JP2016098879A

JP2016098879A - 光偏向装置

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Publication number: JP2016098879A
Application number: JP2014234812A
Authority: JP
Inventors: 泰樹雨宮; Taiki Amemiya; 松本　好康; Yoshiyasu Matsumoto; 好康松本; 幸夫細谷; Yukio Hosoya
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2016-05-30
Anticipated expiration: 2034-11-19
Also published as: JP6380038B2

Abstract

【課題】超高速回転速度条件、および、長期耐久条件の仕様の要求を満足させることのできる構成を備える、光偏向装置を提供する。
【解決手段】この光偏向装置においては、樹脂層２００は、金属側に形成される衝撃吸収樹脂層２１０と、衝撃吸収樹脂層２１０の表面に形成される摺動樹脂層２２０とを含み、摺動樹脂層２２０は、固体潤滑剤を含有し、ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて負荷荷重９８ｍＮで測定した摺動樹脂層２２０の表面の弾性仕事率（Ｗａ）よりも、衝撃吸収樹脂層２１０の表面の弾性仕事率（Ｗｂ）の方が大きく設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光偏向装置の構造に関する。

特開平１１−６２９５４号公報（特許文献１）には、レーザープリンタ等の画像形成装置が開示されている。この画像形成装置においては、回転多面鏡（ポリゴンミラー）を内部に有する光偏向装置を用いて画像記録が行なわれる。

光偏向装置は、回転多面鏡を高速回転させながらレーザーを反射させることにより光書き込みを行なうユニットであり、高速度回転下での長期使用における耐久性や、書き込み時の寸法精度が要求される。これらの要求を満足するため、光偏向装置には、動圧溝で気流を発生させることにより動圧で固定軸から回転軸受を浮上させ、固定軸と回転軸受とを非接触で回転させることにより摩耗負荷を低減させる機構である動圧軸受が採用されている。

動圧軸受においては、回転軸受の金属基材上に樹脂をインサート成形し、樹脂層表面を摺動面とする構成が挙げられる。この構成により、剛性の高い金属基材が軸受ブレを低減するとともに、自己潤滑性が高く焼き付きの発生しにくい樹脂材を摺動層とすることで、摩擦による負荷力を低減することを可能としている。また、樹脂層に対して動圧溝を導入することで、動圧溝加工のコストが低減し、比較的安価な動圧軸受の提供をも可能としている。また、樹脂層に対して動圧溝を導入することで、動圧溝加工のコストが低減し、比較的安価な動圧軸受の提供をも可能としている。

特開平１１−６２９５４号公報

近年、画像形成装置には、高速化・高生産性への要求、および、省エネへの要求が高まっている。高速化・高生産性への要求に対しては、光偏向装置の回転速度の高速化が必要となる。従来の光偏向装置では、光偏向装置の回転速度、１０，０００〜２０，０００ｒｐｍ程度で満足されていた。しかし、今後は５０，０００ｒｐｍ以上の超高速回転条件下で使用されることが求められる。

省エネへの要求に対しては、ユーザーがよりこまめに画像形成装置の電源をＯＦＦにする使用環境の変化が想定される。従来は、電源ＯＮ／ＯＦＦの耐久サイクルで１００万回程度で満足されていたが、今後は耐久サイクルで、１０００万回程度の長期耐久条件が求められる。

このような、超高速回転速度条件、および、長期耐久条件の仕様の要求に伴い、主として、電源ＯＦＦ時（着陸時）の耐衝撃性が課題として挙げられる。

光偏向装置には、動圧軸受が用いられている。動圧軸受においては、回転軸受と固定軸とは、定速回転時は非接触回転であるが、電源ＯＦＦ時には、回転軸受と固定軸とが接触して停止する。電源ＯＦＦ時の接触の際に回転軸受と固定軸との接触箇所に大きな衝撃力を受け、回転軸受と固定軸との界面で、たとえば、回転軸受側に設けられた摺動用の樹脂層が剥離するおそれがある。

上記の衝撃力は、回転数の２乗に比例して大きなものとなるため、５０，０００ｒｐｍ以上のさらなる高速回転速度条件下では、上記リスクは飛躍的に高まる。また、省エネ化に伴い、ユーザーがこまめに電源をＯＦＦにすることで、上記のような衝撃力がより頻繁に摺動層に加わることとなる。

この発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、超高速回転速度条件、および、長期耐久条件の仕様の要求を満足させることのできる構成を備える、光偏向装置を提供することにある。

この光偏向装置においては、金属の円筒形状を有する回転軸受と、上記回転軸受の外側に固定され、側面に複数の鏡面が設けられた回転多面鏡と、上記回転軸受が回転自在に嵌合される金属の固定軸と、上記回転軸受の内周面、または、上記固定軸の外周面のいずれか一方に形成された樹脂層と、上記回転軸受側、または、上記固定軸側の少なくともいずれか一方に形成された動圧発生溝と、を備えている。

上記樹脂層は、金属側に形成される衝撃吸収樹脂層と、上記衝撃吸収樹脂層の表面に形成される摺動樹脂層とを含み、上記摺動樹脂層は、固体潤滑剤を含有し、ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて負荷荷重９８ｍＮで測定した上記摺動樹脂層の表面の弾性仕事率（Ｗａ）よりも、上記衝撃吸収樹脂層の表面の弾性仕事率（Ｗｂ）の方が大きく設けられている。

