JP2598469Y2

JP2598469Y2 - 回転鏡装置

Info

Publication number: JP2598469Y2
Application number: JP1996012249U
Authority: JP
Inventors: ヴィテフィーンボントゥコ
Original assignee: オセ−テクノロジーズビーブイ
Priority date: 1992-11-26
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2008-11-18
Also published as: DE69224645T2; EP0598950B1; EP0598950A1; JPH06208077A; US5430571A; DE69224645D1; JPH09348U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】本考案は、電動モータのロー
タであり一つ以上の鏡の小面が設けられる鏡本体を回転
自在に支持する空気軸受を有する光ビーム検出用の回転
鏡装置に関する。そのような回転鏡装置は、例えばレー
ザプリンタにおいてレーザ光線を主走査方向に偏向させ
るために使用される。

【０００２】

【従来の技術】上述の型の装置は特願平１−２８５９１
７号に記載されている。この既知の装置において、鏡本
体は鏡面が外側周囲端部に設けられた多角形円板として
形成される。円板にはステータの磁石と協働する磁石が
設けられ、よって円板を駆動する電動モータを構成す
る。円板は対向する主面上の円板の中心に設けられステ
ータの軸受部材内に形成された適合する半球状の空洞に
受容される２つの半球状部材により形成される空気軸受
によってステータ上に支持される。半球形状軸受表面に
は、適合する軸受表面の間の狭い空隙内に空気を導入す
るための螺旋状溝が設けられ、低摩擦軸受を提供する空
気クッションが形成される。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】この既知の装置におい
て、磁石は半球状軸受部材の外側に向かって円板内に設
けられ、鏡の小面も磁石の外側に向かって配置され、よ
って円板全体は比較的大きな半径方向寸法を有さなくて
はならず、従って大きな慣性モーメントを有する。これ
は、鏡が回転している際にレーザプリンタが動かされ又
はそれに衝撃が加えられた時にジャイロ効果の制御を困
難とする。更に、円板の大きな半径方向寸法はこれに相
当して大きな遠心力を生じ、円板の限られた機械的強度
の観点からして、回転速度に上限を与える。他方、高い
印字効果を得るためにはできる限り速い回転速度が望ま
しい。

【０００４】上述の従来技術の他の問題は、いわゆる揺
動、すなわち走査方向に垂直な方向における反射光線の
好ましくない偏向である。この揺動は、製造誤差による
鏡の小面の僅かな不整列及び回転する鏡本体の振動又は
動揺となるであろう空気軸受内の鏡の遊びにより生じ
る。鏡本体の比較的大きな質量及び慣性モーメントによ
り、これらの振動の周期は鏡本体の回転周期の範囲内で
あり、鏡本体の僅かな不均衡は共振の問題となる。

【０００５】ドイツ特許出願第２９２７１９９号におい
て、揺動の無い回転鏡装置が提案されているが、その中
では光ビームは角度的に偏向されるのではなく振動する
平行変位を受ける。この装置において、内部ルーフプリ
ズムは回転鏡本体の一つの軸端面に偏心して設けられ、
鏡の小面はこのルーフプリズムの角度の付いた内面によ
って形成される。入射する光ビームは回転軸に整列し、
両方の鏡の小面で２重の反射を受け、射出されるビーム
は再び入射する光ビームと平行になるがそれに対して半
径方向外側にずれる。鏡本体の回転により、射出ビーム
は入射ビームの回りを回転する。反射ビームの２次元回
転運動の成分は、円筒レンズによって打ち消され、円筒
レンズの焦点において振動する１次元運動が達成され
る。２重反射後の射出ビームは鏡本体の僅かな角度変位
に拘わらず、入射ビームに常に平行であるため、この装
置は実質的に揺動が無い。しかし、この装置では、反射
ビームの振動運動の振幅は鏡本体の直径より大きくな
い。従って、この装置は大きな走査幅を得ることには適
していない。

【０００６】米国特許出願第４６６２７０９号におい
て、鏡の小面が回転する鏡本体の一つの軸端面に形成さ
れた内部フラスト角錐の側面により形成される鏡装置が
提案されている。入射ビームは鏡の小面の一つでフラス
ト角錐の内部に反射され、前記内部角錐の内部に固定的
に設けられた固定鏡面で２回反射され、光は２度目に反
射される鏡の小面に反射して戻る。この装置において、
固定鏡が鏡本体の内部に形成された内部角錐の内部に収
容されなければならないため、鏡本体はやはり大きな半
径方向寸法を有していなければならない。

