JP2017194618A - 光偏向器、光学走査装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、動圧発生溝の角部の破損に対する耐性を上げ、軸受の耐久性に優れた光偏向器を提供する。【解決手段】光源からの光束を偏向走査する回転多面鏡を支持する軸と、前記軸との間に軸受隙間を有し、前記軸の回転によって前記軸受隙間に生じたオイルの動圧で前記軸を非接触で回転可能に支持する軸受部材と、を備えた光偏向器であって、前記軸受部材は、前記軸との間に軸受隙間をなす複数の動圧発生溝を設けた第一の内面と、前記第一の内面よりも前記軸のラジアル方向に関して前記軸から離間して設けられた第二の内面と、を有し、前記動圧発生溝の前記軸の軸方向における端部を前記第一の内面と前記第二の内面との境界に解放して設け、前記動圧発生溝の前記軸方向の端部の角部を１稜線以下で設ける。【選択図】 図３

Description

本発明は、光源からの光束を偏向走査する光偏向器、これを備えた光学走査装置、及び画像形成装置に関するものである。

従来のレーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光学走査装置は、画像信号に応じて光源から出射したレーザ光束を光変調し、光変調されたレーザ光束を、回転多面鏡を備えた光偏向器で偏向走査している。

光偏向器には、高速回転する回転多面鏡を支える軸受部に、安定した滑らかな回転が得られる動圧流体軸受が広く用いられている。例えば、特許文献１に記載の構成では、軸受に動圧発生溝が設けられている。

特開２００８−２６７４８３号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、以下のような課題がある。

軸受は一般的に加工の容易性から真鍮などの銅合金が用いられる。軸は一般的にステンレス鋼が用いられる。この場合、軸受は軸に対して相対的に耐摩耗性が低い。また、軸受に設けてある動圧発生溝の先端部は、切削加工または転造によって形成された場合、鋭角な角部を成しており、強度が低い部位となっている。この動圧発生溝の角部に回転駆動中に突発的な振動や衝撃が加わることにより、または動圧が発生していない起動時および停止時に軸が軸受に衝突することにより、動圧発生溝の角部が破損するおそれがある。さらには破損した軸受の破片が軸受の内部に混入することで、光偏向器は回転性能や耐久性が著しく低下するおそれもある。場合によっては、破損した軸受の破片により軸受がダメージを受け、回転不能に陥るおそれがある。

そこで本発明の目的は、動圧発生溝の角部の破損に対する耐性を上げ、軸受の耐久性に優れた光偏向器を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、光源からの光束を偏向走査する回転多面鏡を支持する軸と、前記軸との間に軸受隙間を有し、前記軸の回転によって前記軸受隙間に生じたオイルの動圧で前記軸を非接触で回転可能に支持する軸受部材と、を備えた光偏向器であって、前記軸受部材は、前記軸との間に軸受隙間をなす複数の動圧発生溝を設けた第一の内面と、前記第一の内面よりも前記軸のラジアル方向に関して前記軸から離間して設けられた第二の内面と、を有し、前記動圧発生溝の前記軸の軸方向における端部を前記第一の内面と前記第二の内面との境界に解放して設け、前記動圧発生溝の前記軸方向の端部の角部を１稜線以下で設けることを特徴とする。

本発明によれば、動圧発生溝の角部の破損に対する耐性を上げ、軸受の耐久性に優れた光偏向器を提供することができる。

光偏向器の部分断面図である。 軸受の動圧発生溝の構成説明図である。 （ａ）は実施例１に係る動圧発生溝の端部の拡大斜視図、（ｂ）は実施例１に係る動圧発生溝の端部の断面図である。 軸受が破損するメカニズムの説明図である。 （ａ）は曲面を設けない軸受の拡大斜視図、（ｂ）は曲面を設けない軸受の断面図である。 （ａ）は他の実施例に係る動圧発生溝の端部の拡大斜視図、（ｂ）は他の実施例に係る動圧発生溝の端部の断面図である。 （ａ）は他の実施例に係る動圧発生溝の端部の拡大斜視図、（ｂ）は他の実施例に係る動圧発生溝の端部の断面図である。 画像形成装置を示す模式断面図である。 光学走査装置を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