他の形態においては、上記回転軸受と上記固定軸との間には、ラジアル摺動面とスラスト摺動面とが形成され、上記樹脂層は、少なくとも上記回転軸受のラジアル摺動面に形成されている。

他の形態においては、上記衝撃吸収樹脂層の膜厚は、２０μｍ以上５０μｍ以下である。

他の形態においては、上記衝撃吸収樹脂層の表面の弾性仕事率（Ｗｂ）が５５％以上８０％以下である。

他の形態においては、上記衝撃吸収樹脂層は、圧縮弾性率が１０００［ＭＰａ］以上の樹脂である。

他の形態においては、上記衝撃吸収樹脂層は、エポキシ樹脂、アクリル・ウレタン樹脂、および、シリコーン樹脂のいずれかである。

他の形態においては、ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて負荷荷重９８ｍＮで測定した上記衝撃吸収樹脂層の表面のビッカース硬度が１０［ＨＶ］以上である。

他の形態においては、上記固体潤滑剤の平均粒径が５μｍ以下である。
他の形態においては、上記固体潤滑剤は、フッ素樹脂である。

他の形態においては、上記固体潤滑剤の添加量が、衝撃吸収樹脂層１００質量部あたり３〜１０質量部である。

この光偏向装置は、超高速回転速度条件、および、長期耐久条件の仕様の要求を満足させることを可能とする。

本実施の形態における光偏向装置の断面図である。本実施の形態における光偏向装置の軸受部の拡大断面図である。本実施の形態における光偏向装置の衝撃吸収樹脂層および摺動樹脂層の弾性領域を模式的に示す断面図である。衝撃吸収樹脂層および摺動樹脂層の弾性仕事率を示す図である。本実施の形態における摺動樹脂層に形成されるラジアル動圧発生溝を示す展開図である。本実施の形態における摺動樹脂層に形成されるスラスト動圧発生溝を示す図である。本実施の形態における光偏向装置の着地時における衝撃吸収樹脂層に加わる衝撃を模式的に示す断面図である。本実施の形態における光偏向装置の衝撃吸収樹脂層および摺動樹脂層の機能を模式的に示す断面図である。本実施の形態における光偏向装置の衝撃吸収樹脂層および摺動樹脂層に加わる遠心力示す模式断面図である。本実施の形態における光偏向装置の衝撃吸収樹脂層および摺動樹脂層の他の変形例を示す断面図である。本実施の形態における光偏向装置の衝撃吸収樹脂層および摺動樹脂層のさらに他の変形例を示す断面図である。本実施の形態における光偏向装置の衝撃吸収樹脂層および摺動樹脂層のさらに他の変形例を示す断面図である。実施例において用いた摺動樹脂層のモデルを示す図である。実施例１から２２、および、比較例１から５における各種構成における物性評価結果、および、実機性能結果を示す図である。

本発明に基づいた光偏向装置の一例における実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。図においては、実際の寸法比率では記載しておらず、構造の理解を容易にするために、一部比率を異ならせて記載している。

（光偏向装置１０１）
図１から図４を参照して、本実施の形態における光偏向装置１０１について説明する。図１は、光偏向装置１０１の断面図、図２は、光偏向装置１０１の軸受部の拡大断面図、図３は、光偏向装置１０１の衝撃吸収樹脂層および摺動樹脂層の弾性領域を模式的に示す断面図、図４は、衝撃吸収樹脂層および摺動樹脂層の弾性仕事率を示す図である。

図１に示す光偏向装置１０１は、ステーター部１０２とローター部１０３とを備える。ステーター部１０２は、固定軸１１０と、巻回コイル１１１と、基板１１２とを有する。固定軸１１０は基板設置面１１０ｃを介して基板１１２に設置されている。固定軸１１０は、には後述する回転軸受としての保持部材１１４が回転自在に嵌合されている。固定軸１１０と同様に巻回コイル１１１も基板１１２に設置されている。固定軸１１０はラジアル軸受部１１０Ａとスラスト軸受部１１０Ｂとを有する。ラジアル軸受部１１０Ａとスラスト軸受部１１０Ｂとにより空気動圧軸受部が構成されている。

ローター部１０３は、回転多面鏡を構成するポリゴンミラー１１３と、保持部材１１４と、磁石１１５と、密閉部材１１６により構成されている。保持部材１１４がポリゴンミラー１１３と磁石１１５とを保持している。保持部材１１４および磁石１１５が、ポリゴンミラー１１３と共に回転する。

ポリゴンミラー１１３は多角形状であり、ポリゴンミラー１１３の側面部に複数の鏡面１１３ａが設けられている。密閉部材１１６は、空気動圧軸受部におけるスラスト方向の一方の端部を密閉する部材であり、保持部材１１４に固定されている。

