JP2008267483A - 動圧軸受ユニット、それを用いた光偏向器、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化・小径化によって高速回転化に対応可能で、組立が容易で、油漏れを起こしにくく、信頼性が高い動圧軸受ユニット、およびこれを用いた光偏向器、光走査装置、画像形成装置を提供する。
【解決手段】軸１０４と、軸１０４との相対回転によって軸受隙間Ｃに生じた油の動圧で軸１０４を非接触支持する軸受部材１０５と、軸受部材１０５が収容され、一端が開口で他端が閉じられたハウジング１０６と、ハウジング１０６の開口部をシールするシール部材１０９と、軸１０４、軸受部材１０５、及びハウジング１０６で囲まれた空間を外気と連通させる通気路１１５とを有し、軸受部材１０５がハウジング１０６に対して、シール部材１０９によって押圧されて固定された動圧軸受ユニットであって、軸受内に混入した気泡を開放するための開放部１１６を軸受部材１０５とシール部材１０９との間に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、組立が容易で、油漏れを起こしにくく、信頼性が高い動圧軸受ユニット、およびこれを用いた光偏向器、光走査装置、画像形成装置に関する。

光走査装置に用いられる従来の光偏向器は、特許文献１に開示されるように、ハウジング開口側端部に環状の油溜まり部を設け、軸受部材を接着剤で固定する構造であった。

一方、特許文献２に開示される光走査装置の光偏向器は、ミラーが小型化され、５００００〜６００００ｒｐｍの高速回転で使用される。
特許文献２に開示される構造は、ミラーを小型化し、軸受を小型、小径化して軸受損失を減らすことで、６００００ｒｐｍ超の高速回転に対応できるが、軸受部材の接着剤での固定が困難となるため、組立性が著しく低下する。

この問題を解決するために、特許文献１に示すようにシール部材を軸受部材に密着させて軸受部材を固定する構造とすることが考えられる。しかし、この場合には、油漏れが発生する可能性がある。
特開２００２−１３９０４１号公報 特開２００５−９２１２９号公報

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、小型化・小径化によって高速回転化に対応可能で、組立が容易で、油漏れを起こしにくく、信頼性が高い動圧軸受ユニット、およびこれを用いた光偏向器、光走査装置、画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、軸と、軸との間に軸受隙間を備え、該軸との相対回転によって軸受隙間に生じた油の動圧で軸を非接触支持する軸受部材と、軸受部材が収容され、一端が開口で他端が閉じられたハウジングと、ハウジングの開口部をシールするシール部材と、軸、軸受部材、及びハウジングで囲まれた空間を外気と連通させる通気路とを有し、軸受部材がハウジングに対して、押圧部材によって押圧されて固定された動圧軸受ユニットであって、軸受内に混入した気泡を開放するための開放部を軸受部材とシール部材との間に設けたことを特徴とする動圧軸受ユニットを提供するものである。

本発明の第１の態様においては、開放部は、押圧部材の軸受部材との当接部と周方向に隣接して形成された空間であることが好ましく、これに加えて、軸受部材との当接部が、周方向に複数形成されることが好ましい。開放部を周方向に分割形成することで、軸受部材の押さえ機能を確保した上で、軸受組立時に軸受内に混入した空気を開放するのに十分な空間を確保でき、また、ハウジングに軸受部材を固定する際、押圧力の周方向の分布を均等にできる。

本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、シール部材と押圧部材とが一体で形成されることが好ましい。これにより、部品点数を削減し、組立を簡素化できる。また、シール部材がハウジングに圧入固定されることが好ましい。これにより、シール部材を強固に固定し、組立コストを低減できる。また、押圧部材は弾性部材であり、軸の軸方向に圧縮されて軸受部材とシール部材とに当接、固定され、開放部は、押圧部材の周辺の空間であることが好ましく、これに加えて、押圧部材は波ワッシャであることがより好ましい。これにより、温度変化に伴う軸受部材、ハウジング等の部品の伸縮に対して、押圧力が一定に保たれて部品が動くことが無く信頼性が高くなり、また、押圧部材の構造が簡単で低コスト化を図れる。

また、本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、開放部は、軸受部材及びシール部材の間に形成され押圧部材が存在しない空間であって、空間の軸中心線と直交する断面の面積をＳとし、軸の直径をＤ、円周率をπとするとき、下記式（１）を満たすことが好ましい。
πＤ²／４≦Ｓ ・・・（１）
これにより、小型・小径化した動圧軸受ユニットで、軸受組立時に軸受内に混入した空気を開放するのに十分な空間と断面積とを確保できる。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成に係る動圧軸受ユニットと、軸に固定された回転多面鏡とを有することを特徴とする光偏向器を提供するものである。これにより、高速回転での軸受からの油漏れが低減され、光偏向器の信頼性を高められる。

本発明の第２の態様においては、回転多面鏡が軸の軸方向に複数段積設され、各段の回転多面鏡の偏向反射面が回転方向に所定角ずれて軸に固定されることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、上記本発明の第２の態様にかかるを用いた光走査装置であって、半導体レーザからのビームを光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて光スポットを形成し、光偏向器によってビームを偏向させることにより被走査面に走査線を走査することを特徴とする光走査装置を提供するものである。これにより、光偏向器の高速回転にともなう油漏れを低減し、軸受の信頼性を高め、光源部の部品点数・材料を削減し、環境負荷を低減し、光源の故障確率を低く抑えられる。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第４の態様として、上記本発明の第２の態様にかかるを用いた光走査装置であって、半導体レーザからの複数のビームを光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて複数の光スポットを形成し、光偏向器によってビームを偏向させることにより被走査面の複数の走査線を隣接走査することを特徴とする光走査装置を提供するものである。これにより、光偏向器の高速回転にともなう油漏れを低減し、軸受の信頼性を高め、光源部の部品点数・材料を削減し、環境負荷を低減し、光源の故障確率を低く抑えられる。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第５の態様として、上記本発明の第３又は第４の態様のいずれかの構成に係る光走査装置を用いた画像形成装置であって、感光媒体の感光面に光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、該潜像を可視化して画像を形成することを特徴とする画像形成装置を提供するものである。これにより、光源部の部品点数・材料を削減し、環境負荷を低減できる。