〔実施例１〕
本発明の実施例１に係る光偏向器を備えた光学走査装置及び画像形成装置について説明する。なお、以下の説明では、まず実施例１に係る光学走査装置を備えた画像形成装置を例示して説明し、次いで前記画像形成装置における光学走査装置について説明する。次いで前記光学走査装置に組み付ける光偏向器について説明する。

［画像形成装置］
図８は画像形成装置を示す模式断面図である。画像形成装置１１０は、光学走査装置１０１を具備し、光学走査装置１０１により感光体ドラムなどの像担持体（被走査体）を走査し、この走査された画像に基づいて記録紙等の記録材に画像形成を行う画像形成手段を備える画像形成装置である。ここでは、画像形成装置としてプリンタを例示して説明する。

図８に示すように、画像形成装置１１０は、得られた画像情報に基づいたレーザ光束を、露光手段としての光学走査装置１０１によって出射し、プロセスカートリッジ１０２に内蔵された像担持体（被走査体）としての感光体ドラム１０３上に照射する。すると感光体ドラム１０３上に潜像が形成され、プロセスカートリッジ１０２によってこの潜像が現像剤としてのトナーによりトナー像として顕像化（可視化）される。なお、プロセスカートリッジ１０２とは、感光体ドラム１０３と、感光体ドラム１０３に作用するプロセス手段として、帯電手段１１１や現像手段１１２等を一体的に有するものである。

一方、記録材積載板１０４上に積載された記録材Ｐは、給送ローラ１０５によって１枚ずつ分離されながら給送され、次に中間ローラ１０６によって、さらに下流側に搬送される。搬送された記録材Ｐ上には、感光体ドラム１０３上に形成されたトナー像が転写ローラ１０７によって転写される。この未定着のトナー像が形成された記録材Ｐは、さらに下流側に搬送され、内部に加熱体を有する定着器１０８により、トナー像が記録材Ｐに定着される。その後、記録材Ｐは、排出ローラ１０９によって機外に排出される。

なお、ここでは感光体ドラム１０３に作用するプロセス手段としての前記帯電手段及び前記現像手段をプロセスカートリッジ１０２中に感光体ドラム１０３と一体的に有することとしたが、これに限定されるものではない。各プロセス手段を感光体ドラム１０３と別体に構成することとしてもよい。

［光学走査装置］
次に、図９を用いて前記画像形成装置における走査光学装置について説明する。図９は走査光学装置の説明図である。

図１に示す光学走査装置１０１において、半導体レーザユニット２１（光源）の前方にはシリンドリカルレンズ２２、光学絞り２３、光偏向器２５が順次、配置されている。光偏向器２５は回転多面鏡１を回転駆動する。回転多面鏡１の反射方向には、ｆθレンズ（走査レンズ）２７、感光体ドラム１０３が順次、配置されている。

光学箱２８は、これらの光学部材を収容する筐体としての光学箱であり、光学部材は光学箱２８と蓋２９等により密閉された空間に収容されている。

半導体レーザユニット２１から出射されたレーザ光束Ｌは、シリンドリカルレンズ２２によって回転多面鏡１上の反射面に線像を結像する。そして、このレーザ光束Ｌは回転多面鏡１を光偏向器２５により回転させることによって偏向され、ｆθレンズ２７によって、感光体ドラム１０３上に結像走査して照射される。

回転多面鏡１の回転によってレーザ光束Ｌを変更走査し、感光体ドラム１０３においてはレーザ光束Ｌによる主走査が行われ、また感光体ドラム１０３がその円筒の軸線まわりに回転駆動することによって副走査が行われる。このようにして感光体ドラム１０３の表面に静電潜像が形成される。