保持部材１１４の内周面１１４ａは、ラジアル軸受部１１０Ａの動圧面１１０ａに対向し、保持部材１１４の下面１１４ｂは、スラスト軸受部１１０Ｂの動圧面１１０ｂに対向している。保持部材１１４がポリゴンミラー１１３と共に回転する際に、保持部材１１４の内周面１１４ａと動圧面１１０ａとの間隔、及び保持部材１１４の下面１１４ｂと動圧面１１０ｂとの間隔は各々１μｍ〜７μｍとなるように、保持部材１１４の内周面１１４ａ、保持部材１１４の下面１１４ｂ、動圧面１１０ａ、１１０ｂは高精度に加工されている。

固定軸１１０、ポリゴンミラー１１３、保持部材１１４、および、密閉部材１１６は、同じ金属材料であるアルミニウムにより構成されている。固定軸１１０、ポリゴンミラー１１３、保持部材１１４、および、密閉部材１１６は、熱膨張係数が同じとなり、熱による膨張が生じてもそれぞれが同じ量だけ膨張するため、ポリゴンミラー１１３はどのような温度であっても適正に回転する。また、固定軸１１０と保持部材１１４の摺動性を向上するため、固定軸の表面に金属メッキ層を形成してもよい。摺動性向上の観点から、金属種としてはニッケルが好ましい。

光偏向装置１０１はアキシャル型のモーターとして構成される。つまり、巻回コイル１１１と磁石１１５とはスラスト方向に対向、並列して配置される。巻回コイル１１１と磁石１１５とはそれぞれ多数のコイルと多数の磁石からなり、多数のコイルと多数の磁石は輪状に配列されている。

図２を参照して、本実施の形態においては、回転軸受を構成する保持部材１１４の内周面である、動圧面１１０ａ，１１０ｂには、樹脂層２００が形成されている。樹脂層２００は、金属である保持部材１１４側に形成される衝撃吸収樹脂層２１０と、この衝撃吸収樹脂層２１０の表面に形成される摺動樹脂層２２０とを含む。

図３を参照して、摺動樹脂層２２０は、固体潤滑剤２２０ｓを含有している。さらに、ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて負荷荷重９８ｍＮで測定した摺動樹脂層２２０の表面の弾性仕事率（Ｗａ）よりも、衝撃吸収樹脂層２１０の表面の弾性仕事率（Ｗｂ）の方が大きく設けられている。

（衝撃吸収樹脂層２１０）
衝撃吸収樹脂層２１０の膜厚は、２０μｍ〜５０μｍがよい。薄すぎると、衝撃吸収の効果が小さくなり、厚すぎると、遠心力により衝撃吸収樹脂層２１０が圧縮されて寸法変化し、書き込み精度が悪化する。衝撃吸収樹脂層２１０の寸法変化量は０．５μｍ程度以下が好ましい。

樹脂の圧縮弾性率１００ＭＰａ、ミラー半径５ｃｍ、回転速度５００００ｒｐｍ、軸受径１ｃｍを想定すると、変化量は膜厚の１［％］程度がよい。よって、膜厚が５０μｍ以下なら、柔らかい樹脂でも寸法変化は１μｍ以内に抑えることができる。

また、衝撃吸収樹脂層２１０の弾性仕事率は、５５％以上８０％以下がよい。弾性回復率が上記範囲であることにより、変形しても元に戻りやすい性質を有し、高速回転からの接触時に弾性回復しやすいため、摺動樹脂層２２０を押し返す作用をより効果的に示す。

弾性仕事率が５５％未満の場合には、弾性回復の効果が十分に得られず、耐衝撃性が不十分となる場合がある。また、弾性仕事率が８０％を超える場合には、弾性回復力が大きすぎ、金属基材を押し返す作用が強くなるため、衝撃吸収樹脂層と金属基材との剥離をかえって促進してしまう場合がある。

また、衝撃吸収樹脂層２１０の圧縮弾性率は、１０００［ＭＰａ］以上がよい。高速回転時に、遠心力が衝撃吸収樹脂層２１０を圧縮する作用をする。衝撃吸収樹脂層２１０の樹脂の圧縮弾性率が高いほど、遠心力による圧縮に対して寸法変化が小さいために、動圧力がより安定し、光書き込み精度を向上させることができる。

また、衝撃吸収樹脂層２１０の材料種としては、エポキシ樹脂、アクリル・ウレタン樹脂、および、シリコーン樹脂が挙げられる。また、接着性の観点から、アンカー効果を高めるために硬化性樹脂が好ましい。

また、衝撃吸収樹脂層２１０ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて負荷荷重９８ｍＮで測定した衝撃吸収樹脂層２１０の表面のビッカース硬度が１０［ＨＶ］以上であるとよい。

また、固体潤滑剤２２０ｓの平均粒径は、５μｍ以下であるとよい。粒径が小さいほど、界面の表面積が大きくなるため、より大きな衝撃吸収効果が得られる。５μｍを超えると上記効果が十分に得られなかったり、界面から破断して摺動樹脂層２２０の強度が低下したりする場合がある。

固体潤滑剤の材料としては、汎用されている種々の材料が使用できる。具体的には、ＰＴＦＥなどの有機フッ素樹脂、超高分子量ポリエチレン、ポリアセタール、ナイロンなどの結晶性樹脂、グラファイト、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、ステアリン酸亜鉛などの層状結晶を有する無機化合物、アミドワックス、ポリエチレンワックスなどのワックス類が使用できる。

