JP4488862B2 - Optical deflector, optical scanning device, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ装置またはこれらの複合機の光書き込み装置に用いられる光偏向器、この光偏向器を用いた光走査装置および画像形成装置に関する。 The present invention relates to an optical deflector used in an optical writing device of an electrophotographic copying machine, a printer, a facsimile machine, or a composite machine of these, an optical scanning device using the optical deflector, and an image forming apparatus.
デジタル複写機またはレーザプリンタ等のレーザ書き込み装置を用いた電子写真方式の記録装置は、近年、プリント速度の高速化および画素密度の高密度化にともない、光偏向器には20000回転/分以上の高速回転が要求され、加えて、長寿命、高耐久および低騒音という要求品質を満足するため、回転体の支持部に動圧軸受を用いた光偏向器が実用化されている。 In recent years, an electrophotographic recording apparatus using a laser writing apparatus such as a digital copying machine or a laser printer has been developed to have an optical deflector of 20000 revolutions / minute or more as the printing speed increases and the pixel density increases. In order to satisfy the required quality of long life, high durability and low noise, high-speed rotation is required, and an optical deflector using a dynamic pressure bearing as a support portion of the rotating body has been put into practical use.
このような光偏向器として、セラミック製の固定軸の外側にあって上記固定軸とともに気体動圧軸受を構成する高速回転体に、偏向反射面となる回転多面鏡を一体に形成したものが知られている。そして、ラジアル方向に一定の厚さを有するセラミックスリーブと、その外周に焼き嵌めにより固着した金属製の外周筒部材とにより高速回転体を構成したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。上記外周筒部材の熱膨張係数はセラミックスリーブの熱膨張係数より大きい。この光偏向器において、セラミックスリーブは外周筒部材を焼き嵌め固着した後にその内径を所定のつづみ形状に加工する。そして、高速回転体の使用回転数により作用するラジアル方向の遠心応力および摩擦による熱膨張により緩和する焼き嵌め圧縮応力に応じて、セラミック製固定軸とセラミックスリーブとの隙間が一様になるように上前記セラミックスリーブ内径のつづみ形状を決めている。 As such an optical deflector, a rotating polygon mirror as a deflection reflecting surface is integrally formed on a high-speed rotating body outside the ceramic fixed shaft and constituting a gas dynamic pressure bearing together with the fixed shaft. It has been. And what comprised the high-speed rotary body with the ceramic sleeve which has fixed thickness in a radial direction, and the metal outer periphery cylinder member fixed to the outer periphery by shrink fitting is known (for example, refer patent document 1). ). The thermal expansion coefficient of the outer peripheral cylindrical member is larger than the thermal expansion coefficient of the ceramic sleeve. In this optical deflector, after the ceramic sleeve is shrink-fitted and fixed, the inner diameter of the ceramic sleeve is processed into a predetermined shape. The gap between the ceramic fixed shaft and the ceramic sleeve is made uniform according to the radial centrifugal stress acting on the rotational speed of the high-speed rotating body and the shrinkage compression stress relieved by thermal expansion due to friction. The stitch shape of the inner diameter of the ceramic sleeve is determined.
しかしながら、この従来例においては、鏡面加工したポリゴンミラー(回転多面鏡)を焼き嵌めすると、焼き嵌め時の圧縮応力により反射面が歪んで平面度が悪化し、高精度な反射面を維持することができない。その結果、良好な画像出力が得られないという問題がある。 However, in this conventional example, when a mirror-finished polygon mirror (rotating polygonal mirror) is shrink-fitted, the reflecting surface is distorted due to the compressive stress at the time of shrink-fitting, the flatness is deteriorated, and a highly accurate reflecting surface is maintained. I can't. As a result, there is a problem that a good image output cannot be obtained.
また、焼き嵌め後にポリゴンミラーの反射面を加工した場合でも、高速回転により回転体の温度が上昇すると、セラミックスリーブの線膨張係数が金属製外周筒部材の線膨張係数より小さいため、焼き嵌めによる圧縮応力が取り除かれ、ポリゴンミラーの偏向反射面が歪んで平面度が悪化し、高精度な反射面を維持できない。その結果、良好な画像出力が得られないという問題がある。 Even when the reflective surface of the polygon mirror is processed after shrink fitting, if the temperature of the rotating body rises due to high-speed rotation, the linear expansion coefficient of the ceramic sleeve is smaller than the linear expansion coefficient of the metal outer cylindrical member. The compressive stress is removed, the deflecting reflecting surface of the polygon mirror is distorted, the flatness is deteriorated, and a highly accurate reflecting surface cannot be maintained. As a result, there is a problem that a good image output cannot be obtained.
上記従来例の他、回転多面鏡の回転体への固定方法は、ねじで固定する方法、板バネを介して固定する方法、圧入、接着等の方法があるが、いずれの方法においても、取り付けによる応力が発生し、反射面へ悪影響を与える。また、2部品の重ね合わせにより構成されるため、ポリゴンミラーの反射面の角度ばらつき(面倒れ)が大きくなる。さらに、重量バランスが変化して回転体のバランスが崩れ、振動が大きくなりやすい。光偏向器が発生する振動は、光偏向器の周辺を振動させ、騒音や画像劣化の原因となる。20000回転/分以上の高速回転では特に騒音レベルが高くなりやすい。 In addition to the above conventional example, the method of fixing the rotary polygon mirror to the rotating body includes a method of fixing with a screw, a method of fixing through a leaf spring, a method of press-fitting, adhesion, etc. Stress is generated due to the negative effect on the reflective surface. Further, since the two parts are overlapped, the angle variation (surface tilt) of the reflection surface of the polygon mirror increases. Furthermore, the weight balance changes, the balance of the rotating body is lost, and the vibration tends to increase. The vibration generated by the optical deflector vibrates the periphery of the optical deflector and causes noise and image degradation. The noise level tends to be particularly high at a high speed of 20000 rpm.