［光偏向器］
次に、図１を用いて前記光学走査装置における光偏向器２５について説明する。図１は本発明の実施例１に係る光偏向器２５の部分断面図である。

図１に示すように、光偏向器２５は、光源からのレーザ光束を偏向走査する回転多面鏡１と、前記回転多面鏡１を支持して一体的に回転する回転部材としての軸２と、前記軸２を回転可能に支持する軸受部材としての軸受３と、を有している。軸受３には、一対の動圧発生溝（ヘリングボーン溝）１５，１６が設けてある。スラストカバー４は軸受３にカシメなどで固定され、軸２の下端を軸方向に支持するスラスト板５を備えている。軸２の下端は球面形状となっており、スラスト板５とともにピボット軸受を構成している。軸２の上端部にはロータボス６が一体に形成されており、回転多面鏡１はロータボス６の上面に載置されている。回転多面鏡１は、弾性部材を有する固定部材７によってロータボス６に対して軸方向（Ａ−Ａ′方向）に押圧されて固定され、軸２とともに回転するように構成されている。

ロータボス６にはロータフレーム８がカシメ等により一体的に形成されており、ロータフレーム８はロータマグネット９を保持している。ロータマグネット９の対向側にはステータコア１０とステータコイル１１が設置されており、ステータコア１０はインシュレータ１２を介して回路基板１３に固定されている。

また軸２は軸受３に対して軸方向上部へ容易に挿抜可能なため、光偏向器２５への衝撃や振動で軸２が抜けないように、回路基板１３上に抜け止め１４が設置されている。軸２が軸方向へ移動するとロータフレーム８が抜け止め１４に接触して、軸２の軸受３からの抜けを防止している。

ステータコイル１１に電流が供給されるとロータマグネット９との間で電磁力を発生し、軸受３に軸支されている軸２を中心にロータマグネット９やその他一体に形成されたロータフレーム８、ロータボス６、回転多面鏡１などが回転する。

続いて図２を用いて前記軸受３に設けられた動圧発生溝１５，１６の構成に関して説明する。軸受３は、前記軸２との間に軸受隙間をなす複数の動圧発生溝１５，１６を設けた第一の内面１９と、前記第一の内面１９よりも前記軸２のラジアル方向に関して前記軸２から離間して設けられた第二の内面１７と、を有している。

前記動圧発生溝１５，１６は、前記軸受３の第一の内面１９に設けられ、軸２とラジアル方向に１０μｍ程度の軸受隙間を形成している。この軸受隙間にはオイルが充填されている。軸２の回転によって軸受隙間のオイルを流動させ、オイルが動圧発生溝１５，１６に沿って流れることにより動圧が発生し、軸受３は軸２を非接触でラジアル方向に軸支する。なお、軸受３の動圧発生溝１５，１６を設けた第一の内面１９以外の第二の内面１７は、軸受損失の抑制やオイルをプールさせるために、第一の内面１９よりも軸２のラジアル方向に関して軸２から離間させて設けている。

前記動圧発生溝１５，１６の前記軸２の軸方向における端部を前記第一の内面１９と前記第二の内面１７との境界に解放して設けている。詳しくは、この動圧発生溝１５，１６と内面１７の境界には、オイルにエアーを入り込ませないためにテーパ面（斜面）１８を設けている。そして、動圧発生溝１５，１６は、オイルをスムーズに回り込ませるため、軸方向の端部をテーパ面１８に解放して設けてある。

図３（ａ）に動圧発生溝１５の端部の拡大斜視図、図３（ｂ）に動圧発生溝１５の端部のＡ−Ａ′方向の断面図を示す。動圧発生溝１５の前記軸方向の上方の端部の角部には、テーパ面（斜面）１８との稜線上に全周にわたって曲面１５ａが設けてある。