本発明によれば、小型化・小径化によって高速回転化に対応可能で、組立が容易で、油漏れを起こしにくく、信頼性が高い動圧軸受ユニット、およびこれを用いた光偏向器、光走査装置、画像形成装置を提供できる。

〔第１の実施形態〕
〈光偏向器〉
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。図１に、回転体の上面図、図２に断面図、図３に斜視図をそれぞれ示す。
光偏向器の回転体１０１は、回転多面鏡１０２ａ、１０２ｂとロータ磁石１０３を支持するフランジ１０２ｃとから構成され、軸１０４の外周に焼き嵌めされている。軸受部材１０５は含油動圧軸受であり、軸受隙間は直径で１０μｍ以下に設定されている。高速回転での安定性を確保するため、ラジアル軸受として、不図示の動圧発生溝が設けられている。動圧溝は、軸１０４の外周面又は軸受部材１０５の内周面に設けるが、加工性が良好な焼結部材からなる軸受部材１０５の内周に施すことが好適である。

軸１０４の素材としては、焼き入れが可能で表面硬度を高くでき、耐摩耗性が良好なマルテンサイト系のステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）が好適である。

ロータ磁石１０３は、フランジ１０２ｃの下部内面に固定され、ハウジング１０６に固定されたステータコア１０７（巻線コイル１０７ａ）とともにアウターロータ型のブラシレスモータを構成している。ロータ磁石１０３は、樹脂をバインダに使用したボンド磁石であり、高速回転時の遠心力によって破壊されないように、ロータ磁石１０３の外径部が保持部であるフランジ１０２ｃによって保持されている。

スラスト方向の軸受は、軸１０４の下端面に形成された凸曲面１０４ａと、その対向面のスラスト部材１０８とを接触させるピボット軸受である。スラスト部材１０８は、マルテンサイト系ステンレス鋼やセラミックス、又は金属表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などの硬化処理を施したもの、あるいは樹脂材料等を用いて潤滑性を良好とし、摩耗粉の発生を抑制している。軸受部材１０５及びスラスト部材１０８は、ハウジング１０６に収納され、シール部材１０９によって油の流出が防止されている。

回転体１０１を２５０００ｒｐｍ以上の高速回転させる場合、振動を小さくするために回転体１０１のバランスを高精度に修正し、かつ維持しなければならない。回転体１０１にはアンバランスの修正部が上下２カ所あり、上側は回転体１０１の上面円周凹部１０２ｄに、下側はフランジ１０２ｃの円周凹部１０２ｅに各々接着剤を塗布することによってバランスを修正する。アンバランス量は、１０ｍｇ・ｍｍ以下である必要があり、例えば半径１０ｍｍの箇所では修正量は１ｍｇ以下に保たれている。
なお、上記のような微小な修正を実行する際に接着剤等の付着物では管理しにくい場合や、量が少ないために接着力が弱く４００００ｒｐｍ以上の高速回転時に剥離・飛散してしまうような場合には、回転体の一部を削除する方法（ドリルによる切削やレーザ加工）を用いる方が好適である。

本実施形態におけるモータ方式は、径方向に磁気ギャップを有し、ステータコア１０７の外径部にロータ磁石１０３がレイアウトされるアウターロータ型と呼ばれる方式である。回転駆動は、ロータ磁石１０３の磁界によって回路基板１１０に実装されているホール素子１１１から出力される信号を位置信号として参照し、駆動ＩＣ１１２によって巻線コイル１０７ａの励磁切り替えを行い回転させる。ロータ磁石１０３は、径方向に着磁されており、ステータコア１０７の外周とで回転トルクを発生し回転する。
ロータ磁石１０３は、内径以外の外径及び高さ方向は磁路を開放しており、モータの励磁切り替えのためのホール素子１１１を開放線路内に配置している。コネクタ１１３には不図示のハーネスが接続され、本体からの電力供給とモータの起動停止、回転数などの制御信号の入出力がなされる。

回転多面鏡１０２ａと１０２ｂとは、連結部１０２ｆを介して連続する形で形成され、それぞれの偏向反射面が回転方向に４５°ずれた状態で固定されている。下側回転多面鏡１０２ｂとフランジとの間に連結部１０２ｇが設けられてモータ部が一体化されている。回転体の材料を削減し環境負荷を低減することに加え、回転多面鏡の回転による風損の影響を抑え騒音及び回転エネルギーを低減するために、回転多面鏡を小型化した結果、モータ部よりも回転多面鏡が小さくなっている。
この光偏向器は、光走査装置に使用され、２００００ｒｐｍから６００００ｒｐｍを超える高速回転まで使用される。６００００ｒｐｍを超える高速で回転させるためには、軸受損失を小さくする必要があり、軸１０４の直径としてはφ２ｍｍ程度の小型の動圧軸受が用いられる。

〈動圧軸受ユニット〉
図４に、本実施形態に係る光偏向器に用いられる動圧軸受ユニットの断面図、図５に、動圧軸受ユニットの斜視図、図６に、軸受部材の拡大図、図７に、シール部材の拡大図を示す。
動圧軸受ユニットＵは、軸１０４に焼き嵌めされるフランジ一体型回転多面鏡１０２や、ハウジング１０６に固定されるステータコア１０７、回路基板１１０を省略した部分である。
図４、図５に示すように、動圧軸受ユニットＵは、軸１０４、軸受部材１０５、ハウジング１０６、スラスト部材１０８、シール部材１０９で構成されている。シール部材１０９は、軸受部材１０５をハウジング１０６に押圧する押圧部材を兼ねている。