このような問題を解決するために、本出願人は、以下に説明する光偏向器に関して特許出願した。すなわち、動圧軸受により支持されるセラミック製のスリーブに焼き嵌めまたは圧入される金属製外周部材に、軸方向に突出する筒状突部を形成し、金属製外周部材と熱膨張率が略一致するポリゴンミラーに、その反射面よりも半径方向内側において軸方向に突出するボス状突部を形成し、このボス状突部の外周面を筒状突部の内周面に固定的に嵌合する構成とした。このような構成とすることにより、温度上昇時に、熱膨張率が異なるスリーブと金属製外周部材との嵌合部に歪みが発生しても、ポリゴンミラーの反射面に作用する歪みの影響を無視できる程度に小さくし、光ビームの偏向機能を高精度に維持するようにしたものである。 In order to solve such a problem, the present applicant has filed a patent application regarding the optical deflector described below. That is, a cylindrical protrusion protruding in the axial direction is formed on a metal outer member that is shrink-fitted or press-fitted into a ceramic sleeve supported by a hydrodynamic bearing, and the coefficient of thermal expansion is substantially the same as that of the metal outer member. A boss-like protrusion that protrudes in the axial direction on the inner side in the radial direction of the reflecting surface is formed on the polygon mirror to be fixed, and the outer peripheral surface of the boss-like protrusion is fixedly fitted to the inner peripheral surface of the cylindrical protrusion. It was set as the structure to do. By adopting such a configuration, even when distortion occurs in the fitting portion between the sleeve having a different coefficient of thermal expansion and the metal outer peripheral member when the temperature rises, the influence of the distortion acting on the reflection surface of the polygon mirror is ignored. It is made as small as possible, and the light beam deflection function is maintained with high accuracy.
しかし、上記従来例においては、ポリゴンミラーに、軸方向に突出するボス状突部を設け、金属製外周部材の軸方向に突出する筒状突部に固定しているため、回転体の重心がポリゴンミラー側に偏り、回転体のバランス修正によって、回転体の不釣り合いを充分に小さくすることができず、不釣り合い振動が大きかった。また、多面鏡に設けた鏡面加工用基準面でポリゴンミラーを固定し、反射面の鏡面加工をしていたため、動圧軸受の回転中心軸に対する反射面の角度ばらつきが大きかった。 However, in the above conventional example, the polygon mirror is provided with a boss-like protrusion protruding in the axial direction and fixed to the cylindrical protrusion protruding in the axial direction of the metal outer peripheral member. Due to the bias toward the polygon mirror and the balance of the rotating body was corrected, the unbalance of the rotating body could not be made sufficiently small, and the unbalanced vibration was large. In addition, since the polygon mirror was fixed on the mirror finishing reference surface provided on the polygon mirror and the reflecting surface was mirror finished, the angle variation of the reflecting surface with respect to the rotation center axis of the hydrodynamic bearing was large.
本発明の目的は、高精度な偏向反射面を維持し、偏向反射面の角度ばらつき(面倒れ)が小さく、良好な画像出力を得ることができ、かつ、回転体の重心を動圧軸受の中間近傍に配置できる構成とすることで、高精度な回転体のバランス修正を可能とし、振動が小さく低騒音の光偏向器を提供することにある。
本発明の目的はまた、本発明にかかる光偏向器を用いることにより、高精度で低振動・低騒音の光走査装置を提供し、高画質、低騒音の画像形成装置を提供することにある。
An object of the present invention is to maintain a highly accurate deflecting / reflecting surface, to have a small angle variation (surface tilt) of the deflecting / reflecting surface, to obtain a favorable image output, and to obtain the center of gravity of the rotating body of the hydrodynamic bearing. It is an object of the present invention to provide an optical deflector that can adjust the balance of a rotating body with high accuracy and has low vibration and low noise by adopting a configuration that can be arranged near the middle.
Another object of the present invention is to provide a high-precision, low-vibration, low-noise optical scanning device by using the optical deflector according to the present invention, and to provide a high-quality, low-noise image forming apparatus. .
本発明の各請求項記載の発明に対応したより具体的な目的は以下のとおりである。
ポリゴンミラーをフランジに圧入したものにおいて、フランジとポリゴンミラーの間に弾性部材を介在させることにより、ポリゴンミラーをフランジに圧入するときに、ポリゴンミラーが弾性的に固定されて、温度変化や振動衝撃によるポリゴンミラーのずれがなく、したがって、フランジとの接触状態の経時的変化が小さく、ポリゴンミラーの偏向反射面精度の経時的変化が小さい光偏向器を提供する。さらに、フランジとポリゴンミラーそれぞれの接触面の凹凸が影響してポリゴンミラーの偏向反射面の精度を低下させることがないようにした高速回転用の光偏向器を提供する。
More specific objects corresponding to the inventions described in the claims of the present invention are as follows.
When a polygon mirror is press-fitted into a flange, an elastic member is interposed between the flange and the polygon mirror, so that when the polygon mirror is press-fitted into the flange, the polygon mirror is elastically fixed, causing temperature changes and vibration shocks. Accordingly, there is provided an optical deflector in which there is no displacement of the polygon mirror due to the above, and therefore the change with time of the contact state with the flange is small, and the change with time of the deflection reflection surface accuracy of the polygon mirror is small. Furthermore, there is provided an optical deflector for high-speed rotation in which the unevenness of the contact surfaces of the flange and the polygon mirror does not affect the accuracy of the deflection reflection surface of the polygon mirror.
ポリゴンミラー加工時の加工油や洗浄時の洗浄液の進入に対してシール性を高めた光偏向器を提供する。
組立後、回転体を回転させたときに、遠心力による弾性部材の変形がないようにし、もって、高精度に修正された回転体のバランスが崩れることがない光偏向器を提供する。
弾性部材の加工が容易で低コストの光偏向器を提供する。
ポリゴンミラーをフランジに圧入するときの過剰な応力を変形により吸収することができるリング状スペーサを備えた光偏向器を提供する。
Provided is an optical deflector with improved sealing performance against entry of processing oil during polygon mirror processing and cleaning liquid during cleaning.
Provided is an optical deflector that prevents the elastic member from being deformed by centrifugal force when the rotating body is rotated after the assembly, and thus the balance of the rotating body corrected with high accuracy is not lost.
Provided is a low-cost optical deflector that is easy to process an elastic member.
An optical deflector including a ring-shaped spacer capable of absorbing excessive stress when a polygon mirror is press-fitted into a flange by deformation is provided.