次に、図４を用いて動圧発生溝１５，１６を設けた軸受３と軸２との関係について説明する。図４（ａ）は軸２の回転時の模式断面図、図４（ｂ）は軸の停止時の模式断面図である。なお、説明の明瞭化のため、まず軸受が破損するメカニズムを説明する。

図４（ａ）に示すように、光偏向器が駆動され、軸２が回転駆動している際、発生している動圧により、軸２はＡ−Ａ′方向と平行な姿勢を保つ。一方、図４（ｂ）に示すように、光偏向器が停止され、軸２が回転駆動していない場合、動圧が発生していないため、軸２は重力によって倒れ、軸受３に設けた動圧発生溝１５の上端で支持される。すなわち、回転開始直後や回転停止直前においては、軸２が動圧発生溝１５の上端に衝突する。

ここで、本実施例に係る軸受に対する比較例として、前述の曲面１５ａを設けない軸受について説明する。図５は比較例に係る軸受の説明図であり、図５（ａ）は動圧発生溝の端部の拡大斜視図、図５（ｂ）は動圧発生溝の端部のＡ−Ａ′方向の断面図である。

図５（ａ）（ｂ）に示すように、曲面１５ａを設けない比較例の軸受３は、動圧発生溝１５のＡ−Ａ′方向の端部において３つの稜線で角部Ｅが形成される。動圧発生溝１５はＡ−Ａ′方向に対して傾斜しているため、軸２の回転接線方向に対向する角部Ｅは鋭角に形成され、強度が低くなる。この角部Ｅに軸２が繰り返し衝突すると、破損が引き起こされる可能性がある。

なお、オイルが軸受３の外部に抜けるなどして、オイル量が不足してしまった場合、動圧発生溝１５の上端がむき出しになり、軸２がオイルを介さず軸受３の角部Ｅに直接衝突してしまうこともある。この場合、破損のリスクはさらに高まる。

一方、本実施例の構成においては、図３（ａ）（ｂ）に示すように前記角部Ｅに相当する位置に曲面１５ａを設けている。更に詳しくは、前記動圧発生溝１５の前記軸方向の端部を前記第一の内面１９と前記第二の内面１７の境界に設けたテーパ面１８に解放して設け、複数の動圧発生溝１５の間において前記テーパ面１８と前記第一の内面１９とがなす角部に曲面１５ａを設けている。これにより、動圧発生溝１５の軸方向における上方の端部の角部が１稜線以下で構成されており、比較例における動圧発生溝の角部Ｅのように鋭角な角部になっていないため強度が高い。本構成により、軸２の衝突により軸受３が破損してしまうリスクを大幅に低減できる。これにより、動圧発生溝１５の角部の破損に対する耐性を上げ、軸受３の耐久性に優れた光偏向器２５を提供することができる。

〔他の実施例〕
なお、前述した実施例ではテーパ面１８との稜線上に周方向に曲面１５ａを設けたが、これに限定するものではない。すなわち、軸２が軸受３に衝突した際に破損することのないよう、剛性が確保できる形状で有ればよい。具体的には、例えば図６に示すように、周方向に沿った稜線に曲面１５ｂを設けても良い。また、図７に示すように、動圧発生溝１５に沿った稜線に曲面１５ｃを設けても良い。

さらに詳しくは、図６では、動圧発生溝１５の前記テーパ面１８に解放された端部と前記テーパ面１８とがなす角部に曲面１５ｂを設けている。

また、図７では、前記テーパ面１８に近接する動圧発生溝１５の軸方向の上方の端部と前記第一の内面１９とがなす角部に曲面１５ｃを設けている。

このように構成することによっても、軸２の衝突により軸受３が破損してしまうリスクを大幅に低減でき、動圧発生溝１５の角部の破損に対する耐性を上げ、軸受３の耐久性に優れた光偏向器２５を提供することができる。

また、３稜線全てに前述した曲面１５ａ，１５ｂ，１５ｃを併せて設けても良い。この場合、前述の角部がすべて曲面で構成されるため、１稜線の場合に比べさらに破損のリスクが低減できる。