軸受部材１０５の内周には、軸１０４の外周面と微小な軸受隙間Ｃを介して対向する軸受面１０５ｄが軸方向に隔離して２カ所に形成される。双方の軸受面１０５ｄには、軸方向に対して傾斜した複数の動圧溝１０５ｅ（へリングボーン型）が円周方向に配列形成される。動圧溝１０５ｅは、軸方向に対して傾斜して形成されていれば良く、この条件を満たす限りへリングボーン型以外の他の形状、例えばスパイラル型でも良い。動圧溝１０５ｅの溝深さは、２〜１０μｍ程度が適当であり、例えば３μｍに設定される。

図６（ａ）に示すように、両軸受面１０５ｄは、一方に傾斜する動圧溝１０５ｅが配列された第１の溝領域ｍ１と、これと軸方向に隔離し他方に傾斜する動圧溝１０５ｅが配列された第２の溝領域ｍ２と、二つの溝領域ｍ１、ｍ２の間に位置する環状の平滑部ｎとを備えており、二つの溝領域ｍ１、ｍ２の動圧溝１０５ｅは、平滑部ｎで区画されて非連続となっている。動圧溝１０５ｅ同士の間の背の部分１０５ｆと平滑部ｎとは同一レベルにある。

この動圧型軸受ユニットでは、軸１０４の回転に伴う圧力（負圧）の発生と昇温による油の熱膨張によって軸受部材１０５の内部の油（潤滑油、又は潤滑グリースの基油）が軸受部材１０５の表面からにじみ出し、動圧溝１０５ｅの作用により軸受面１０５ｄと軸１０４の外周面との間の軸受隙間Ｃに引き込まれる。軸受隙間Ｃに引き込まれた油は軸受面１０５ｄで潤滑油膜を形成して軸１０４を非接触支持する。軸受面１０５ｄに正圧が発生すると、軸受面１０５ｄの表面に孔（開孔部：多孔質体組織の細孔が外表面に開口した部分をいう）があるため、油は軸受部材１０５の内面に還流するが、次々と新たな油が軸受面１０５ｄに押し込まれ続けるため、油膜力及び剛性は高い状態で維持される。この場合、連続して安定した油膜が形成されるので、高回転精度が得られ、軸ぶれやＮＲＲＯ、ジッタ等が低減される。また、軸１０４と軸受部材１０５とが非接触で回転するため、低騒音であり、しかも低コストである。

動圧軸受ユニットＵの組立に際し、通常、ハウジング１０６に軸受部材１０５を装着した状態で軸受部材１０５の内径部に軸１０４が挿入される。軸１０４の挿入前には、潤滑性向上のために予めハウジング１０６内に注油するが、軸受部材１０５と軸１０４との間の軸受隙間Ｃは数μｍ程度しかないため、軸端と注油した油の上面との間に閉じ込められた空気の逃げ場が無くなり、軸１０４の挿入が難しくなる。

この対策として、軸受ユニットＵには、図４〜６に示すように、ハウジング１０６の反開口側で軸１０４、軸受部材１０５、及びハウジング１０６によって囲まれた密閉空間１１４を外気に開放する通気路１１５（１１５ａ、１１５ｂ）が形成される。通気路１１５は、軸受部材１０５の両端面１０５ａ、１０５ｂを結ぶ第１通路１１５ａと第１通路１１５ａと密閉空間１１４とを連通するための第２通路１１５ｂとで構成される。第１通路１１５ａは、軸受部材１０５の外周面とハウジング１０６の内周面との間に、第２通路１１５ｂは、軸受部材１０５のハウジング反開口端面１０５ｂとこれに対向するハウジング１０６との間にそれぞれ形成される。本実施形態では、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１通路１１５ａを軸受部材１０５の外周面に設けた二つの軸方向溝で形成し、第２通路１１５ｂを軸受部材１０５のハウジング反開口側端面１０５ｂに設けた二つの半径方向溝で形成した場合を例示している。なお、これらは例示に過ぎず、例えば、第１通路１１５ａをハウジング１０６の内周面に、第２通路１１５ｂをハウジング１０６に形成することもできる。
図６（ｂ）に示すように、第１通路１１５ａと第２通路１１５ｂとは位相が９０°ずれているが、その場合でも両通気路は軸受部材端面１０５ｂの外径側チャンファ部１０５ｃを介して互いに連通状態にある。

図４、図５及び図７に示すように、ハウジング１０６の一端開口部は、リング状のシール部材１０９でシールされる。シール部材１０９は、例えば樹脂材料（ポリアミドなど）や金属材料（焼結金属も含む）で形成され、外径部１０９ａがハウジング１０６の一端開口部に圧入されて固定される。シール部材１０９は、押圧部材としての機能を兼ね備え、軸受部材１０５のハウジング開口側端面１０５ａを押圧する当接部１０９ｃが円周方向３カ所に一体で形成されている。シール部材１０９がハウジング１０６の一端開口部に圧入固定されることで、軸受部材１０５が当接部１０９ｃで押さえられてハウジング１０６に固定される。

シール部材１０９は、その内周面１０９ｂと軸１０４の外周面との間に微小なシール隙間を介在させた非接触シールで、シール隙間での毛細管現象によりハウジング１０６内部からの油漏れが防止される。この際、軸１０４の外周面の少なくともシール部材１０９の内周面１０９ｂとの対向領域周辺に撥油剤を塗布しておけば、油漏れ対策としてより有効である。シール部材１０９としては、トルクの増大・変動を回避するためにも非接触シールを使用することが好ましい。