リング状スペーサが、温度変化によりポリゴンミラーまたはフランジに対してずれることがなく、高精度に修正された回転体のバランスが崩れることがない光偏向器を提供する。
ポリゴンミラーをフランジに圧入するときに、ポリゴンミラーが弾性的に固定されて、温度変化や振動衝撃によるミラーのずれがなく、したがって、フランジとの接触状態の経時的変化が小さく、ミラー反射面精度の経時的変化が小さい光偏向器を提供すること、さらに、フランジとポリゴンミラーそれぞれの接触面の凹凸が影響してミラー反射面の精度を低下させることがないようにした高速回転用の光偏向器を、特別な部品を追加することなく得られようにする。
ポリゴンミラーをフランジに圧入するときの過剰な応力を吸収することができる光偏向器を提供する。
Provided is an optical deflector in which a ring-shaped spacer is not displaced with respect to a polygon mirror or a flange due to a temperature change, and a balance of a rotating body corrected with high accuracy is not lost.
When the polygon mirror is press-fitted into the flange, the polygon mirror is elastically fixed so that there is no displacement of the mirror due to temperature change or vibration shock, so the change in contact state with the flange over time is small, and the mirror reflection surface accuracy Optical deflector for high-speed rotation that prevents the accuracy of the mirror reflecting surface from being affected by the unevenness of the contact surfaces of the flange and the polygon mirror. The container can be obtained without adding special parts.
An optical deflector capable of absorbing excessive stress when a polygon mirror is press-fitted into a flange is provided.
光偏向器の振動に起因する騒音が小さく、光偏向器の反射面が高精度に維持され、走査ビーム形状が一定で安定した光走査装置を提供する。
光偏向器の振動に起因する騒音が小さく、光偏向器の反射面が高精度に維持され、走査ビーム形状が一定で安定したマルチビーム光走査装置を提供する。
Provided is an optical scanning device in which noise caused by vibration of the optical deflector is small, the reflecting surface of the optical deflector is maintained with high accuracy, and the scanning beam shape is constant and stable.
Provided is a multi-beam optical scanning device in which noise caused by vibration of the optical deflector is small, the reflecting surface of the optical deflector is maintained with high accuracy, and the scanning beam shape is constant and stable.
光偏向器の振動に起因する騒音が小さく、光走査装置の走査ビームが一定で安定し、高品質の画像を得ることができる画像形成装置を提供する。 Provided is an image forming apparatus in which noise caused by vibration of an optical deflector is small, a scanning beam of an optical scanning device is constant and stable, and a high-quality image can be obtained.
請求項1記載の発明は、ポリゴンミラーを有する回転体が動圧軸受により支持されモータにより回転駆動される光偏向器において、上記回転体は、動圧軸受面が形成されたスリーブと、このスリーブに固定されたフランジと、このフランジに圧入結合されたポリゴンミラーと、駆動用永久磁石を具備し、ポリゴンミラーは、内部がくり抜かれてカップ状に形成されるとともに、ポリゴンミラーに形成された反射面の一部または全部が上記スリーブに形成された動圧軸受面と回転軸方向の位置で重ねられて上記フランジに結合され、上記フランジとポリゴンミラーの間に弾性部材が介在していることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical deflector in which a rotating body having a polygon mirror is supported by a hydrodynamic bearing and is driven to rotate by a motor. The rotating body includes a sleeve having a hydrodynamic bearing surface and the sleeve. A flange fixed to the flange, a polygon mirror press-fitted to the flange, and a permanent magnet for driving. The polygon mirror is hollowed to form a cup shape and a reflection formed on the polygon mirror. Part or all of the surface is overlapped with the hydrodynamic bearing surface formed on the sleeve at a position in the rotational axis direction and coupled to the flange, and an elastic member is interposed between the flange and the polygon mirror. Features.
上記弾性部材は、請求項2記載の発明のようにOリングで構成し、あるいは請求項4記載の発明のようにリング状スペーサで構成することができる。
弾性部材をOリングで構成する場合、請求項3記載の発明のように、フランジまたはポリゴンミラーにOリングの外周を保持する円周溝を設けるとよい。
弾性部材をリング状スペーサで構成する場合、請求項5記載の発明のように、リング状スペーサは内径と外径の中間部を薄肉に形成するとよい。また、請求項6記載の発明のように、上記リング状スペーサの線膨張係数をポリゴンミラーまたはフランジの線膨張係数と略同じにするとよい。
The elastic member can be constituted by an O-ring as in the invention described in claim 2, or can be constituted by a ring-shaped spacer as in the invention described in claim 4.
When the elastic member is formed of an O-ring, a circumferential groove for holding the outer periphery of the O-ring may be provided on the flange or the polygon mirror as in the third aspect of the invention.
When the elastic member is composed of a ring-shaped spacer, the ring-shaped spacer is preferably formed with a thin intermediate portion between the inner diameter and the outer diameter. Further, as in the invention described in
請求項7記載の発明は、半導体レーザからの光ビームを、光偏向器を含む光学系を介し被走査面へ導いて光ビームスポットを形成し、記光偏向器により偏向させることにより、被走査面を光ビームスポットで走査する光走査装置において、上記光偏向器が請求項1〜6のいずれかに記載の光偏向器であることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, a light beam from a semiconductor laser is guided to a surface to be scanned through an optical system including a light deflector to form a light beam spot and deflected by the light deflector. An optical scanning apparatus for scanning a surface with a light beam spot, wherein the optical deflector is the optical deflector according to any one of
請求項8記載の発明は、複数の光ビームを放射する半導体レーザを有し、この半導体レーザからの複数の光ビームを、光偏向器を含む光学系を介し被走査面へ導いて複数の光ビームスポットを形成し、光偏向器により偏向させることにより、被走査面を上記複数の光ビームスポットで隣接走査する光走査装置において、上記光偏向器が請求項1〜6のいずれかに記載の光偏向器であることを特徴とする。
The invention according to
請求項9記載の発明は、感光媒体の感光面に光走査装置により光走査を行って潜像を形成し、この潜像を可視化して画像を得る画像形成装置であって、感光媒体の感光面の光走査を行う光走査装置として、請求項7または8に記載の光走査装置を用いたことを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus in which a latent image is formed on a photosensitive surface of a photosensitive medium by optical scanning with an optical scanning device, and the latent image is visualized to obtain an image. The optical scanning device according to
請求項1記載の発明によれば、ポリゴンミラーをフランジに圧入するときに、弾性部材によりポリゴンミラーがフランジに弾性的に固定され、温度変化や振動衝撃によるミラーのずれがなく、したがって、フランジとの接触状態の経時的変化が小さく、ポリゴンミラーの偏向反射面精度の経時的変化が小さい。さらに、フランジとポリゴンミラー相互の接触面の凹凸によってポリゴンミラーの偏向反射面の精度を低下させることがなく、高速回転に耐える光偏向器を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the polygon mirror is press-fitted into the flange, the polygon mirror is elastically fixed to the flange by the elastic member, and there is no deviation of the mirror due to temperature change or vibration shock. The change in the contact state with time is small, and the change with time in the accuracy of the deflecting reflection surface of the polygon mirror is small. Furthermore, it is possible to provide an optical deflector that can withstand high-speed rotation without degrading the accuracy of the deflecting / reflecting surface of the polygon mirror due to the unevenness of the contact surface between the flange and the polygon mirror.