【０００７】米国特許出願第４４７５７８７号は、五角
形プリズムを回転鏡本体として利用した一つの小面を有
する揺動の無い光スキャナを開示している。入射光ビー
ムはプリズムの回転軸に整列し、回転軸に垂直なプリズ
ムの一つの表面を通って入る。光ビームはそれからプリ
ズムの２つの内面で反射され、入射ビームに直角に他の
面を通ってプリズムを出る。この構造に含まれる問題
は、五角形プリズムは回転軸に関して対称ではなく、高
速な回転を可能にするために回転する鏡本体の正確な平
衡をとるのは困難である。

【０００８】本考案の目的は、簡単で小型の構造を有し
高速で動作できる回転鏡装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的は、前記鏡の小
面が、鏡本体の一つの軸端に向かって開いて形成された
内部角錐又はフラスト角錐の側面であり、鏡本体の回転
軸と一致する対称軸を有しており、入射光ビームに対す
る鏡の小面の方向は反射ビームが回転軸に対して傾斜し
た角度で内部角錐を出るような方向とされている構成の
上述の回転鏡装置により達成される。

【００１０】本考案によれば鏡の小面は鏡本体の軸端面
に形成されるため、鏡本体は小型で軽量に成形され、よ
って小さな慣性モーメントを有し過度の遠心力を誘発す
ることなく非常に高速で動作することができる。内部角
錐は鏡本体の重量軽減に貢献し、回転軸に一致する対称
軸を有するので鏡本体は対称頂部のようにふるまうよう
に容易に平衡をとることができる。また、内部角錐の対
称構造は、多小面鏡を提供するのに好適である。鏡の小
面は鏡本体内の角錐形状の空洞の内面により形成される
ため、非常な高速において遠心力により誘発される破壊
的な機械的応力を受けるであろう突出した部品を鏡本体
に設ける必要は無い。本考案による装置において、空気
軸受は鏡本体の完全な周囲面に設けられてもよく、鏡本
体全体は鏡の不均衡に対して良好に支持され、従って安
定した揺動の無い鏡本体の回転が達成される。それにも
かかわらず、反射された光ビームは回転軸に対して傾斜
した角度で内部角錐を出るので、鏡本体の回転は回転軸
の回りに反射ビームの角度変位を含み、反射ビームの下
流端部における露出点は大きな走査幅にわたって移動可
能である。

【００１１】本考案の他の特徴及び他の有用な展開は従
属項に示されている。好ましくは、角錐形状の透明な本
体が鏡本体の内部角錐に嵌合され、鏡の小面は、透明な
角錐形状の本体の側面上に金属メッキ等のような鏡面仕
上げにより形成される。もし回転軸を含む断面を考慮す
るなら、透明な本体の光学的特性はプリズムでのもので
ある。これは、幾何学的にはプリズムではなくむしろ角
錐であるのに、何故透明な本体が以下に”プリズム”と
称されるかという理由である。鏡の小面を形成するプリ
ズムの表面は、非常な高精度で加工可能である。よっ
て、正確に調整された鏡の小面を有する多小面鏡は、鏡
本体の端面内に空洞を略角錐形状に形成し、そしてその
中に鏡面仕上げされた側面を有する精密に加工されたプ
リズムを挿入することにより製造可能である。プリズム
は接着剤によって空洞内に固定されてもよく、空洞の周
囲の壁によって遠心力に対して支持される。

【００１２】更に、プリズムの反射特性は、揺動の影響
を低減するか完全に打ち消すために利用することもでき
る。鏡本体は、円筒状表面全体に空気軸受が設けられる
円筒形状を有していてもよい。しかし、好適な実施例に
おいて、鏡本体は、空気軸受が半球表面全体及び平面の
周囲端部に設けられて半球として形成され、内部角錐は
平面の中央部に設けられる。この実施例は非常に簡単で
小型で軽量な構造を有する。鏡本体は、全ての軸受に一
般的に使用される金属球を２等分することによって製造
してもよい。このように完全に加工された球表面、即ち
０．１μ以下の表面粗さを有する球は、低価格で商業的
に入手可能である。よって、本考案は、高解像度及び／
又は高印字速度を提供する小型のレーザプリンタ用の低
価格な回転鏡装置を提供することができる。