特に、有機フッ素樹脂が好ましい。摩擦力低減の効果が特に大きいことに加えて、有機材であることにより、無機材に対して弾性回復しやすいため、潤滑材自身も衝撃力低減の効果を示すためである。

固体潤滑剤の添加量は、摺動樹脂層１００質量部に対して、３〜１０質量部であることが好ましい。添加量が３質量部未満の場合には、衝撃力低減の効果が十分に得られない場合がある。また、添加量が１０質量部を超える場合には、摺動樹脂層と固体潤滑剤との界面の表面積が大きくなりすぎ、耐衝撃性がかえって低下してしまう恐れがある。

（弾性仕事率）
図４を参照して、弾性仕事率とは、材料に対し外力を加えて変形させ、外力を除去された際に、弾性回復により元の形状に戻りやすい材料ほど高い値となる物理量であり、次の式のように定義する。弾性仕事率(％)＝［弾性変形の仕事量×１００］／［塑性変形の仕事量＋弾性変形の仕事量］
ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて、温度２２℃、相対湿度５５％の環境条件下で、下記の（工程１）から（工程２）に示すように負荷荷重を変化させる。

（工程１）負荷過程：材料に対し負荷のかかっていない状態から、８秒間かけて負荷荷重を９８ｍＮまで等速で増加させる。（工程２）クリープ過程：負荷荷重９８ｍＮを１５秒間保持する。（工程３）除荷過程：８秒間かけて負荷荷重を９８ｍＮから０ｍＮまで等速で負荷を除去する。「弾性変形の仕事量（Ｗｅｌａｓｔ）」は、工程３の仕事量となり、「塑性変形の仕事量（Ｗｐｌａｓｔ）＋弾性変形の仕事量（Ｗｅｌａｓｔ）」は、工程１の仕事量＋工程２の仕事量となる。

（ビッカース硬度）
ビッカース硬度は、ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて温度２２℃、相対湿度５５％、負荷荷重９８ｍＮの条件で測定する。具体的には、上記工程１の負荷過程実施後の押し込み深さから算出する。

（動圧発生溝）
図５および図６を参照して、摺動樹脂層２２０に成形される動圧発生溝について説明する。図５は、摺動樹脂層２２０に形成されるラジアル動圧発生溝２２０ｇを示す展開図、図６は、摺動樹脂層２２０に形成されるスラスト動圧発生溝２２０ｈを示す図である。

図５を参照して、内周面１１４ａに対向する領域に形成される摺動樹脂層２２０の展開図であり、その摺動樹脂層２２０の表面には、約１２０°ピッチで、上下合計６ヶ所に、回転方向に向かって傾斜するラジアル動圧発生溝２２０ｇが形成されている。また、図６を参照して、下面１１４ｂに対向する領域に形成される摺動樹脂層２２０の表面には、約６０°ピッチで、円弧状のスラスト動圧発生溝２２０ｈが合計６ヶ所に形成されている。

固定軸１１０に対して、ポリゴンミラー１１３を保持する保持部材１１４が高速回転中には、図２に示すように、ラジアル動圧発生溝２２０ｇおよびスラスト動圧発生溝２２０ｈから空気は取り入れられ、ラジアル軸受部１１０Ａの動圧面１１０ａと摺動樹脂層２２０の動圧面２２０ａとの間、および、スラスト軸受部１１０Ｂの動圧面１１０ｂと摺動樹脂層２２０の動圧面２２０ｂとの間には、１μｍ〜７μｍの空隙が形成され、固定軸１１０と保持部材１１４とは非接触で回転する。

このように、本実施の形態における光偏向装置１０１においては、保持部材１１４側に樹脂層２００が形成され、この樹脂層２００は、金属である保持部材１１４側に形成される衝撃吸収樹脂層２１０と、この衝撃吸収樹脂層２１０の表面に形成される摺動樹脂層２２０とを含んでいる。また、摺動樹脂層２２０は、固体潤滑剤２２０ｓを含有している。さらに、ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて負荷荷重９８ｍＮで測定した摺動樹脂層２２０の表面の弾性仕事率（Ｗａ）よりも、衝撃吸収樹脂層２１０の表面の弾性仕事率（Ｗｂ）の方が大きく設けられている。

（耐衝撃性）
図７から図９を参照して、上記構成を有する樹脂層２００における耐衝撃性について説明する。図７は、光偏向装置１０１の着地時における衝撃吸収樹脂層２１０に加わる衝撃を模式的に示す断面図、図８は、光偏向装置１０１の衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２０の機能を模式的に示す断面図、図９は、光偏向装置１０１の衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２０に加わる遠心力示す模式断面図である。

図７を参照して、光偏向装置１０１の保持部材１１４に形成された樹脂層２００が図中の左から右方向に向かって回転（Ｒ１方向）している状態において、保持部材１１４が回転を停止し、樹脂層２００が固定軸１１０に接した場合の着地時における衝撃力は、回転方向とは反対方向（図中の右から左方向：Ｆ１方向）に加わることとなる。