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、ミラー加工時の加工油や洗浄時の洗浄液の進入に対してシール性を高めた、光偏向器を提供することができる。
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の発明において、組立後、回転体を回転させたときに遠心力によるOリングの変形がなく、高精度に修正された回転体のバランスが崩れることにない光偏向器を提供することができる。
According to the invention described in claim 2, in the invention described in
According to the invention of claim 3, in the invention of claim 2, there is no deformation of the O-ring due to centrifugal force when the rotating body is rotated after assembly, and the balance of the rotating body corrected with high accuracy is achieved. An optical deflector that does not collapse can be provided.
請求項4記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、弾性部材の加工が容易で低コストの光偏向器を提供することができる。
請求項5記載の発明によれば、請求項4記載の発明において、ポリゴンミラーをフランジに圧入するときの過剰な応力を、変形により吸収することができるリング状スペーサを備えた光偏向器を提供することができる。
請求項6記載の発明によれば、請求項4記載の発明において、リング状スペーサが、温度変化によりポリゴンミラーまたはフランジに対してずれることがなく、高精度に修正された回転体のバランスが崩れることがない光偏向器を提供することができる。
According to the invention described in claim 4, in the invention described in
According to the invention described in claim 5, in the invention described in claim 4, an optical deflector provided with a ring-shaped spacer capable of absorbing excessive stress when the polygon mirror is press-fitted into the flange by deformation is provided. can do.
According to the invention described in
請求項7記載の発明によれば、光偏向器の振動に起因する騒音が小さく、光偏向器の反射面が高精度に維持され、走査ビーム形状が一定で安定した光走査装置を提供することができる。
請求項8記載の発明によれば、光偏向器の振動に起因する騒音が小さく、光偏向器の反射面が高精度に維持され、走査ビーム形状が一定で安定したマルチビーム光走査装置を提供することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, there is provided an optical scanning device in which noise caused by vibration of the optical deflector is small, the reflection surface of the optical deflector is maintained with high accuracy, and the scanning beam shape is constant and stable. Can do.
According to the eighth aspect of the present invention, there is provided a multi-beam optical scanning device in which the noise caused by the vibration of the optical deflector is small, the reflecting surface of the optical deflector is maintained with high accuracy, and the scanning beam shape is constant and stable. can do.
請求項9記載の発明によれば、光偏向器の振動に起因する騒音が小さく、光走査装置の走査ビームが一定で安定し、高画質な画像形成装置を提供することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to provide a high-quality image forming apparatus in which noise caused by the vibration of the optical deflector is small, the scanning beam of the optical scanning device is constant and stable.
以下、図面を参照しながら、本発明にかかる光偏向器、光走査装置および画像形成装置の実施例について説明する。 Embodiments of an optical deflector, an optical scanning device, and an image forming apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1、図2、図3、図4、図5を参照しながら、動圧空気軸受を用いた光偏向器の実施例1を説明する。動圧空気軸受は、潤滑流体として、空気以外の気体を用いることもできる。図1ないし図5において、フランジ付き有底円筒を伏せた形のカバーケース21の、上記フランジに相当する部分の下面は、精度よく仕上げられて光学ハウジングへの取り付け基準面21aとなっている。カバーケース21の下面側にはハウジング1が固定されている。ハウジング1は円板に近い形で、その上面中央には円筒状の軸受取り付け部1bが一体に形成され、軸受取り付け部1bの内周側には動圧軸受を構成する円筒状の固定軸2が嵌合等によって固定されている。
A first embodiment of an optical deflector using a dynamic pressure air bearing will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, and 5. The dynamic pressure air bearing can also use a gas other than air as a lubricating fluid. 1 to 5, the lower surface of the portion corresponding to the flange of the cover case 21 in which the bottomed cylinder with flange is turned down is finished with high accuracy to serve as an