軸受部材１０５とシール部材１０９との間には、円周方向３カ所に形成された当接部１０９ｃに隣接して、開放部１１６が円周方向に３カ所形成される。開放部１１６は気泡がはじけるのに十分な面積を確保するため、回転軸と直交する断面の面積を少なくとも軸１０４の回転軸と直交する断面の面積以上に設定する。望ましくは、２倍以上に設定すると混入した気泡が開放部ではじけ、油漏れを防止する効果が高くなる。
すなわち、軸１０４の直径をＤ、開放部１１６の回転軸と直交する断面の面積をＳ１、円周率をπとするとき下記式（２）を満足するように設定すると好適である。
πＤ²／４≦Ｓ１ ・・・（２）
例えば、軸１０４の直径が２ｍｍの場合には、Ｓ１を３．１４ｍｍ²以上とすることが好適であり、さらに望ましくは、６．２８ｍｍ²以上とすると良い。
軸受の運転中は、軸受部材１０５から滲み出した油が通気路１１５を通ってハウジング開口側に押し上げられ、開放部１１６に留まる。この際、特許文献１のようにシール部材１０９を軸受部材１０５の上端に密着させて固定する構造とすると、軸受組立時に軸受内に混入した空気を開放するのに十分な開放部が得られず、特に４００００〜５００００ｒｐｍを超えて軸受及びモータ部の発熱が大きくなると、混入した気泡が膨張し、油が気泡に押し上げられる形でシール部材１０９から外部へ漏洩してしまう。

一方、本実施形態では、軸受部材１０５とシール部材１０９との間に開放部１１６が円周方向に３カ所形成されるため、混入した気泡が開放部１１６ではじけて、軸１０４とシール部材１０９との隙間から空気のみが外部へ排出され、油が漏洩することはない。

なお、本実施形態においては、シール部材１０９と押圧部材とを一体化した場合を例としたが、シール部材と押圧部材とが別個の構成であっても良い。

このように、本実施形態にかかる動圧軸受ユニットは、接着剤等を使用せずに軸受部材をハウジングに固定できるため、組立が容易であり、軸受組立時に軸受内に混入した空気を開放するのに十分な空間を確保し、油漏れを起こしにくく信頼性が高い。
また、開放部を周方向に分割形成することで、軸受部材の押さえ機能を確保した上で、軸受組立時に軸受内に混入した空気を開放するのに十分な空間を確保できる。
また、当接部を周方向に複数形成することでハウジングに軸受部材を固定する際、押圧力の周方向の分布を均等にできる。
また、シール部材と押圧部材とを一体化したことにより、部品点数を削減し、組立作業を簡素化できる。
また、シール部材を圧入することで強固に固定し、組立コストを低減できる。
また、軸受組立時に軸受内に混入した空気を開放するのに十分な空間と断面積とを確保できる。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。
図８及び図９に、本実施形態にかかる動圧軸受ユニットの構成を示す。
図８、図９に示すように、動圧軸受ユニットＵは、軸１０４、軸受部材１０５、ハウジング１０６、スラスト受け部材１０８、シール部材１１７、押圧部材１１８を有する。シール部材１１７、押圧部材１１８以外の構成は、第１の実施形態と同様であるため、重複する部分についての説明は省略する。

本実施形態にかかる動圧軸受ユニットは、押圧部材１１８が弾性部材（波ワッシャー）で構成される。

動圧軸受ユニットＵの組立は、ハウジング１０６の一端開口部から軸受部材１０５、押圧部材１１８である波ワッシャが挿入され、リング状のシール部材１１７の外径部１１７ａがハウジング１０６の一端開口部に圧入されて固定される。シール部材１１７は、例えば樹脂材料（ポリアミドなど）や金属材料（焼結金属も含む）で形成され、シール部材１１７がハウジング１０６の一端開口部に圧入固定されることで、波ワッシャが回転軸方向に圧縮され、波ワッシャが弾性変形した状態で固定され、軸受部材１０５が押さえられてハウジング１０６に固定されている。

シール部材１１７は、その内周面１１７ｂと軸１０４の外周面との間に微小なシール隙間を介在させた非接触シールであり、シール隙間での毛細管現象によってハウジング１０６内部からの油漏れが防止される。この際、軸１０４の外周面の少なくともシール部材１１７の内周面１１７ｂとの対向領域周辺に撥油剤を塗布しておけば、油漏れ対策としてより有効である。シール部材１１７としては、トルクの増大・変動を回避するためにも非接触シールを使用することが望ましい。

軸受部材１０５とシール部材１１７との間には、押圧部材１１８である波ワッシャが介在する形で、波ワッシャの周辺に開放部１１９が形成される。開放部１１９は、気泡がはじけるのに十分な面積を確保するため、回転軸と直交する断面の面積を少なくとも軸１０４の回転軸と直交する断面の面積以上に設定する。さらに望ましくは、２倍以上に設定すると、混入した気泡が開放部ではじけ油漏れを防止する効果が高くなる。
すなわち、軸１０４の直径をＤ、開放部１１９の回転軸と直交する断面の面積をＳ２、円周率をπとすると、下記式（３）を満足するように設定すると好適である。
πＤ²／４≦Ｓ２ ・・・（３）
例えば、軸１０４の直径が２ｍｍの場合には、Ｓ２は３．１４ｍｍ²以上が好適であり、さらに望ましくは、６．２８ｍｍ²以上とすると良い。

軸受の運転中は、軸受部材１０５から滲み出した油が通気路１１５を通じてハウジング開口部に押し上げられ、開放部１１９に溜まる。この際、特許文献１のようにシール部材１１７を軸受部材１０５の上端に密着させて固定する構造とすると、軸受組立時に軸受内に混入した空気を開放するのに十分な開放部が得られず、特に４００００〜５００００ｒｐｍを超えて軸受及びモータ部の発熱が大きくなると、混入した気泡が膨張し、油が気泡に押し上げられる形でシール部材から外部へ漏洩してしまう。

一方、本実施形態では、軸受部材１０５とシール部材１１７との間に開放部１１９が形成されるため、混入した気泡が開放部１１９ではじけて、軸１０４とシール部材１１７との隙間から空気のみが外部へ排出され、油が漏洩することはない。

温度変化に伴う軸受部材１０５、ハウジング１０６等の部品の伸縮に対して、押圧部材１１８である波ワッシャが弾性変形して押圧力が一定に保たれ、軸受部材１０５が動くことはない。