【００１３】

【考案の実施の形態】図１に示されるように、回転鏡装
置１０は、半球軸受シェルを画成するステータブロック
１２と、前記軸受シェル内に回転自在に支持される半球
鏡本体１６とよりなる。鏡本体１６は約１０ｍｍの直径
を有する。図２及び３に最も良く示されるように、鏡本
体１６には、周囲端から球状表面の上部にわたって延在
する螺旋溝１８及び鏡本体の周囲端からその平坦な頂面
２２の外周部分にわたって延在する螺旋溝２０が設けら
れる。図１においては、溝１８及び２０の深さは拡大さ
れている。実際は、これらの溝の深さは僅か数μの程度
である。鏡本体１６が図３中反時計回り方向に回転する
と、傾斜した溝は、適合する軸受シェル１４の球状表面
と鏡本体１６との間の狭い空隙に空気を通すように働
き、よって動的空気軸受を形成する。

【００１４】ステータブロック１２の頂面には軸受シェ
ル１４を包囲する浅い凹部２６が形成される。ステータ
ブロック１２の頂面に固定されたリング２８は鏡本体１
６の外周と同様に凹部２６の外周部を覆う。狭い空隙３
０は、鏡本体１６の頂面２２とリング２８の内部の底面
との間に画成される。溝２０は空気を空隙３０に導入す
るように働く。しかし、溝２０は、図３における仮想線
で示されるリング２８の内周まで延在していないため、
空隙３０内に増大された空気圧と共に空気クッションが
形成され、よって鏡本体１６を軸受シェル１４内に保持
しリング２８の平面に垂直な回転軸の正確な整列を提供
する他の空気軸受を構成する。

【００１５】示された実施例において、半球状鏡本体１
６の下部には永久磁石３２を収容する切欠が形成され
る。ステータブロック１２は、磁石３２に対向する磁極
３６を有するヨーク３４を収容する。ヨーク３４には電
気コイル（図示せず）が設けられ、鏡本体１６を駆動す
るための電動モータのステータを構成する。この電動モ
ータのロータは、永久磁石３２が設けられる鏡本体１６
自身により形成される。代わりに、鏡本体１６の金属本
体が全体に磁化されてもよい。

【００１６】リング２８には空気軸受に清浄な空気を供
給するためにその中に挿入されたフィルタ３８と共に孔
が設けられる。逆さの角錐形状の凹部４０は鏡本体１６
の平坦な頂面２２の中央部に形成される。表面２２の面
内にある角錐４０の基礎は正多角形（実施例においては
正方形）として一般的に成形される。角錐の頂点と同様
に、基礎多角形の中心は鏡本体１６の回転軸上に位置す
る。よって、角錐４０は鏡本体１６の回転軸に一致する
対称軸（示された実施例において約９０°回転した対
称）を有する。凹部４０と同じ角錐形状を有する光学プ
リズム４２は、凹部４０に嵌合され、その中に例えば接
着剤によって固定される。凹部４０の三角形の側面、よ
り具体的にはプリズム４２の対応する側面は、図１に示
される方法によって光ビーム４６を偏向させるための鏡
の小面を形成する。プリズム４２が凹部４０に挿入され
る前に、プリズムの側面は精度高く加工され、鏡面仕上
げされ、そして反射性被覆（例えば金属被覆）及び保護
表面層がメッキされる。

【００１７】図１に示されるように、光ビーム４６、例
えばレーザプリンタの変調されたレーザ光線は、回転軸
Ａに平行ではあるが横方向にそれからずれた方向で鏡本
体１６に入射される。よって、プリズム４２の基礎面を
直角に、即ち屈折しないで通過する入射光ビーム４６
は、鏡の小面４４で反射され、プリズム４２の基礎面で
屈折する。よって、反射されたビーム４８は鏡本体の回
転軸Ａに対して９０°より僅かに小さい角度を形成す
る。リング２８の内周には、反射ビーム４８との干渉を
避けるために円錐面５０が形成される。

【００１８】鏡本体１６が軸Ａの回りに回転する時、図
１における図の平面である反射面も回転し、従って反射
ビーム４８の角度変位が達成される。この反射されたビ
ームは僅かな曲線を呈する。鏡装置がドラム上に配置さ
れた感光体層の露出に使用される場合は、ドラムと鏡の
小面４４との間にプリズム４２とは別の補正プリズムを
配置してこの湾曲路を補正することが好ましい。