円筒形状の固定軸2の表面には、動圧軸受を構成するための斜め方向の複数の溝2aが周方向に並んで形成されている。溝2aは固定軸2にその中心軸線方向に所定の距離を置いて2箇所に、そして、この2箇所の溝2aは傾き方向を互いに逆向きにして形成されている。固定軸2の外周側には、円筒状のスリーブ16が、固定軸2の外周面とスリーブ16の内周面との間に微小な軸受けすきまを置いて嵌められている。スリーブ16は、その外周側に一体となるように嵌められたフランジ17、このフランジ17の上部外周側に一体となるように嵌められたポリゴンミラー18などとともに回転体3を構成している。回転体3が回転を開始すると、上記2箇所の溝2aによって、スリーブ16と固定軸2の間に形成された軸受すきまの空気圧力が高められ、固定軸2に対して回転体3が非接触でラジアル方向(半径方向)に支持される。
On the surface of the cylindrical fixed shaft 2, a plurality of oblique grooves 2a for forming a hydrodynamic bearing are formed side by side in the circumferential direction. The groove 2a is formed in two places with a predetermined distance from the fixed shaft 2 in the direction of the central axis thereof, and the two grooves 2a are formed with the inclination directions opposite to each other. A
固定軸2の内側には吸引型磁気軸受の固定部5が固定されている。吸引型磁気軸受の固定部5は、扁平な皿状のキャップ6とリング状のストッパ7が固定軸2の内筒部に圧入固定されることで、軸方向に挟まれて固定されている。キャップ6の中央部には空気が通過するときの粘性抵抗を利用して上下振動を減衰させるためのφ0.2〜φ0.5mm程度の微細穴が形成されている。キャップ6とストッパ7の素材としては、ともに非磁性材料であるステンレス鋼板などが用いられる。
A fixed portion 5 of an attraction type magnetic bearing is fixed inside the fixed shaft 2. The fixed portion 5 of the attractive magnetic bearing is fixed by being sandwiched in the axial direction by press-fitting and fixing a flat dish-shaped
吸引型磁気軸受の固定部5は回転軸方向に2極に着磁されたリング状永久磁石8と、このリング状永久磁石8の内径よりも小さい中心円が形成された強磁性材料からなる第1の固定ヨーク板9と、同様に、上記リング状永久磁石8の内径よりも小さい中心円が形成された強磁性材料からなる第2の固定ヨーク板10とからなる。第1の固定ヨーク板9と第2の固定ヨーク板10はリング状永久磁石8を軸方向に挟み、第1の固定ヨーク板9の中心円および、第2の固定ヨーク板10の中心円が回転中心軸に対して同軸になるように配置されて、固定軸2内に固定されている。リング状永久磁石8の材質としては、希土類系の永久磁石を用いるとよいが、他の種類の磁石を用いてもよい。固定ヨーク板9,10の素材としては鉄鋼系の板材を用いる。
The fixed portion 5 of the attraction type magnetic bearing is made of a ferromagnetic material in which a ring-shaped
ハウジング1の上面には、中央部に前記軸受取り付け部1bを逃げる孔が形成されたプリント基板11が配置され、ネジ止め等によって固定されている。ハウジング1の軸受取り付け部1bの外周側には、プリント基板11の上方においてステータ12が嵌合され、固定されている。ハウジング1はその材料としてアルミ合金のような導電材料が用いられるため、ロータマグネット14の回転による交番磁界の影響で、ハウジング1に渦電流が流れる。この渦電流によってモータの損失が大きくなることがないように、プリント基板11は鉄基板で構成すると良い。プリント基板11には巻線コイル12aへの通電切換を行うための位置検出素子であるホール素子13が実装されている。
On the upper surface of the
モータ部は、上記回転体3に取り付けられたロータマグネット14、巻線コイル12a、この巻線コイル12aが巻かれたステータ12、巻線コイル12aが接続されるプリント基板11、プリント基板11に実装されたホール素子13等で構成される。ステータ12は、渦電流が流れて鉄損が大きくならないように、ケイ素鋼板を積層したものが用いられる。回転体3は、スリーブ16、このスリーブ16の外側に固定されたフランジ17、フランジ17に固定されたポリゴンミラー18、ポリゴンミラー18に固定された磁気軸受の回転部19、フランジ17に固定されたロータマグネット14、フランジ17とポリゴンミラー18の間に配置されたOリング24で構成されている。スリーブ16はセラミックスで、フランジ17はアルミニウム合金で構成され、スリーブ16とフランジ17は焼き嵌めにより固定されている。
The motor unit is mounted on the
フランジ17は、モータのロータハウジングに相当するもので、フランジ17の下側に固定されたモータ用のロータマグネット14は接着または圧入によりフランジ17に固着されている。ロータマグネット14は周方向に分割した永久磁石を用いることもできるが、接着または圧入が容易にできるようにリング状に形成され、周方向にN極とS極が交互に着磁されている。ロータマグネット14の素材として、線膨張係数がフランジ17と略同じプラスチックマグネットを用いて、圧入によりフランジ17に固定すれば、温度変化による回転体3の不釣り合い振動の変化を小さくすることができるので、高速回転用モータとしてより好適である。
The
図3に詳細に示すように、フランジ17の上端には、外径方向に全周にわたり僅かに突出させることにより段差が形成され、この段差が設けられた部分は圧入内径部17aとなっている。ポリゴンミラー18の上部の天井部は内方に陥没した形に形成されて上記フランジ17の圧入内径部17aが嵌る円筒面が形成され、この円筒面には全周にわたり外周方向にわずかに突出してなる圧入外径部18aが形成されている。この圧入外径部18aはフランジ17の圧入内径部17aに圧入により固定されている。ポリゴンミラー18の圧入外径部18aの直径は、フランジ17の圧入内径部17aの直径よりわずかに大きな直径に形成されている。フランジ17とポリゴンミラー18は共にアルミニウム合金で構成されるが、合金の種類が異なり、線膨張係数が数%以下の差ながら異なる材質となっている。ポリゴンミラー18は高い反射率のミラー面を形成するために、アルミニウムの含有率が高い純アルミ系の合金が用いられ、材質の線膨張係数は約24.6×10−6/℃である。一方、フランジ17は構造材のアルミニウム合金が用いられ、材質の線膨張係数は約23.8×10−6/℃で、ポリゴンミラー18よりも約3%線膨張係数が小さい。