このように、本実施形態にかかる動圧軸受ユニットは、接着剤等を使用せずに軸受部材をハウジングに固定できるため、組立が容易であり、軸受組立時に軸受内に混入した空気を開放するのに十分な空間を確保し、油漏れを起こしにくく信頼性が高い。
また、温度変化に伴う軸受部材、ハウジング等の部品の伸縮に対して、押圧部材が弾性変形して押圧力が一定に保たれ、軸受部材が動くことがないため信頼性が高い。
さらに、押圧部材の構造が簡単で低コストである。

〔第３の実施形態〕
本発明を好適に実施した第３の実施形態について説明する。
図１０〜１２に本実施形態にかかる光走査装置の構成を示す。
図１０において、半導体レーザ１、１’は「一つの光源を構成する二つの発光源」であり、それぞれ１本の光ビームを放射する。半導体レーザ１、１’は、ホルダ２に所定の位置関係で保持されている。
半導体レーザ１、１’から発せられた各光ビームは、それぞれカップリングレンズ３、３’によって、以後の光学系に適した光束形態（平行光束、弱い発散性又は弱い集束性の光束）に変換される。この例では、カップリングレンズ３、３’によってカップリングされた光ビームはともに平行光束である。

カップリングレンズ３、３’から射出し、所望の光束形態となった各光ビームは、光ビーム幅を規制するアパーチャ１２の開口部を通過して「ビーム整形」されたのち、ハーフミラープリズム４に入射し、その作用によって副走査方向に２分割されて、それぞれが２本の光ビームに分けられる。

この状態を図１１に示す。図の煩雑化を避けるため、半導体レーザ１から発せられた光ビームＬ１のみを示している。図１１においては上下方向が副走査方向であるが、ハーフミラープリズム４は半透鏡４ａと反射面４ｂとを副走査方向に並列して有する。光ビームＬ１は、ハーフミラープリズム４に入射すると半透鏡４ａに入射し、一部は半透鏡４ａを直進的に透過して光ビームＬ１１となり、残りは反射されて反射面４ｂに入射し、反射面４ｂによって全反射されて光ビームＬ１２となる。

この例において、半透鏡４ａと反射面４ｂとは互いに平行であるため、ハーフミラープリズム４から射出する光ビームＬ１１とＬ１２とは互いに平行である。このようにして、半導体レーザ１からの光ビームは、二つの光ビームＬ１１及びＬ１２として副走査方向に２分割される。半導体レーザ１’からの光ビームも同様にして２分割される。

このようにして、一つの光源（ｍ＝１）から２本の光ビームが放射され、これら２本の光ビームが副走査方向に２分割（ｑ＝２）されて合計４本の光ビームが得られる。

これらの４本の光ビームは、シリンドリカルレンズ５ａ、５ｂに入射し、シリンドリカルレンズ５ａ、５ｂの作用によって副走査方向へ集光され、多面鏡式光偏向器７の偏向反射面近傍に「主走査方向に長い線像」として結像する。

図１０に示すように、半導体レーザ１、１’から発せられ、ハーフミラープリズム４によって分割された光ビームのうち、半透鏡４ａを直進的に透過した光ビーム（図１１における光ビームＬ１１）がシリンドリカルレンズ５ａに入射し、半透鏡４ａで反射され、さらに反射面４ｂで反射された光ビーム（図１１における光ビームＬ１２）がシリンドリカルレンズ５ｂに入射する。

防音ガラス６は、多面鏡式光偏向器７の防音ハウジングの窓に設けられる。光源側からの４本の光ビームは防音ガラス６を介して多面鏡式光偏向器７へ入射し、偏向された光ビームは再び防音ガラス６を介して走査結像光学系側へ射出する。

多面鏡式光偏向器７は、図示するように上ポリゴンミラー７ａ、下ポリゴンミラー７ｂを回転方向に上下２段に積設して一体とし、不図示の駆動モータによって回転軸の周りに回転させられるように設置されている。

上ポリゴンミラー７ａ及び下ポリゴンミラー７ｂは、この例ではともに「４面の偏向反射面」を持つ同一形状のものであるが、上ポリゴンミラー７ａの偏向反射面に対して、下ポリゴンミラー７ｂの偏向反射面は回転方向に所定角θ（＝４５°）ずれている。

第１走査レンズ８ａ及び第２走査レンズ１０ａと光路折り曲げミラー９ａとは、多面鏡式光偏向器７の上ポリゴンミラー７ａによって偏向される２本の光ビーム（半導体レーザ１、１’から射出し、ハーフミラープリズム４の半透鏡４ａを透過した２本の光ビーム）を、対応する光走査位置である光導電性感光体１１ａ上に導光して、副走査方向に分離した二つの光スポットを形成する一組の走査結像光学系を構成する。

第１走査レンズ８ｂ及び第２走査レンズ１０ｂと光路折り曲げミラー９ｂとは、多面鏡式光偏向器７の下ポリゴンミラー７ｂによって偏向される２本の光ビーム（半導体レーザ１、１’から射出し、ハーフミラープリズム４の半透鏡４ａによって反射された２本の光ビーム）を、対応する光走査位置である光導電性感光体１１ｂ上に導光して、副走査方向に分離した二つの光スポットを形成する一組の走査結像光学系を構成する。

半導体レーザ１、１’から発せられた光ビームは、多面鏡式光偏向器７の回転軸方向から見て「偏向反射面位置の近傍において主光線が交差する」ように光学配置が定められており、従って、偏向反射面に入射してくる２光束の各対は、光ビーム相互が「開き角（偏向反射面の側から光源側を見たとき、２本の光ビームの回転軸に直交する面への射影がなす角）」を有する。この「開き角」により、光導電性感光体１１ａ、１１ｂのそれぞれに形成される二つの光スポットは、主走査方向にも分離しており、このため各感光体を光走査する２本の光ビームを個別的に検出して光走査開始の同期を光ビームごとにとることができる。