図８を参照して、着地時の衝撃力により、衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２０は、ともに圧縮されたのち、弾性回復力により元の厚みに戻ろうとする。

その際に、衝撃吸収樹脂層２１０と摺動樹脂層２２０との界面において、摺動樹脂層２２０の弾性回復力は衝撃吸収樹脂層２１０を保持部材１１４側に押し付ける向きに（図中矢印Ｂ１）、衝撃吸収樹脂層２１０の弾性回復力は摺動樹脂層２２０を表層側に押し返す向きに（図中Ａ１方向）作用する。

本実施の形態の構成では、摺動樹脂層２２０の表面の弾性仕事率（Ｗａ）よりも、衝撃吸収樹脂層２１０の表面の弾性仕事率（Ｗｂ）の方が大きく設けられていることから、全体としては衝撃吸収樹脂層２１０が摺動樹脂層２２０を押し返す作用を示す（図中Ａ２方向）。したがって、衝撃吸収樹脂層２１０と摺動樹脂層２２０との界面で衝撃が緩和され、保持部材１１４と衝撃吸収樹脂層２１０との界面に加わる衝撃力が低減されることにより、接地時の衝撃力による剥離を生じにくくする。

また、摺動樹脂層２２０は、固体潤滑剤２２０ｓを含有している。衝撃力は、保持部材１１４が固定軸１１０に接地することにより受ける摩擦力と、接地した保持部材１１４の自重による負荷荷重の和である。一般に、固体潤滑剤２２０ｓが摩擦力を低減する作用を示す。また、摺動樹脂層２２０において、結着樹脂（摺動樹脂層２２０）と固体潤滑剤２２０ｓの界面で衝撃による振動の伝播が弱められるため、衝撃力が低減される。

さらに、本実施の形態においては上記の２つの構成が共存することにより、相乗効果によって耐衝撃性が劇的に向上することを見出した。衝撃吸収樹脂層２１０のみでは、膜厚が厚い場合においては高速回転時の寸法精度が低下し、膜厚が薄い場合においては耐衝撃性が不足してしまう。

一方、本実施の形態においては、衝撃吸収樹脂層２１０に加え、摺動樹脂層２２０は固体潤滑剤２２０ｓを含有している。これらの２つの層（構成）の相乗効果により、衝撃吸収樹脂層２１０を薄膜化した場合においても高い耐衝撃性を確保できるため、寸法精度を確保することができる。その結果、図９に示すように、保持部材１１４が高速で回転した場合において、衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２０に遠心力が加わった場合でも、保持部材１１４の軸芯のずれを回避させることが可能となる。

（変形例）
図１０から図１２を参照して、光偏向装置１０１の変形例について説明する。図１０から図１２は、光偏向装置１０１の衝撃吸収樹脂層および摺動樹脂層の他の変形例を示す断面図である。

図２に示す光偏向装置１０１においては、ラジアル軸受部１１０Ａの動圧面１１０ａに対向する内周面１１４ａ、および、スラスト軸受部１１０Ｂの動圧面１１０ｂに対向する下面１１４ｂのいずれにも樹脂層２００（衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２０）が設けられる構成を採用しているが、たとえば、図１０に示すように、ラジアル軸受部１１０Ａの動圧面１１０ａに対向する内周面１１４ａにのみ、樹脂層２００（衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２０）を設けるようにしてもよい。この場合、スラスト軸受部１１０Ｂの動圧面１１０ｂと下面１１４ｂとの間は、空気動圧軸受にり浮上するのではなく、他の手段を用いて浮上させることとなる。

さらに、保持部材１１４側に樹脂層２００を設ける場合だけでなく、固定軸１１０側に樹脂層を設けてもよい。図１１は、固定軸１１０のラジアル軸受部１１０Ａの動圧面１１０ａおよびスラスト軸受部１１０Ｂの動圧面１１０ｂのいずれにも、樹脂層２００（衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２０）を設けてもよいし、図１２に示すように、固定軸１１０のラジアル軸受部１１０Ａの動圧面１１０ａにのみ樹脂層２００（衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２０）を設けるようにしてもよい。

（実施例）
以下、図１３および図１４を参照して、上記実施の形態における光偏向装置１０１の効果を検証するため、以下実施例について説明する。図１３は、摺動樹脂層２２０のモデルを示す図、図１４は、実施例１から１２、および、比較例１から５における各種構成における物性評価結果、および、実機性能結果を示す図である。

（測定方法）
弾性仕事率およびビッカース硬度は、フィッシャー・インストルメンツ社製のＨＭ−２０００Ｓを用いて測定した。測定手順は、上記した（工程１）から（工程３）の手順である。

（圧縮弾性率）は、日本工業規格（ＪＩＳＫ７１８１）に基づき測定した。インストロン製５５６６型を使用した。

膜厚は、平和テクニカ社製ファインカットＨＳ−４５Ａ型Ｃタイプを用いて、円筒スリーブの断面を切削した。キーエンス社製デジタルマイクロスコープＶＨＸ−５０００にて断面を観察し、観察画像から衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２の膜厚を測定した。