As shown in detail in FIG. 3, a step is formed at the upper end of the
図12において、上記圧入内径部17a、圧入外径部18aの直径φD2は、動圧軸受の直径φD1より大きくなっている。フランジ17にはスリーブ16の動圧軸受面16aと直交する方向に鏡面加工用基準面17bが形成されている。鏡面加工用基準面17bはポリゴンミラー18側とは反対側の下側の面にあり、鏡面加工用基準面17bとは反対側の面である上面側にミラー当接面17cが形成されている。フランジ17にはミラー当接面17cより少し上側に、圧入用案内部17dが、フランジ17の外周面がわずかに張り出した形で形成されている。フランジ17の外周面側には、上記圧入用案内部17dを除いて、ポリゴンミラー18の内径と接触しないように空隙部17eが形成されている。
In FIG. 12, the diameter φD2 of the press-fit
ポリゴンミラー18の外周側には、軸方向に2段の偏向反射面18c,18dが一体で形成されている。ポリゴンミラー18は、内部が略カップ状にくりぬかれるとともに、スリーブ16に形成された動圧軸受面16a(図2参照)と、ポリゴンミラー18に形成された偏向反射面18c、18dの一部が回転軸方向の位置で重なり、スリーブ16に固定されている。ポリゴンミラー18の天井部中央には吸引型磁気軸受の回転部19が圧入により固定され、上記回転部19の大部分はポリゴンミラー18内に位置している。吸引型磁気軸受の回転部19には、図1に示すように、第1の固定ヨーク板9の中心円および、第2の固定ヨーク板10の中心円との間に磁気ギャップを構成する外筒面が形成され、その外筒面が回転中心軸と同軸になるように配置されている。吸引型磁気軸受の回転部19の素材としては、永久磁石または鉄鋼系の強磁性材料が用いられる。
On the outer peripheral side of the
略カップ状にくりぬかれたポリゴンミラー18の下端は開放されていて、この開放端面が、フランジ17の段状に形成された部分の上面と対向している。このポリゴンミラー18の下端部内周には、フランジ17の上記圧入用案内部17dと対向する内向きの突条からなる圧入用案内部18eが全周にわたって形成されている。フランジ17にポリゴンミラー18を圧入するとき、フランジ17とポリゴンミラー18の圧入用案内部18eが微少すきまで嵌合される構成となっている。ポリゴンミラー18の下端とフランジ17の間には、弾性部材であるOリング24が配置されている。ポリゴンミラー18の下端にはOリング24が収納される溝が1周して形成され、Oリング24の外周がポリゴンミラー18の上記溝の内周と密着して保持されている。
The lower end of the
前記回転体3は、高速で回転駆動されるため、図2に示すように、回転体3の上下2ヶ所の修正面18b,14aでバランス修正が行われている。回転体の重心3aは動圧軸受の軸方向中間近傍に配置されているため、高精度な回転体のバランス修正が可能で、不釣り合い振動を非常に小さいレベルにすることができる。
Since the rotator 3 is rotationally driven at a high speed, as shown in FIG. 2, the balance is corrected by the correction surfaces 18 b and 14 a at two upper and lower portions of the rotator 3. Since the center of
前記プリント基板11には、モータ巻線12aやホール素子13を所定箇所に電気的に接続するための配線パターンが形成されていて、駆動回路20により、ホール素子13の位置検出信号にしたがって、順次モータ巻線12aへの通電を切り替えて回転体3を回転させて定速制御するように構成されている。
A wiring pattern for electrically connecting the motor winding 12a and the
ポリゴンミラー18の前記偏向反射面18c、18dは、以下の方法で、超精密切削加工により、一体で形成される。
第1の工程では、スリーブ16とフランジ17が焼き嵌めによって固定される。
第2の工程では、動圧軸受面16aとなるスリーブ16の内径が高精度に仕上げられる。
第3の工程では、フランジ17にポリゴンミラー18の偏向反射面18c、18dを形成する際に用いる鏡面加工用基準面17bが形成される。図4に示すように、スリーブ16の内径に加工用治具(テーパー棒)22が貫通されてスリーブ16が固定される。加工用刃物23で切削されて、スリーブ16の内径中心軸すなわち動圧軸受の中心軸と高精度に直交する鏡面加工用基準面17bがフランジ17に形成される。
第4の工程では、フランジ17にポリゴンミラー18が圧入される。
The deflecting / reflecting
In the first step, the
In the second step, the inner diameter of the
In the third step, the mirror-finishing
In the fourth step, the
上記のようにしてフランジ17にポリゴンミラー18が圧入されるとき、微少すきまで嵌合される圧入用案内部17d、18eをガイドにして圧入することで、フランジ17とポリゴンミラー18の軸心がずれないようにしている。フランジ17とポリゴンミラー18の圧入部17a、18aは、微少な段差を乗り越えて圧入され、圧入が完了した状態では、図4に示すように、フランジ17とポリゴンミラー18の圧入部17a、18aに形成された段差が噛み合う状態となっている。また、圧入が完了した状態では、ポリゴンミラー18の下端とフランジ17の間のOリング(24)が軸方向に弾性変形し、フランジ17及びポリゴンミラー18と当接する面が密着し、圧縮された状態で固定されている。
When the
第5の工程では、フランジ17が鏡面加工用基準面17bで固定されて、超精密切削加工により、スリーブ16の内径中心軸に対して一定の角度で高精度な偏向反射面18c、18dが形成される。
In the fifth step, the
以上説明した実施例1においては、回転体3は、動圧軸受面16aが形成されたスリーブ16と、スリーブ16に固定されたフランジ17と、フランジ17に圧入固定されたポリゴンミラー18と、駆動用永久磁石であるロータマグネット14と、フランジ17とポリゴンミラー18の間に配置されたOリング24とから構成され、ポリゴンミラー18は、内部が略カップ状にくりぬかれるとともに、上記スリーブ16に形成された動圧軸受面16aと、ポリゴンミラー18に形成された偏向反射面18c、18dの一部または全部が、回転軸方向の位置で重なり、固定されているので、ポリゴンミラーの偏向反射面18c、18dの温度変化による変形が小さく抑えられ、回転体3の重心3aを動圧軸受の略中央に配置し、回転体3の高精度なバランス修正を可能として、温度変化による回転体の不釣り合い変化も抑えられ、振動の小さい光偏向器を得ることができる。
In the first embodiment described above, the rotating body 3 includes the
フランジ17に上記スリーブ16の動圧軸受面16aと直交する鏡面加工用基準面17bが形成されているので、反射面の角度ばらつきが小さく、光走査の走査位置精度を高めることができる。