このようにして、多面鏡式光偏向器７の上ポリゴンミラー７ａによって偏向される２光ビームにより、光導電性感光体１１ａが２本の光ビームによってマルチビーム走査され、多面鏡式光偏向器７の下ポリゴンミラー７ｂによって偏向される２光ビームにより、光導電性感光体１１ｂが２本の光ビームによってマルチビーム走査される。

多面鏡式光偏向器７の上ポリゴンミラー７ａと下ポリゴンミラー７ｂとは、偏向反射面が互いに回転方向に所定角（θ＝４５°）ずれているので、上ポリゴンミラー７ａによる偏向光ビームが光導電性感光体１１ａの光走査を行うとき、下ポリゴンミラー７ｂによる偏向光ビームは、光導電性感光体１１ｂには導光されず、下ポリゴンミラー７ｂによる偏向光ビームが光導電性感光体１１ｂの光走査を行うとき、上ポリゴンミラー７ａによる偏向光ビームは、光導電性感光体１１ａには導光されない。

すなわち、光導電性感光体１１ａ、１１ｂの光走査は、時間的にずれて交互に行われる。図１２は、この状況を示す図である。煩雑化を避けるために、多面鏡式光偏向器へ入射する光ビーム（実際には４本）を入射光、偏向される光ビームを偏向光ａ、偏向光ｂとして示す。
図１２（ａ）は、入射光が多面鏡式光偏向器７へ入射し、上ポリゴンミラー７ａで反射されて偏向された偏向光ａが光走査位置へ導光される状況を示している。この時、下ポリゴンミラー７ｂによる偏向光ｂは光走査位置へは向かわない。図１２（ｂ）は、偏向光ｂが光走査位置へ導光される状況を示している。この時、偏向光ａは光走査位置へは向かわない。

なお、一方のポリゴンミラーによる偏向光が光走査位置へ導光されている間に、他方のポリゴンミラーによる偏向光が「ゴースト光」として作用しないように、図１２に示すように遮光手段ＳＤを適宜設け、光走査位置へ導光されない方の偏向光を遮光すると良い。これは、実際には、防音ハウジングの内壁を非反射性とすることにより容易に実現できる。

上記のように、光導電性感光体１１ａ、１１ｂの（マルチビーム方式の）光走査は交互に行われるため、例えば、光導電性感光体１１ａの光走査が行われるときは光源の光強度を黒画像の画像信号で変調し、光導電性感光体１１ｂの光走査が行われるときは光源の光強度をマゼンタ画像の画像信号で変調すれば、光導電性感光体１１ａには黒画像の静電潜像を、光導電性感光体１１ｂにはマゼンタ画像の静電潜像を書き込むことができる。

図１３は、共通の光源（半導体レーザ１、１’）により黒画像とマゼンタ画像との書き込みを行う場合において、有効走査領域において全点灯する場合のタイミングチャートである。実線は黒画像の書き込みに相当する部分、破線はマゼンタ画像の書き込みに相当する部分を示す。黒画像、マゼンタ画像の書き出しタイミングは、上記のごとく有効走査領域外に配備される同期受光手段（図１０では不図示。一般的にはフォトダイオード。）で光走査位置へ向かう光ビームを検知することによって決定される。

なお、本実施形態においては、多面鏡式光偏向器７として、第１の又は第２の実施形態にかかる動圧軸受ユニットを用いた光偏向器が適用される。
これにより本実施形態にかかる光走査装置では、光偏向器の５００００〜６００００ｒｐｍ超の高速回転にともなう油漏れが低減されて、軸受の信頼性が高くなり、さらに、光源部の部品点数・材料が削減され、環境負荷が低減され、光源の故障確率も低く抑えられる。

〔第４の実施形態〕
本発明を好適に実施した第４の実施形態について説明する。
図１４、図１５に、本実施形態にかかる画像形成装置の構成を示す。
図１４は、光走査装置の光学系部分を副走査方向（すなわち、多面鏡式光偏向器７の回転軸方向）から見た状態を示す図である。煩雑化を避けるため、多面鏡式光偏向器７から光走査位置に至る光路上の光路屈曲用のミラーの図示を省略し、光路が直線となるように描いている。

この光走査装置は、ｍ＝ｑ＝２、ｐ＝１、ｎ＝４の場合である（ｍ：光源数、ｑ：分割数、ｐ：光ビーム数、ｎ：光走査位置）、四つの光走査位置をそれぞれ１本の光ビームで光走査する。また、光走査位置の個々には、光導電性感光体に形成される静電潜像をマゼンタ、イエロー、シアン、黒のトナーで個別に可視化し、カラー画像を形成する。

半導体レーザ１ＹＭ、１ＣＫは、それぞれが１本の光ビームを発する。半導体レーザ１ＹＭの発光強度は、イエロー画像に対応する画像信号とマゼンタ画像に対応する画像信号とで交互に変調される。一方、半導体レーザ１ＣＫの発光強度は、シアン画像に対応する画像信号と黒画像に対応する画像信号とで交互に変調される。

半導体レーザ１ＹＭから発せられた光ビームは、カップリングレンズ３ＹＭによって平行光束化され、アパーチャ１２ＹＭを通過してビーム整形されたのち、ハーフミラープリズム４ＹＭに入射して、副走査方向に分離した２本の光ビームに分割される。ハーフミラープリズム４ＹＭは、図１０に示したハーフミラープリズム４と同様のものである。分割された光ビームの一方はイエロー画像を書き込むのに使用され、他方はマゼンタ画像を書き込むのに使用される。

副走査方向に分割された２本の光ビームは、副走査方向に配列されたシリンドリカルレンズ５Ｙ、５Ｍ（副走査方向に重なり合うように配置されている）により、それぞれ副走査方向へ集光され、多面鏡式光偏向器７へ入射する。多面鏡式光偏向器７は、４面の偏向反射面を持つポリゴンミラーを回転軸方向に２段に積設し、ポリゴンミラー相互の偏向反射面を回転方向にずらして一体化した構成である。シリンドリカルレンズ５Ｙ、５Ｍによる主走査方向に長い線像は、各ポリゴンミラーの偏向反射面位置近傍に結像する。