衝撃吸収樹脂層２１０の表面の弾性仕事率（Ｗｂ）の測定においては、摺動樹脂層２２０を取り除き、衝撃吸収樹脂層２１０の表面を露出させることで行なった。衝撃吸収樹脂層２１０を露出させる方法としては、金属基材と衝撃吸収樹脂層２１０の界面から、衝撃吸収樹脂層の膜厚の範囲に相当する厚さになるまで、汎用のＮＣ旋盤にて摺動樹脂層２２０の切削を行なった。

（１）摺動樹脂層用の樹脂ペレット２２０ｆの作成
フェノール樹脂（住友ベークライト社製ＰＲ−５１７９４）を９５質量部、ＰＴＦＥ微粒子（キタムラ製ＫＴＬ−８Ｎ、粒径４μｍ）を５質量部を、ヘンシェルミキサー（日本コークス社製）を用いて回転翼周速を３５ｍ／ｓｅｃ、処理温度を３２℃として２０分間混合処理した。

上記混合粉体を、金型温度（１８０℃）、シリンダ温度（９０℃）、射出出力（１段階：２６０ｋｇ／ｃｍ^２、２段階：９００ｋｇ／ｃｍ^２）の条件にて、熱硬化性樹脂用射出成形機（松田製作所社製、７５Ｆ−３６Ｋ）を用いて射出成形し、摺動樹脂層として、図１３に示す樹脂ペレット２２０ｆを作成した（φＤ＝２４ｍｍ、Ｓ１（スラスト層厚）＝２ｍｍ、Ｈ１＝８ｍｍ、φＤｅ（外筒径）＝１０ｍｍ、φＤｉ（内筒径）＝８ｍｍ）。

（２）軸受部材の作成
図１３に示した形状の樹脂ペレット２２０ｆの外筒面およびスラスト上面に、衝撃吸収樹脂層２１０としての、ウレタン・アクリレート樹脂（ＫＳＭ社製ＫＵＡ−６１）を塗布した。

次に、上記樹脂ペレット２２０ｆを内筒径８ｍｍ、厚さ２ｍｍ、高さ８ｍｍの金属製円筒スリーブ１１０ｆに挿入し、ＵＶ硬化装置にて積算光量５００ｍＪ／ｃｍ^２で硬化・接着させた。膜厚を測定したところ、衝撃吸収樹脂層２１０の膜厚は３０μｍであった。

次に、汎用のエポキシ樹脂接着剤を、内筒径１２ｍｍの保持部材に塗布し、上記金属製円筒スリーブ１１０ｆに挿入して８０℃／５５％ＲＨの環境下で１０時間加熱し、金属製円筒スリーブを保持部材に固定化した。

次に、保持部材１１４の上端部に汎用のエポキシ樹脂接着剤を塗布し、８０℃／５５％ＲＨの環境下で１０時間加熱してポリゴンミラー１１３を保持部材１１４に対して接着した。これにより、ポリゴンミラー１１３を保持した軸受部材（保持部材１１４＋樹脂層２００）が完成した。

汎用のＮＣ旋盤により、保持部材１１４の内筒径が８．２６ｍｍとなるように内筒面全体を切削した。次に、深さ７μｍ、長さ２ｍｍのラジアル動圧発生溝２２０ｇおよびスラスト動圧発生溝２２０ｈ（図３および図４参照）を形成した。この軸受部材（保持部材１１４＋樹脂層２００）を、コニカミノルタ社製、画像形成装置（ｂｉｚｈｕｂＣ７５４）の光偏向装置にて使用されている固定軸搭載基板に、実施例１として設置した。

上記と同様に制作し、図１４に示す材料、物性を有する軸受部材（保持部材１１４＋樹脂層２００）を種々作成（摺動樹脂層の潤滑材種、潤滑材粒径、衝撃吸収層の樹脂種、および、膜厚を図１４のように変更）し、実施例１から実施例１２、比較例１から比較例５として、実機性能の評価を行なった。

（評価方法）
耐久性の評価方法としては、光偏向装置の電源を入れて１５秒放置し、５０，０００ｒｐｍで定速回転させた。次に、電源をＯＦＦにし、停止させた。上記を１サイクルとし、１０００万サイクル繰り返し実施した。

その後、ファインカッターにて保持部材１１４の金属製円筒の断面を切削し、下記のように剥離を評価した。マイクロスコープにて、衝撃吸収樹脂層２１０と保持部材１１４の界面（衝撃吸収樹脂層がない実施例の場合は摺動樹脂層２２０と保持部材１１４の界面）を、界面の長さ１００μｍの範囲で観察した。１００μｍ中で、界面に剥離が見られる（空隙が見られる）部分の長さを測定し、５μｍ以下を合格とした。実施例１から実施例１２は、すべて５μｍ以下となり、合格であった。

（書込精度(倒れ角)）
軸受部材（保持部材１１４＋樹脂層２００）を、５０，０００ｒｐｍで定速回転させながら、レーザー光をポリゴンミラー１１３のミラー側面の鏡面１１３ａに当て、ポリゴンミラー１１３の中心から１０ｃｍの定点においたセンサーに反射させた。