鏡面加工用基準面17bは、ミラー当接面17cを境界として、ポリゴンミラー18の反対側に形成されている。したがって、動圧軸受の回転中心軸に対する直角度精度が高い上記鏡面加工用基準面17bを、スリーブ16とフランジ17とポリゴンミラー18を一体化した状態で回転体3の外側に表出させることができ、偏向反射面18c、18dの鏡面加工時に上記鏡面加工用基準面17bを使用することにより、精度の良い鏡面加工を行うができる。
Since the
The mirror-finishing
フランジ17とポリゴンミラー18の圧入固定部は、フランジ17に形成された圧入内径部17aとポリゴンミラー18に形成された圧入外径部18aが圧入固定されることによって構成されているので、フランジ17とポリゴンミラー18の圧入固定による応力が偏向反射面18c、18dに伝達され難く、偏向反射面の変形が小さく抑えられている。上記圧入嵌合部は動圧軸受の直径より大きな直径としているので、動圧軸受の回転中心軸に対する直角度精度が高い鏡面加工用基準面を形成することができる。
The press-fitting and fixing portion between the
駆動用永久磁石であるロータマグネット14がフランジ17に固定されているので、ロータマグネット14の固定による偏向反射面18c、18dの変形が小さく抑えられている。スリーブ16はセラミックス製としているので、動圧軸受面の耐摩耗性が高く、長寿命とすることができる。スリーブ16とフランジ17は焼き嵌めにより固定されているので、線膨張係数が異なるスリーブ16とフランジ17の締結が温度変化で緩むことなく強固に固定され、振動変化が小さく抑えられている。ポリゴンミラー18に磁気軸受の回転部19が固定されているので、偏向反射面の高さ位置のばらつきが小さく、偏向反射面の位置精度が高い。ポリゴンミラー18に形成された偏向反射面18c、18dは軸方向に複数段にわたり形成されているので、複数の光源からの複数の光ビームを走査することができる。ポリゴンミラー18に形成された偏向反射面18c、18dは、スリーブ16及びフランジ17とポリゴンミラー18を一体化後、鏡面加工により形成されるので、スリーブ16の動圧軸受面16aの中心軸(回転中心軸)対する角度が一定で、高精度な偏向反射面を形成することができる。
Since the
フランジ17及びポリゴンミラー18に圧入用案内部17d、18eが形成されているので、フランジ17にポリゴンミラー18を圧入するときに中心軸がずれて、初期不釣り合いが大きくなることがない。圧入用案内部17d、18eは、フランジ17に形成された案内用外径部17dと、ポリゴンミラー18に形成された案内用内径部18eが微少すきまで嵌合される構成なので、フランジ及びポリゴンミラー18の圧入用案内部17d、18eを容易に形成することができる。フランジ17にポリゴンミラー18が圧入固定されたときにフランジ17の案内用外径部17dは、ポリゴンミラーの案内用内径部18eよりも圧入開始側に配置されているので、圧入後、フランジ及びポリゴンミラーの圧入用案内部17d、18eが接触する部分を小さくして、偏向反射面18c、18dの変形を小さく抑えることができる。
Since the press-fitting
フランジ17とポリゴンミラー18の圧入部17a、18aに抜け防止部を設けているので、フランジ17とポリゴンミラー18に軸方向の弾性力が働いて密着した状態を保ちつつ、フランジ17とポリゴンミラー18の圧入部が抜けることがない。抜け防止部は、フランジの圧入内径部17a及びミラーの圧入外径部18aにそれぞれ設けた微少な段差で構成されるので、抜け防止部を容易に形成できる。
Since the press-fitting
フランジ17とポリゴンミラー18の間に、少なくとも偏向反射面18c、18dと回転軸方向の位置で重なる空隙部17eを設けているので、フランジ外径とポリゴンミラー内径の接触の影響により、温度変化によりポリゴンミラーの偏向反射面18c、18dが変形することがない。
A
ポリゴンミラー18の下端とフランジ17の間のOリング24が軸方向に弾性変形した状態でポリゴンミラー18とフランジ17が固定されているので、ポリゴンミラー18が弾性的に固定され、温度変化や振動衝撃によるポリゴンミラー18のずれがなく、したがって、フランジ17との接触状態の経時的変化が小さく、偏向反射面18c、18dの精度の経時的変化が小さい。さらに、弾性部材であるOリング24をフランジ17とポリゴンミラー18の間に介在させているので、フランジ17とポリゴンミラー18の接触面の凹凸の影響によりミラー反射面の精度が低下することがない。
Since the
また、Oリング24のフランジ17及びポリゴンミラー18と当接する面が密着した状態で固定されているので、ミラー加工時の加工油や洗浄時の洗浄液の進入に対してシール性を高めることが可能な光偏向器を提供することができる。Oリング24の外周がポリゴンミラー18の溝の内周と密着して保持されているので、組立後、回転体を回転させたときに遠心力によりOリングが変形し、高精度に修正された回転体のバランスが崩れることがない。
Further, since the surfaces of the O-
図6、図7を参照しながら動圧空気軸受を用いた実施例2にかかる光偏向器の構成、動作を説明する。実施例1とは回転体の構成のみ異なるため、回転体の構成のみを説明し、実施例1と同等の部分には同符合を付し説明を省略する。回転体3はスリーブ16と、スリーブ16の外側に固定されたフランジ17、フランジ17に固定されたポリゴンミラー18、ポリゴンミラー18に固定された磁気軸受の回転部19、フランジ17に固定されたロータマグネット14、フランジ17とポリゴンミラー18の間に配置された弾性部材であるリング状スペーサ25で構成されている。弾性部材であるリング状スペーサ25は、これを変形した状態でフランジ17とポリゴンミラー18が固定されるので、その材質としてはヤング率がポリゴンミラー18の材質のヤング率より小さい材質が適している。
The configuration and operation of the optical deflector according to the second embodiment using the dynamic pressure air bearing will be described with reference to FIGS. Since only the configuration of the rotating body is different from that of the first embodiment, only the configuration of the rotating body will be described, and the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. The rotating body 3 includes a
図7に示す例では、リング状スペーサ26は内径と外径の中間部が薄肉に形成されている。より具体的には、図6に示す例におけるリング状スペーサ25は横断面形状が長方形であるのに対し、図7に示す例におけるリング状スペーサ26は、上面側が外周縁部を残して切除され、下面側が内周縁部を残して切除されることにより、内径と外径の中間部が薄肉に形成されている。リング状スペーサ26は、外周縁部上面がポリゴンミラー18の底面に当接し、内周縁部下面がフランジ17の水平方向の段部上面に当接している。リング状スペーサ26をこのように構成することにより、ポリゴンミラー18の材質のヤング率と同等以上の材質を用いることもできる。
In the example shown in FIG. 7, the ring-shaped
