ａが当接されるようになっている。
また、受け台上面１４ｂの中央部には逃げ穴１５が形成されており、固定治具２１が嵌合されている。この固定治具２１は、以下の図１０により明瞭に示すように筒状の本体の上部にフランジ状の先端部２１ａを有しており、この先端部２１ａと第１の金属加工品２３の内周面２３ａを嵌め合せることによって位置決めすることができる。

図１０は図９の鏡面加工用の加工装置のとくに第１及び第２の金属加工品周辺を拡大して示す概略図である。図１１は金属加工品上方の加圧装置を示す概略図である。
切削工具１７は図９に示すように、第１の金属加工品２３及び第２の金属加工品２４を鏡面加工するために軸線Ｏ_１を中心に鉛直面内で回転する回転円盤１８にバイト２２が取り付けられて構成されている。
平面部材１１は受け台上面１４ｂに垂直な平面部１２を有し、水平方向に稼動するように設けられている。水平方向に稼動することによって、第１の金属加工品２３及び第２の金属加工品２４の側面に平面部１２を押し当てることによって、第１の金属加工品２３及び第２の金属加工品２４の側面を揃える。
保持治具２９は、図１１に示すように、円筒形状の棒状部材２６を有しており、油、空気等の圧力で棒状部材２６を上下方向に移動する構造となっており、棒状部材２６の先端部２６ａには加圧治具稼動部２７が締結されている。
加圧治具稼動部２７には支持棒２８が取り付けられ、保持治具２９に取り付けられたスライドガイド３２を介して加圧治具稼動部２７が上下に移動する。この棒状部材２６と平行するように支持棒２８が設けられて構成されている。これにより、加圧装置３１にて加圧治具稼動部２７が上下方向に可動し、規定されるストロークの分だけ上下方向に稼動可能となっている。

図１０は第１の金属加工品２３及び第２の金属加工品２４の位置決め方法を示している。固定治具２１の先端部２１ａを第１の金属加工品２３の内周面２３ａと嵌合させることで第１の金属加工品２３の回転軸の中心と角度割り出し盤１３の軸線Ｏ_２に一致させ、かつ、第１の金属加工品２３の姿勢を水平にする。
第１の金属加工品２３の上面の溝内周面２３ｃに第２の金属加工品２４の内周面２４ａを嵌合させることで第２金属加工品２４の軸心と第１の金属加工品２３の回転軸の中心を一致させ、第１の金属加工品２３の溝底部２３ｄに第２の金属加工品２４の加工基準面である筒状部６（図８）の底面６ａを当接させることで姿勢を水平にする。
取り付けられた第１の金属加工品２３及び第２の金属加工品２４は、平面部材１１（図９）の平面部１２を一方の側面に押し当てることにより、第１の金属加工品２３及び第２の金属加工品２４の他方の側面９ａを切削工具１７の回転円盤１８に正対させる。
次に、弾性部材２５を第２の金属加工品２４の筒状部６（図８）に重なり合うようにポリゴンミラーの基部５（図８）上に載せて、加圧装置３１を駆動させて、加圧治具稼動部２７を下方に移動させ、加圧治具１９をゆっくり下降させる。そのさいに周壁部１９ｂの底面１９ａが弾性部材２５を押圧するように弾性部材２５の位置を微調整する。
第１の金属加工品２３及び第２の金属加工品２４の側面９ａ（図８）と回転円盤１８との距離関係を微調整し、その後に回転円盤１８を回転させ、両者を相対的に移動させつつ側面９ａをバイト２２により切削して側面９ａを鏡面加工する。
以降、第１の金属加工品２３をクランプしたまま角度割出し盤１３を分割回転させて側面９ｂ，９ｃ，…９ｆを順次回転円盤２６に正対させ、各側面９ｂ，９ｃ，…９ｆを上記同様の手順で鏡面加工し、加工終了後、加圧装置３１を上昇させ第１の金属加工品２３及び第２の金属加工品２４のクランプを解放することにより回転子４（図８）が得られる。
しかしながら、近年、画像形成装置等については、高速化、高性能化（高画質化）の要求が厳しく、これに用いられる回転子についても高速回転可能及び高精度であることが求められている。例えば、回転子のミラー面の平面度品質（面精度）に関して言えば、要求精度が４λ／５（λ＝０．６３３μｍ）からλ／４に引き上げられている。
そこで、高速回転を実現すべく高速安定領域までの立ち上がり時間を短縮し、高速到達後の回転ムラの減少及び消費電力を低減するためには、回転子の薄肉化と軽量化が必要となるが、回転子を薄肉化することでその剛性が低下し、鏡面加工時の切削抵抗による鏡面の変形量が大きくなり、面精度仕様を満足することが難しくなる。
従来技術に記した回転子を重ね合わせて複数個同時に鏡面加工する工法では、回転子の筒状部底面よりも更に下方に回転軸の端面が有る場合は、回転軸が他方の回転子と干渉し重ね合わせることができない。
そこで、回転子を重ね合わせるためには回転軸の影響を受けない形状にする必要があり、回転子の上面に筒状の受け形状を設ける等の形状変更による対応が必要であった。
特開２００１−２２８４３２公報