【００１９】上述の構造によって、鏡本体１６は非常に
小型で軽量となり、過度の遠心力を誘発することなく、
非常に高い回転速度を得ることができる。空気軸受は最
小の摩擦と同時に最小の遊びと共に鏡本体を支持する。
鏡本体１６の質量は比較的小さく、空隙２４及び３０内
に高い圧力が発生されるため、空気軸受内の鏡本体の振
動の固有周波数は回転の周期より非常に高く、よって共
振の問題は回避され、鏡本体の安定した回転が達成され
る。プリズム４２の鏡の小面４４は精密に加工可能なた
め、反射レーザ光線４８の揺動を生じさせる全ての要素
は大きく排除される。

【００２０】上述の構造は、鏡の小面４４が塵埃と湿度
から保護されるという利点を更に有する。空気軸受の空
気は、フィルタ３８を通して吸入され、空隙３０を通過
させられ、そしてリング２８の中央開口を通じて吹き出
されるため、プリズム４２の頂面２２もまた塵埃から保
護される。もし鏡本体１６の軸が僅かな角度だけ傾いた
場合、射出されるレーザ光線４８の方向は、鏡の小面４
４の反射のためにこの角度の２倍だけずれる。しかし、
プリズム４２の反射性頂面もまた傾くため、この面での
ビーム４６，４８の屈折は、射出するビーム４８のずれ
が少なくとも部分的に補償されるように変化する。

【００２１】この補償を最適にするために、二つの角錐
をその底面で接合した形状の２重角錐のように成形され
たプリズムが図１に示されるプリズム４２の代わりに使
用されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による回転鏡装置の断面図である。

【図２】図１の装置に使用される鏡本体の側面図であ
る。

【図３】鏡本体の平面図である。

【符号の説明】

１０回転鏡装置１２ステータブロック１４軸受シェル１６鏡本体１８，２０溝２２頂面２４，３０空隙２８リング３２永久磁石３４ヨーク３６磁極３８フィルタ４０凹部４２プリズム４４鏡の小面４６，４８ビーム５０円錐面

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】電動モータ（３２，３４，３６）のロー
タであり一つ以上の鏡の小面（４４）が設けられる鏡本
体（１６）を回転自在に支持する空気軸受（１８，２
０，２４，３０）を有する光ビーム（４６，４８）を角
度的に偏向させる回転鏡装置であって、前記鏡の小面（４４）は、該鏡本体の一つの軸端面（２
２）に向かって開いて形成された内部角錐又はフラスト
角錐（４０，４２）の側面であり、該鏡本体の回転軸
（Ａ）と一致する対称軸を有しており、入射光ビーム
（４６）に対する鏡の小面（４４）の方向は反射ビーム
（４８）が該回転軸（Ａ）に対して傾斜した角度で該内
部角錐を出るような方向とされていることを特徴とする
鏡装置。
【請求項２】角錐形状の光学プリズム（４２）は、鏡
本体（１６）内に形成された内部角錐（４０）内に嵌合
されることを特徴とする請求項１記載の鏡装置。
【請求項３】該プリズム（４２）の側面には前記鏡の
小面（４４）を形成するために反射性被覆が施されてい
ることを特徴とする請求項２記載の鏡装置。
【請求項４】前記プリズム（４２）は内部角錐の側面
に施された接着剤によって該鏡本体（１６）に結合され
ることを特徴とする請求項３記載の鏡装置。
【請求項５】前記鏡本体（１６）は半球形状を有し、
ステータブロック（１２）内に形成された半球形の軸受
シェル（１４）内に受容され、前記空気軸受は該鏡本体
の半球形表面と該軸受シェルとの間に設けられることを
特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の鏡
装置。
【請求項６】前記ステータブロック（１２）は内側周
囲端部が該鏡本体（１６）の平面（２２）上に突出した
リング（２８）により覆われ、他の空気軸受（１８，３
０）が該鏡本体（１６）の平面（２２）とそれに対向し
た該リング（２８）の表面との間に形成されることを特
徴とする請求項５記載の鏡装置。
【請求項７】前記リング（２８）には、該空気軸受に
供給される空気を前記軸受シェル（１４）を包囲する凹
部（２６）に導入するために空気フィルタ（３８）が設
けられていることを特徴とする請求項６記載の鏡装置。