センサーにて、反射光の高さ方向の位置を読み取り、１０００回転させる間の最大の高さ位置と最低の高さ位置の差を観測し、軸受の倒れ角を算出した。上記評価は、角度が小さいものほど、軸受の径変化で生じる動圧の変化に伴う軸受ブレが少ないことを示すものであり、倒れ角１００（秒）以下を合格とした。実施例１から実施例２２は、すべて倒れ角１００（秒）以下となり、合格であった。

実施例１に対して実施例２および実施例３は、衝撃吸収樹脂層２１０の材料（エポキシ樹脂、シリコーン樹脂）が異なっているが、実施例１と同等の評価が得られている。

実施例１に対して実施例４は、衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２０を、固定軸１１０側に設けている。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（４．３μｍ）。

実施例４に対して実施例５は、衝撃吸収樹脂層２１０の材料が異なっている（エポキシ樹脂）。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（４．９μｍ）。

実施例１に対して実施例６は、衝撃吸収樹脂層２１０の膜厚さが薄く形成（２０μｍ）されている。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（１．６μｍ）。また、実施例８は、さらに衝撃吸収樹脂層２１０の膜厚さが薄く形成（１０μｍ）されている。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲でさらに長くなった（４．８μｍ）。

実施例１に対して実施例７は、衝撃吸収樹脂層２１０の膜厚さが厚く形成（５０μｍ）されている。その結果、倒れ角（秒）が問題の無い範囲で大きくなった（６７秒）。また、実施例９は、さらに衝撃吸収樹脂層２１０の膜厚さが厚く形成（７５μｍ）されている。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲でさらに長くなった（９４秒）。

実施例１に対して実施例１０は、衝撃吸収樹脂層２１０の材料が異なっている（フッ素ゴム）。その結果、弾性仕事率（％）が問題の無い範囲で小さくなった（４９％）。また、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（４．１μｍ）。

実施例１に対して実施例１１は、衝撃吸収樹脂層２１０の材料が異なっている（ブチルゴム）。その結果、弾性仕事率（％）が問題の無い範囲で小さくなった（５６％）。また、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（２．２μｍ）。

実施例１に対して実施例１２は、衝撃吸収樹脂層２１０の材料が異なっている（ブタジエンゴム）。その結果、弾性仕事率（％）が問題の無い範囲で大きくなった（８２％）。また、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（１．１μｍ）。また、倒れ角（秒）が問題の無い範囲で大きくなった（５８秒）。

実施例１に対して実施例１３は、衝撃吸収樹脂層２１０の材料が異なっている（イソプレンゴム）。その結果、弾性仕事率（％）が問題の無い範囲で大きくなった（８０％）。また、ビッカース硬度（ＨＶ）が、問題の無い範囲で小さくなった（１０ＨＶ）。また、倒れ角（秒）が問題の無い範囲で大きくなった（５７秒）。

実施例１に対して実施例１４は、衝撃吸収樹脂層２１０の材料が異なっている（クロロプレンゴム）。その結果、弾性仕事率（％）が問題の無い範囲で大きくなった（８０％）。また、ビッカース硬度（ＨＶ）が、問題の無い範囲で小さくなった（９ＨＶ）。また、倒れ角（秒）が問題の無い範囲で大きくなった（６３秒）。

実施例１に対して実施例１５は、衝撃吸収樹脂層２１０の材料が異なっている（ウレタンゴム）。その結果、弾性仕事率（％）が問題の無い範囲で大きくなった（８５％）。また、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（１．３μｍ）。また、ビッカース硬度（ＨＶ）が、問題の無い範囲で小さくなった（８ＨＶ）。また、倒れ角（秒）が問題の無い範囲で大きくなった（９１秒）。

実施例１に対して実施例１６は、固体潤滑剤２２０ｓの粒径（μｍ）に大きい粒径（５．０μｍ）の材料が用いられている。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（０．９μｍ）。また、ビッカース硬度（ＨＶ）が、問題の無い範囲で小さくなった（８ＨＶ）。

実施例１に対して実施例１７は、固体潤滑剤２２０ｓの粒径（μｍ）に大きい粒径（９．５μｍ）の材料が用いられている。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（３．２μｍ）。

実施例１に対して実施例１８は、固体潤滑剤２２０ｓの材料（グラファイト）が異なっている。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（１．１μｍ）。

実施例１に対して実施例１９は、固体潤滑剤２２０ｓの添加量が異なっている（１．５ｗ％）。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（３．１μｍ）。

実施例１に対して実施例２０は、固体潤滑剤２２０ｓの添加量が異なっている（３．０ｗ％）。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（１．４μｍ）。

実施例１に対して実施例２１は、固体潤滑剤２２０ｓの添加量が異なっている（１０．０ｗ％）。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（１．１μｍ）。

実施例１に対して実施例２２は、固体潤滑剤２２０ｓの添加量が異なっている（１３．０ｗ％）。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が問題の無い範囲で長くなった（２．２μｍ）。

比較例１および比較例２においては、摺動樹脂層２２０に固体潤滑剤２２０ｓを含有しなかった。また、衝撃吸収樹脂層２１０の膜厚を大きくした（７５μｍ）。その結果、耐久性および倒れ角において不合格となった。