しかし、形状変更をすることで回転子の重量が増加し、その重量増加の対策として薄肉化及び軽量化を施すと剛性が低下する等の、面精度の要求仕様に対して量産での加工品質を得ることができない場合や、重ね合わせの方法として回転子の鏡面加工後に回転軸を圧入する工法も開発されたが、結果として圧入された回転軸の影響により鏡面が変形し、面精度の要求仕様を満足することができなくなった。
また、回転子の高精度化として回転子の回転中心からミラー面までの距離公差も、要求値が今までの１００μｍから５０μｍとなり、特許文献１のような重ね合わせ方法が開発されていた。
しかし、回転子の重ね合せ時に金属加工品本体や中間部材による嵌め合せが厳密に実施されないと軸線の位置ずれや金属加工品の姿勢変化によるミラー面の加工挽き残りや回転子の回転中心からミラー面までの距離バラツキが発生する等の問題が有った。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、量産加工品質を満足する十分な剛性を持ち、回転子の筒状部底面より下に回転軸の端面が有る回転子同士を重ね合わせる場合でも、回転子の形状の制約を受けずに回転子を重ね合せて複数個同時の鏡面加工が可能となる回転子の製造方法及びポリゴンスキャナユニットを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、鏡面に加工される複数の側面部を周方向に有する正角形状の水平面部と、この水平面部の回転中心に回転軸を有し、この回転軸と同心の円筒形状で前記回転軸を中心に配したロータ部とを有する回転子であり、前記回転軸周りに中空部を有するポリゴンスキャナの回転子の製造方法において、前記回転子とこの回転子の間に中間部材を介在させ複数個重ね合わせる回転子の製造方法を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記回転軸が前記回転子に軸止めされた構造であり、複数個重ね合わせて鏡面加工する請求項１記載の回転子の製造方法を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、複数個重ね合わせて前記回転子の外周面で位置決めし、鏡面加工する請求項２記載の回転子の製造方法を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、構造が異なる回転子を複数個重ね合せて鏡面加工する請求項１記載の回転子の製造方法を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、複数個重ね合せて前記回転子の外周面で位置決めし、鏡面加工する請求項４記載の回転子の製造方法を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１記載の回転子の製造方法を使用して製造されたポリゴンミラーを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６記載のポリゴンミラーを搭載するポリゴンスキャナユニットを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７記載のポリゴンスキャナユニットを搭載するレーザスキャンユニットを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８記載のレーザスキャンユニットを搭載したことを特徴とする。