多面鏡式光偏向器７によって偏向される光ビームは、それぞれ第１走査レンズ８Ｙ、８Ｍ、第２走査レンズ１０Ｙ、１０Ｍを透過し、これらのレンズの作用により光走査位置１１Ｙ、１１Ｍに光スポットを形成し、これらの光走査位置を光走査する。

同様に、半導体レーザ１ＣＫから発せられた光ビームは、カップリングレンズ３ＣＫによって平行光束化され、アパーチャ１２ＣＫを通過してビーム整形されたのち、ハーフミラープリズム４ＣＫによって副走査方向に分離した２本の光ビームに分割される。ハーフミラープリズム４ＣＫはハーフミラープリズム４ＹＭと同様のものである。分割された光ビームの一方はシアン画像を書き込むのに使用され、他方は黒画像を書き込むのに使用される。

副走査方向に分割された２本の光ビームは、副走査方向に配列されたシリンドリカルレンズ５Ｃ、５Ｋ（副走査方向に重なり合うように配置されている）により、それぞれ副走査方向へ集光され、多面鏡式光偏向器７へ入射して偏向され、それぞれ第１走査レンズ８Ｃ、８Ｋ、第２走査レンズ１０Ｃ、１０Ｋを透過し、これらのレンズの作用により光走査位置１１Ｃ、１１Ｋに光スポットを形成し、これらの光走査位置を光走査する。

図１５に示すように、多面鏡式光偏向器７の上段のポリゴンミラーにより偏向される光ビームのうち一方は、光路折り曲げミラーｍＭ１、ｍＭ２、ｍＭ３によって屈曲された光路により、光走査位置１１Ｍの実体をなす光導電性感光体へ導光され、他方のビームは、光路折り曲げミラーｍＣ１、ｍＣ２、ｍＣ３によって屈曲された光路により光走査位置１１Ｃの実体をなす光導電性感光体へ導光される。

また、多面鏡式光偏向器７の下段のポリゴンミラーにより偏向される光ビームのうち一方は、光路折り曲げミラーｍＹによって屈曲された光路により、光走査位置１１Ｙの実体をなす光導電性感光体へ導光され、他方のビームは、光路折り曲げミラーｍＫによって屈曲された光路により光走査位置１１Ｋの実体をなす光導電性感光体へ導光される。

したがって、ｍ＝２個の半導体レーザ１ＹＭ、１ＣＫからの光ビームがそれぞれハーフミラープリズム４ＹＭ、４ＣＫで２本の光ビームに分割されて４本の光ビームとなり、これら４本の光ビームにより４個の光走査位置１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの実体をなす光導電性感光体が光走査される。光走査位置１１Ｙ及び１１Ｍは、半導体レーザ１ＹＭからの光ビームを２分割した各光ビームにより、多面鏡式光偏向器７の回転に伴い交互に光走査され、光走査位置１１Ｃ及び１１Ｋは、半導体レーザ１ＣＫからの光ビームを２分割した各光ビームにより、多面鏡式光偏向器７の回転に伴い交互に光走査される。

光走査位置１１Ｙ〜１１Ｋの実体をなす光導電性感光体は、いずれも時計回りに等速回転され、帯電手段をなす帯電ローラＴＹ、ＴＭ、ＴＣ、ＴＫによって均一帯電され、それぞれ対応する光ビームの光走査を受けてイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色画像が書き込まれ、対応する静電潜像（ネガ潜像）が形成される。

これらの静電潜像は、それぞれ現像装置ＧＹ、ＧＭ、ＧＣ、ＧＫによって反転現像され、光導電性感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上にそれぞれイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が形成される。

これら各色トナー画像は、不図示の転写シート上に転写される。すなわち、転写シートは搬送ベルト１７によって搬送され、転写器１５Ｙによって光導電性感光体１１Ｙ上からイエロートナー画像が転写され、転写器１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋによってそれぞれ光導電性感光体１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋからマゼンタトナー画像、シアントナー画像、黒トナー画像が順次転写される。このようにしてイエロートナー画像〜黒トナー画像が重ね合わされてカラー画像が合成される。このカラー画像が定着装置１９によって転写シート上に定着させられることでカラー画像が得られる。

すなわち、複数の光導電性感光体に光走査により個別的に静電潜像を形成し、これら静電潜像を可視化してトナー画像とし、得られるトナー画像を同一のシート状記録媒体上に転写して合成的に画像形成を行うタンデム式の画像形成装置において、光導電性感光体の数が４であり、光走査装置として２個の光源１ＹＭ、１ＣＫを用いて各光源からの光ビームがそれぞれ２個の光導電性感光体を光走査するように構成され、４個の光走査位置１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの実体をなす光導電性感光体に形成される静電潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、黒のトナーで個別に可視化し、カラー画像を形成する。

光走査装置には、多面鏡式光偏向器７として、上記第１〜第３の実施形態と同様の光偏向器が用いられる。

本実施形態にかかる画像形成装置は、光偏向器の５００００〜６００００ｒｐｍ超の高速回転にともなう油漏れが低減されて、軸受の信頼性が高く、さらに、光源部の部品点数、材料が削減され、環境負荷が低減され、光源の故障確率も低く抑えたシングルビーム光走査装置を用いることで、環境負荷が低減される。
ここでは、各光導電性感光体の光走査をシングルビーム方式で行っているが、各光源側を図１０のような構成とすれば、光導電性感光体の光走査をマルチビーム方式で行えることはいうまでもない。

なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはなく、様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施した第１の実施形態に係る光偏向器の上面図である。 第１の実施形態に係る光偏向器の断面図である。 第１の実施形態に係る光偏向器の回転体の斜視図である。 第１の実施形態に係る光偏向器の動圧軸受ユニットの断面図である。 第１の実施形態に係る動圧軸受ユニットの斜視図である。 第１の実施形態に係る動圧軸受ユニットの軸受部材の拡大図である。 第１の実施形態に係る動圧軸受ユニットのシール部材の拡大図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態に係る動圧ユニットの断面図である。 第２の実施形態に係る動圧軸受ユニットの斜視図である。 本発明を好適に実施した第３の実施形態にかかる光走査装置の構成を示す図である。 ハーフミラープリズムの構成を示す図である。 光偏向器で反射される二つの偏向光の方向の関係を示す図である。 光走査装置における光ビームの走査タイミングを示す図である。 本発明を好適に実施した第４の実施形態に係る画像形成装置に用いられる光走査装置の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。

符号の説明

１、１’、１ＹＭ、１ＣＫ 半導体レーザ
２ ホルダ
３、３’、３ＹＭ、３ＣＫ カップリングレンズ
４、４ＹＭ、４ＣＫ ハーフミラープリズム
４ａ 半透鏡
４ｂ 反射面
５ａ、５ｂ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ シリンドリカルレンズ
６ 防音ガラス
７ 多面鏡式光偏向器
７ａ 上ポリゴンミラー
７ｂ 下ポリゴンミラー
８ａ、８ｂ、８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ 第１走査レンズ
９ａ、９ｂ、ｍＭ１、ｍＭ２、ｍＭ３、ｍＣ１、ｍＣ２、ｍＣ３、ｍＹ、ｍＫ 光路折り曲げミラー
１０ａ、１０ｂ、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ 第２走査レンズ
１１ａ、１１ｂ 光導電性感光体
１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ 光走査位置
１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ 転写器
１７ 搬送ベルト
１９ 定着装置
１０１ 回転体
１０２ａ、１０２ｂ 回転多面鏡
１０２ｃ フランジ
１０２ｄ 上面円周凹部
１０２ｅ 円周凹部
１０２ｆ、１０２ｇ 連結部
１０３ ロータ磁石
１０４ 軸
１０５ 軸受部材
１０５ａ、１０５ｂ 軸受部材端面
１０５ｃ チャンファ部
１０５ｄ 軸受面
１０５ｅ 動圧溝
１０５ｆ 動圧溝同士の間の背
１０６ ハウジング
１０７ ステータコア
１０７ａ 巻線コイル
１０８ スラスト部材
１０９、１１７ シール部材
１０９ａ、１１７ａ 外径部
１０９ｂ、１１７ｂ 内周面
１０９ｃ 当接部
１１０ 回路基板
１１１ ホール素子
１１２ 駆動ＩＣ
１１３ コネクタ
１１４ 密閉空間
１１５ 通気路
１１５ａ 第１通路
１１５ｂ 第２通路
１１６、１１９ 開放部
１１８ 押圧部材
Ｕ 動圧軸受ユニット
Ｃ 軸受隙間
ＴＹ、ＴＭ、ＴＣ、ＴＫ 帯電ローラ
ＧＹ、ＧＭ、ＧＣ、ＧＫ 現像装置

Claims (13)

1. 軸と、
   前記軸との間に軸受隙間を備え、該軸との相対回転によって前記軸受隙間に生じた油の動圧で前記軸を非接触支持する軸受部材と、
   前記軸受部材が収容され、一端が開口で他端が閉じられたハウジングと、
   前記ハウジングの開口部をシールするシール部材と、
   前記軸、前記軸受部材、及び前記ハウジングで囲まれた空間を外気と連通させる通気路とを有し、
   前記軸受部材が前記ハウジングに対して、押圧部材によって押圧されて固定された動圧軸受ユニットであって、
   前記軸受内に混入した気泡を開放するための開放部を前記軸受部材と前記シール部材との間に設けたことを特徴とする動圧軸受ユニット。
2. 前記開放部は、前記押圧部材の前記軸受部材との当接部と周方向に隣接して形成された空間であることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受ユニット。
3. 前記軸受部材との当接部が、周方向に複数形成されたことを特徴とする請求項２記載の動圧軸受ユニット。
4. 前記シール部材と前記押圧部材とが一体で形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の動圧軸受ユニット。
5. 前記シール部材が前記ハウジングに圧入固定されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の動圧軸軸受ユニット。
6. 前記押圧部材は弾性部材であり、前記軸の軸方向に圧縮されて前記軸受部材と前記シール部材とに当接、固定され、
   前記開放部は、前記押圧部材の周辺の空間であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の動圧軸受ユニット。
7. 前記押圧部材は波ワッシャであることを特徴とする請求項６記載の動圧軸受ユニット。
8. 前記開放部は、前記軸受部材及び前記シール部材の間に形成され前記押圧部材が存在しない空間であって、前記空間の軸中心線と直交する断面の面積をＳとし、前記軸の直径をＤ、円周率をπとするとき、下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の動圧軸受ユニット。
   πＤ²／４≦Ｓ ・・・（１）
9. 請求項１から８のいずれか１項記載の動圧軸受ユニットと、
   前記軸に固定された回転多面鏡とを有することを特徴とする光偏向器。
10. 前記回転多面鏡が前記軸の軸方向に複数段積設され、各段の前記回転多面鏡の偏向反射面が回転方向に所定角ずれて前記軸に固定されたことを特徴とする請求項９記載の光偏向器。
11. 請求項９又は１０記載の光偏向器を用いた光走査装置であって、
    半導体レーザからのビームを前記光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて光スポットを形成し、前記光偏向器によって前記ビームを偏向させることにより前記被走査面に走査線を走査することを特徴とする光走査装置。
12. 請求項９又は１０記載の光偏向器を用いた光走査装置であって、
    半導体レーザからの複数のビームを前記光偏向器を含む光学系を介して被走査面へ導いて複数の光スポットを形成し、前記光偏向器によって前記ビームを偏向させることにより前記被走査面の複数の走査線を隣接走査することを特徴とする光走査装置。
13. 請求項１１又は１２記載の光走査装置を用いた画像形成装置であって、
    感光媒体の感光面に前記光走査装置による光走査を行って潜像を形成し、該潜像を可視化して画像を形成することを特徴とする画像形成装置。

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