比較例３においては、潤滑剤に固形ではなく流体の潤滑油を用いた。その結果、倒れ角において不合格となった。比較例４においては、衝撃吸収樹脂層２１０を設けなかった。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が不合格となった。比較例５においては、衝撃吸収樹脂層２１０に高弾性でない材料を用いた。その結果、界面１００μｍ中の剥離長さ（μｍ）が不合格となった。

以上のように、衝撃吸収樹脂層２１０を導入し、かつ、摺動樹脂層２２０に固体潤滑剤２２０ｓを導入したものは、相乗効果により耐剥離性を満足し、書込精度も合格であった。一方、衝撃吸収樹脂層２１０を有さない場合や、固形潤滑剤を有さない場合には、耐剥離性が不合格となった。また、流体潤滑材の場合には、高速回転時の粘性抵抗の上昇に伴い、書込精度が不合格となった。

以上、本実施の形態における光偏向装置１０１によれば、摺動樹脂層２２０の表面の弾性仕事率（Ｗａ）よりも、衝撃吸収樹脂層２１０の表面の弾性仕事率（Ｗｂ）の方が大きく設けられていることから、全体としては衝撃吸収樹脂層２１０が摺動樹脂層２２０を押し返す作用を示す。したがって、衝撃吸収樹脂層２１０と摺動樹脂層２２０との界面で衝撃が緩和され、保持部材１１４と衝撃吸収樹脂層２１０との界面に加わる衝撃力が低減されることにより、接地時の衝撃力による剥離を生じにくくする。

一方、本実施の形態においては、衝撃吸収樹脂層２１０に加え、摺動樹脂層２２０は固体潤滑剤２２０ｓを含有している。これらの２つの層（構成）の相乗効果により、衝撃吸収樹脂層２１０を薄膜化した場合においても高い耐衝撃性を確保できるため、寸法精度を確保することができる。その結果、保持部材１１４が高速で回転した場合において、衝撃吸収樹脂層２１０および摺動樹脂層２２０に遠心力が加わった場合でも、保持部材１１４の軸芯のずれを回避させることが可能となる。

以上、各実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０１光偏向装置、１０２ステーター部、１０３ローター部、１１０固定軸、１１０Ａラジアル軸受部、１１０Ｂスラスト軸受部、１１０ａ動圧面、１１０ｂ動圧面、１１０ｃ基板設置面、１１０ｆ金属製円筒スリーブ、１１１巻回コイル、１１２基板、１１３ポリゴンミラー、１１３ａ鏡面、１１４保持部材、１１４保持部材、１１４ａ内周面、１１４ｂ下面、１１５磁石、１１６密閉部材、２００樹脂層、２１０衝撃吸収樹脂層、２２０摺動樹脂層、２２０ｆ樹脂ペレット、２２０ｇラジアル動圧発生溝、２２０ｈスラスト動圧発生溝、２２０ｓ固体潤滑剤。

Claims

金属の円筒形状を有する回転軸受と、
前記回転軸受の外側に固定され、側面に複数の鏡面が設けられた回転多面鏡と、
前記回転軸受が回転自在に嵌合される金属の固定軸と、
前記回転軸受の内周面、または、前記固定軸の外周面のいずれか一方に形成された樹脂層と、
前記回転軸受側、または、前記固定軸側の少なくともいずれか一方に形成された動圧発生溝と、を備え、
前記樹脂層は、
金属側に形成される衝撃吸収樹脂層と、
前記衝撃吸収樹脂層の表面に形成される摺動樹脂層と、を含み、
前記摺動樹脂層は、固体潤滑剤を含有し、
ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて負荷荷重９８ｍＮで測定した前記摺動樹脂層の表面の弾性仕事率よりも、前記衝撃吸収樹脂層の表面の弾性仕事率の方が大きく設けられている、光偏向装置。
前記回転軸受と前記固定軸との間には、ラジアル摺動面とスラスト摺動面とが形成され、前記樹脂層は、少なくとも前記回転軸受のラジアル摺動面に形成されている、請求項１に記載の光偏向装置。
前記衝撃吸収樹脂層の膜厚は、２０μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１または２に記載の光偏向装置。
前記衝撃吸収樹脂層の表面の弾性仕事率が５５％以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の光偏向装置。
前記衝撃吸収樹脂層は、圧縮弾性率が１０００［ＭＰａ］以上の樹脂である、請求項１から４のいずれか１項に記載の光偏向装置。
前記衝撃吸収樹脂層は、エポキシ樹脂、アクリル・ウレタン樹脂、および、シリコーン樹脂のいずれかである、請求項５に記載の光偏向装置。
ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて負荷荷重９８ｍＮで測定した前記衝撃吸収樹脂層の表面のビッカース硬度が１０［ＨＶ］以上である、請求項１から６のいずれか１項に記載の光偏向装置。
前記固体潤滑剤の平均粒径が５μｍ以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の光偏向装置。
前記固体潤滑剤は、フッ素樹脂である、請求項１から８のいずれか１項に記載の光偏向装置。
前記固体潤滑剤の添加量が、衝撃吸収樹脂層１００質量部あたり３〜１０質量部である、請求項１から９のいずれか１項に記載の光偏向装置。