また、前述した実施例では曲面１５ａ，１５ｂ，１５ｃを動圧発生溝１５の上端部（軸方向における上方の端部）に設けたが、これに限定するものではない。動圧発生溝１５よりも、軸２の軸方向の下側に位置する動圧発生溝１６の下端部（軸方向における下方の端部）に設けても良い。この構成によっても、軸２の衝突により軸受３が破損してしまうリスクを大幅に低減でき、動圧発生溝１５の角部の破損に対する耐性を上げ、軸受３の耐久性に優れた光偏向器２５を提供することができる。

また、破損を引き起こす応力集中を回避するためには、前記曲面１５ａ，１５ｂ，１５ｃの半径は０．１ｍｍ以上であることが望ましい。

また前述した実施例では、画像形成装置に対して着脱自在なプロセスカートリッジとして、感光体ドラムと、該感光体ドラムに作用するプロセス手段としての帯電手段，現像手段を一体に有するプロセスカートリッジを例示した。しかし、これに限定されるものではない。感光体ドラムの他に、帯電手段，現像手段，クリーニング手段を一体に有するプロセスカートリッジ、あるいは帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち、いずれか１つを一体に有するプロセスカートリッジであっても良い。

更に前述した実施例では、感光体ドラムを含むプロセスカートリッジが画像形成装置に対して着脱自在な構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば各構成部材がそれぞれ組み込まれた画像形成装置、或いは各構成部材がそれぞれ着脱可能な画像形成装置としても良い。

また前述した実施例では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であっても良い。これらの画像形成装置に用いられる光偏向器に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

１ …回転多面鏡
２ …軸
３ …軸受
１５，１６ …動圧発生溝
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ …曲面
１７ …第二の内面
１８ …テーパ面
１９ …第一の内面
２５ …光偏向器
１０１ …光学走査装置
１０３ …感光体ドラム
１１０ …画像形成装置

Claims (7)

1. 光源からの光束を偏向走査する回転多面鏡を支持する軸と、前記軸との間に軸受隙間を有し、前記軸の回転によって前記軸受隙間に生じたオイルの動圧で前記軸を非接触で回転可能に支持する軸受部材と、を備えた光偏向器であって、
   前記軸受部材は、前記軸との間に軸受隙間をなす複数の動圧発生溝を設けた第一の内面と、前記第一の内面よりも前記軸のラジアル方向に関して前記軸から離間して設けられた第二の内面と、を有し、
   前記動圧発生溝の前記軸の軸方向における端部を前記第一の内面と前記第二の内面との境界に解放して設け、
   前記動圧発生溝の前記軸方向の端部の角部を１稜線以下で設けることを特徴とする光偏向器。
2. 前記動圧発生溝の前記軸方向の端部の角部は曲面であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
3. 前記動圧発生溝の前記軸方向の端部を前記第一の内面と前記第二の内面の境界に設けた斜面に解放して設け、
   前記複数の動圧発生溝の間において前記斜面と前記第一の内面とがなす角部に曲面を設けていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
4. 前記動圧発生溝の前記軸方向の端部を前記第一の内面と前記第二の内面の境界に設けた斜面に解放して設け、
   前記動圧発生溝の前記斜面に解放された端部と前記斜面とがなす角部は曲面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
5. 前記動圧発生溝の前記軸方向の端部を前記第一の内面と前記第二の内面の境界に設けた斜面に解放して設け、
   前記斜面に近接する前記動圧発生溝の前記軸方向の端部と前記第一の内面とがなす角部は曲面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向器を用いた光学走査装置であって、
   光源からの光束を前記光偏向器によって偏向させることにより被走査体に走査することを特徴とする光学走査装置。
7. 請求項６に記載の光学走査装置を用いた画像形成装置であって、
   像担持体に前記光学走査装置による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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