本発明によれば、回転子の筒状部底面より下に回転軸の端面があり、回転子同士を重ね合わせできない形状においても、回転子と回転子の間に中間部材を介在させることで、回転子を複数個重ね合わせることができ、形状の制約を受けず同時加工が可能となる。その結果、量産加工での作業効率の向上を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明による鏡面加工用の加工装置を示す概略図である。図１には本発明に係わる複数個の回転子を回転子の形状にとらわれることなく、重ね合わせることができる構成を示している。
固定治具５０の先端部５０ａに第１の金属加工品５１の内周面５１ａを滑合させ、受け台上面５２に第１の金属加工品５１を取り付けて位置決めをする。中間部材５３は外周縁の上面５３ａと、その下方に位置する底面５３ｂとを互いに平行状態とし、且つ両面５３ａ、５３ｂは平滑に加工されており、中央の突出部である先端部５３ｃと内周面５３ｄは同軸で平滑に加工されている。
第１の金属加工品５１の外周面５１ｂに、中間部材５３の内周面５３ｄを滑合させ、第１の金属加工品５１の上面５１ｃに中間部材５３の底面５３ｂを当接させて、第１の金属加工品５１の上部に中間部材５３を取り付けて位置決めする。また、第１の金属加工品５１の上部外周面５１ｂと中間部材５３の内周面５３ｄには固定位置決め時に水平方向に移動できるようにクリアランスが設けてある。
この中間部材５３の上面中央から突出した先端部５３ｃの外周に第２の金属加工品５４の内周面５４ａを滑合させ、中間部材５３の外周縁上面５３ａに第２の金属加工品５４の底面を当接させることにより、中間部材５３の上部で第２の金属加工品５４を取り付けて位置決めする。また、第２の金属加工品５４の内周面５４ａと中間部材５３の先端部５３ｃには固定位置決め時に水平方向に移動できるようにクリアランスが設けてある。

上記の手段で複数個の金属加工品を重ね合わせた状態で、後退している突き当てスライド５７と突き当てスライド５６を搭載した突き当て治具５８を金属加工品の軸線Ｏ_２に対して直交方向に水平移動させ第２の金属加工品５４の外周面５４ｂと第１の金属加工品５１の外周面５１ｄに突き当てスライド５７と突き当てスライド５６を当接させる。
突き当て治具５８の突き当てスライド５７と突き当てスライド５６は突き当て基準面５７ｂで予め突出し量が軸線Ｏ_２に対して整列度３μｍ以下で設定されている。全ての当接面が一致するとき、第２の金属加工品５４と第１の金属加工品５１はクリアランス範囲内で金属加工部品の軸線Ｏ_２に対して直交方向に水平移動し位置決めされる。
このとき、突き当て基準面５７ｂと突き当てスライド５７及び突き当てスライド５６の位置関係は、突き当て面５７ａ及び突き当て面５６ａと外周面５４ｂ及び外周面５１ｄの当接面で３μｍ以下の精度を確保しており、軸線Ｏ_２に対して第２の金属加工品５４と第１の金属加工品５１の軸線Ｏ_２は５０μｍ以下で一致させることが可能となる。
このようにして複数個の金属加工品を重ね合わせることができ、形状にとらわれず１度の鏡面加工にて複数個の回転子を得ることができるようになる。図１において、回転子（第１の金属加工品５１及び第２の金属加工品５４）は鏡面に加工される複数の側面部を周方向に有する正角形状の水平面部５１ｅ及び５４ｃと、この水平面部５１ｅ及び５４ｃの回転中心に回転軸２を有し、この回転軸２と同心の円筒形状で回転軸２を中心に配したロータ部５１ｆ及び５４ｄとを有しており、回転軸２の周りに中空部を有している。

図２は本発明による鏡面加工用の加工装置の中間部材の変形例を示す概略図である。図２に示すように、中間部材６３の形状を変えることにより、第２の金属加工品５４の方向を変えた構成での重ね合せが実現できる場合もある。その構成は、固定治具５０の筒状の本体上部に設けたフランジ状の先端部５０ａに、第１の金属加工品５１の袴部の内周面５１ａを滑合させ、受け台上面５２に第１の金属加工品５１の袴部の底面を当接させることにより位置決めする。
中空筒状の中間部材６３は、その外壁部の上面６３ａと底面６３ｂを平行状態で平滑に加工されており、内周面６３ｃは上面６３ａと底面６３ｂの２平面に対し垂直で平滑に加工されている。第１の金属加工品５１の小径外周面５１ｂに、中間部材６３の内周面６３ｃを滑合させ、第１の金属加工品５１の上面５１ｃに中間部材６３の底面６３ｂを当接させて、第１の金属加工品５１の上部に中間部材６３を位置決めする。
この中間部材６３の上部で、逆さ状態にある第２の金属加工品５４の小径外周面５４ａと中間部材６３の内周面６３ｃとを滑合させ、中間部材６３の上面６３ａと第２の金属加工品５４の上面５４ｂを当接させることにより、中間部材６３の上部で第２の金属加工品５４を位置決めする。また、各滑合部は水平方向に移動できるようにクリアランスが設けてある。
上記の手段で複数個の金属加工品の一方を上下逆向きにして重ね合わせた状態で、後退している突き当てスライド５７と突き当てスライド５６を搭載した突き当て治具５８を第１及び第２の金属加工品の軸線Ｏ_２に対して直交方向に水平移動させる。そして第２の金属加工品５４の突き当て面５７ａと第１の金属加工品５１の突き当て面５１ａに突き当てスライド５７と突き当てスライド５６を当接させる。
突き当て治具５８の突き当てスライド５７と突き当てスライド５６は突き当て基準面５７ｂで予め突出し、突出量が軸線Ｏ_２に対して整列度３μｍ以下で設定されている。
全ての当接面が一致するとき、第２の金属加工品５４と第１の金属加工品５１はクリアランス範囲内で第１及び第２の金属加工品の軸線Ｏ_２に対して直交方向に水平移動し位置決めされる。
このとき、突き当て基準面５７ｂと突き当てスライド５７及び突き当てスライド５６の位置関係は、突き当て面５７ａ及び突き当て面５６ａとの当接面で３μｍ以下の精度を確保しており、軸線Ｏ_２に対して第２の金属加工品５４と第１の金属加工品５１の軸線Ｏ_２は５０μｍ以下で一致させることが可能となる。
このようにして上下の向きを違えての金属加工品の重ね合わせが可能となり、上下方向の向きにとらわれず１度の加工にて複数個の回転子を得ることができるようになる。図２における他の構成は図１とほほ同じであるので、同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

次に、図３は金属加工品（ポリゴンミラー）の形状の一例を示す概略断面図である。図４は金属加工品（ポリゴンミラー）の形状の他の例を示す概略断面図である。図３及び図４示すように、互いに形状が違った金属加工品においても、次の図５に示すように軸線Ｏ_２に対して、突き当て治具５８の突き当てスライド５７と突き当てスライド５６の突出し量を制御することにより、突き当て面５７ａと突き当て面５６ａの位置関係を一定に保つことが可能になるので、１度の加工にて複数個の回転子を得ることができるようになる。
図５は異なる形状の金属加工品を使用する鏡面加工用の加工装置を示す概略図である。図５では、第１の金属加工品５１に図３に示した形状の金属加工品を、第２の金属加工品５４に図４に示した形状の金属加工品を使用している。図５における他の構成は図１とほほ同じであるので、同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
図６は図１の実施の形態を示す斜視図である。図７は図６の斜視図の上面図である。図６及び図７において、突き当てスライド５７の突き当て面５７ｂ１及び５７ｂ２と突き当てスライド５６の突き当て面５６ａ１及び５６ａ２は、２等辺の２平面で第２の金属加工品５４の外周面５４ｂと第１の金属加工品５１の外周面５１ｄと当接している状態である。
また、図７の上面図は２等辺の２平面が軸線Ｏ_２基準で加工された第２の金属加工品５４の外周面５４ｂと第１の金属加工品５１の５１ｄに対してＶ溝形状で当接していることを表現している。
本発明では２等辺の２平面によるＶ溝で金属加工品の外周面に当接している状態を図示しているが、金属加工品の外周面で金属加工品の軸線Ｏ_２を一致させることが可能で、軸線Ｏ_２に対して直交方向に当接が可能で有れば、突き当てスライドの先端形状に制約は無い。

補足として、本加工に適用する金属加工品の各部位は軸線Ｏ_２に対して同軸加工が施されており、軸線Ｏ_２と各外周の突き当て面及び内周面は平行かつ垂直に平滑加工されている。図６及び図７における他の構成は図１とほほ同じであるので、同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
金属加工品のミラー面を鏡面加工した後に、回転軸２等を焼き嵌め、圧入すると、内部応力の発生によりミラー面の形状が変化し鏡面品質の悪化となる。そこで、鏡面加工前に回転軸２等を焼き嵌め圧入して、貫通穴のない状態の形状で鏡面加工することにより内部応力の影響を受けず、所望の鏡面品質を得ることができる。
また、貫通穴のない形状にすることにより、回転子５１、５４の剛性が向上し、切削抵抗等の応力によるミラー面変形量を低減することができ、ミラー面の鏡面品質を向上させることができる。
各々の回転子５１、５４の外周面に当接させて回転子５１、５４の軸線からのミラー面の距離を高精度に一致させることが可能となり、回転子５１、５４の品質を向上させ、ポリゴンスキャナユニットの性能向上となる。

本発明によれば、重ね合わせる回転子５１、５４で構造に違いが有る場合でも、各々の回転子に対し中間部材の形状を変更することにより異形状の回転子を複数個同時に鏡面加工することができる。このため、１台の加工機で多品種の同時加工が可能となり、多品種少量生産の生産効率を向上させることができる。
異形状の回転子５１、５４の外周面に当接させて回転子５１、５４の軸線からのミラー面の距離を高精度に一致させることが可能となり回転子５１、５４の品質を向上させ、ポリゴンスキャナユニットの性能向上となる。
本発明によれば、高精度な複数個加工が可能となり、回転子（金属加工品）５１、５４はミラー面と軸線の精度が一定に保たれ、低コストで高品位な部品・ユニットを提供できる。
本発明の回転子の製造方法では、鏡面加工される複数の側面部９ａを周方向に有する正多角形状の水平面部５１ｅと、この水平面部の回転中心に回転軸２を有しこの回転軸と同心の円筒形状で回転軸２を中心に配したロータ部５１ｆと、を有し、回転軸周りに中空部を有する回転子５１、５４の製造方法において、中間部材５３を介して軸方向に複数の回転子を重ね合わせた状態で各回転子の各側面部を鏡面加工するので、上記の如き優れた効果を得ることができる。
上記製造方法を使用して製造された回転子はポリゴンミラーに適用することができる。
また、上記ポリゴンミラーは、リゴンスキャナユニットに適用することができる。
また、上記ポリゴンミラー、及びポリゴンスキャナユニットは、レーザスキャンユニットや、このレーザスキャンユニットを搭載した画像読取り装置、画像形成装置に適用することができる。

本発明による鏡面加工用の加工装置を示す概略図。 本発明による鏡面加工用の加工装置の中間部材の変形例を示す概略図。 金属加工品の形状の一例を示す概略断面図。 金属加工品の形状の他の例を示す概略断面図。 異なる形状の金属加工品を使用する鏡面加工用の加工装置を示す概略図。 図１の実施の形態を示す斜視図。 図６の斜視図の上面図。 画像形成装置や画像読み取り装置に用いられるポリゴンミラー（回転多面鏡）の従来例を示す概略斜視図。 鏡面加工用の加工装置を示す概略図。 図９の鏡面加工用の加工装置のとくに第１及び第２の金属加工品周辺を拡大して示す概略図。 金属加工品上方の加圧装置を示す概略図。

符号の説明

２ 回転軸、５１ 回転子（第１の金属加工品）、５１ｅ 正角形状の水平面部、５１ｆ ロータ部、５３ 中間部材、５４ 回転子（第２の金属加工品）、５４ｃ 正角形状の水平面部、５４ｄ ロータ部

Claims (9)

1. 鏡面加工される複数の側面部を周方向に有する正多角形状の水平面部と、この水平面部の回転中心に回転軸を有しこの回転軸と同心の円筒形状で前記回転軸を中心に配したロータ部と、を有し、前記回転軸周りに中空部を有する回転子の製造方法において、中間部材を介して軸方向に複数の前記回転子を重ね合わせた状態で前記各回転子の各側面部を鏡面加工することを特徴とする回転子の製造方法。
2. 前記回転軸が前記回転子に軸止めされた構造であり、複数個重ね合わせて鏡面加工することを特徴とする請求項１記載の回転子の製造方法。
3. 複数個重ね合わせた各回転子の外周面で位置決めし、鏡面加工することを特徴とする請求項２記載の回転子の製造方法。
4. 構造が異なる回転子を複数個重ね合せて鏡面加工することを特徴とする請求項１記載の回転子の製造方法。
5. 複数個重ね合せて前記回転子の外周面で位置決めし、鏡面加工することを特徴とする請求項４記載の回転子の製造方法。
6. 請求項１記載の回転子の製造方法を使用して製造されたことを特徴とするポリゴンミラー。
7. 請求項６記載のポリゴンミラーを搭載することを特徴とするポリゴンスキャナユニット。
8. 請求項７記載のポリゴンスキャナユニットを搭載することを特徴とするレーザスキャンユニット。
9. 請求項８記載のレーザスキャンユニットを搭載したことを特徴とする画像形成装置。
   

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