ポリゴンミラー18の偏向反射面18c、18dは以下の方法で、超精密切削加工により、一体で形成される。
第1の工程では、スリーブ16とフランジ17が焼き嵌めにより固定される。
第2の工程では、動圧軸受面16aとなるスリーブ16の内径が切削加工等により高精度に仕上げられる。
第3の工程では、フランジ17にポリゴンミラー18の偏向反射面18c、18dを形成する際に用いる鏡面加工用基準面17bが形成される。図4に示すように、スリーブ16の内径に加工用治具(テーパー棒22が貫通されてスリーブ16が固定される。加工用刃物23で切削されることにより、スリーブ16の内径中心軸(動圧軸受の中心軸)と高精度に直交する鏡面加工用基準面17bがフランジ17に形成される。
The deflecting and reflecting
In the first step, the
In the second step, the inner diameter of the
In the third step, the mirror-finishing
第4の工程では、フランジ17にポリゴンミラー18が圧入される。このとき、微少すきまで嵌合される圧入用案内部17d、18eをガイドにして圧入することで、フランジ17とポリゴンミラー18の軸心がずれないようにしている。フランジ17とポリゴンミラー18の圧入部17a、18aは、微少な段差を乗り越えて圧入され、圧入が完了した状態では、図4に示すように、フランジ17とポリゴンミラー18の圧入部17a、18aに形成された段差が噛み合う状態となっている。また、圧入が完了した状態では、ポリゴンミラー18の下端とフランジ17の間のリング状スペーサ25または26が軸方向に弾性変形し、フランジ17およびポリゴンミラー18に当接する面が密着し、圧縮された状態でフランジ17とポリゴンミラー18が固定されている。
第5の工程では、フランジ17が鏡面加工用基準面17bを基準にして位置決めされ、超精密切削加工により、スリーブ16の内径中心軸に対して一定の角度で高精度な偏向反射面18c、18dが形成される。
In the fourth step, the
In the fifth step, the
実施例2にかかる光偏向器によれば、弾性部材をリング状スペーサとしているので、加工が容易で低コストである。また、図7に示す例におけるリング状スペーサ26のように、内径と外径の中間部を薄肉に形成すれば、フランジ17とポリゴンミラー18の圧入時の過剰な応力を塑性変形により吸収することができる。図7に示す例におけるリング状スペーサ26の線膨張係数をポリゴンミラー18またはフランジ17の線膨張係数と略同じとすれば、リング状スペーサ26が、温度変化によりポリゴンミラー18またはフランジ17に対してずれることがなく、高精度に修正された回転体のバランスが崩れることがない。
According to the optical deflector according to the second embodiment, since the elastic member is a ring spacer, the processing is easy and the cost is low. Further, if the intermediate portion between the inner diameter and the outer diameter is formed thin like the ring-shaped
図8を参照しながら、動圧空気軸受を用いた実施例3にかかる光偏向器の構成、動作を説明する。実施例1とは回転体の構成のみ異なるため、回転体の構成のみ説明し、実施例1と同等の部分には同符合を付し説明を省略する。図8において、回転体3はスリーブ16と、スリーブ16の外側に固定されたフランジ17、フランジ17に固定されたポリゴンミラー18、ポリゴンミラー18に固定された磁気軸受の回転部19、フランジ17に固定されたロータマグネット14で構成されている。
With reference to FIG. 8, the configuration and operation of the optical deflector according to the third embodiment using a dynamic pressure air bearing will be described. Since only the configuration of the rotating body is different from the first embodiment, only the configuration of the rotating body will be described, and the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In FIG. 8, the rotating body 3 includes a
フランジ17には、ポリゴンミラー18の下端と接触する部分に、フランジの外周とミラー搭載面をつなぐ薄肉の連結部17fが形成され、この薄肉の連結部17fが弾性変形部を構成している。ポリゴンミラー18の偏向反射面18c、18dは以下の方法で、超精密切削加工により、一体で形成される。
第1の工程では、スリーブ16とフランジ17が焼き嵌め固定される。
第2の工程では、動圧軸受面16aとなるスリーブ16の内径が高精度に仕上げられる。
第3の工程では、フランジ17にポリゴンミラー18の偏向反射面18c、18dを形成する際に用いる鏡面加工用基準面17bが形成される。図4に示すように、スリーブ16の内径に加工用治具(テーパー棒)22が貫通されてスリーブ16が固定される。加工用刃物23で切削されて、スリーブ16の内径中心軸(動圧軸受の中心軸)と高精度に直交する鏡面加工用基準面17bがフランジ17に形成される。
The
In the first step, the
In the second step, the inner diameter of the
In the third step, the mirror-finishing
第4の工程では、フランジ17にポリゴンミラー18が圧入される。このとき、微少すきまで嵌合される圧入用案内部17d、18eをガイドにして圧入することで、フランジ17とポリゴンミラー18の軸心がずれないようにしている。フランジ17とポリゴンミラー18の圧入部17a、18aは、微少な段差を乗り越えて圧入され、圧入が完了した状態では、図4に示すように、フランジ17とポリゴンミラー18の圧入部17a、18aに形成された段差が噛み合う状態となっている。また、圧入が完了した状態では、ポリゴンミラー18の下端とフランジ17に形成された連結部17fが軸方向に弾性変形した状態で固定されている。
第5の工程では、フランジ17が鏡面加工用基準面17bを基準にして位置決めされ、超精密切削加工により、スリーブ16の内径中心軸に対して一定の角度で高精度な偏向反射面18c、18dが形成される。
In the fourth step, the
In the fifth step, the
実施例3にかかる光偏向器によれば、フランジ17に弾性変形部である連結部17fを形成しているので、ポリゴンミラー18とフランジ17を圧入するときに、ポリゴンミラー18が弾性的に固定され、温度変化や振動衝撃によるポリゴンミラーのずれがない。したがって、フランジ17との接触状態の経時的変化が小さく、ポリゴンミラー18の偏向反射面精度の経時的変化が小さい。さらに、フランジ17とポリゴンミラー18、それぞれの接触面の凹凸が影響して偏向反射面18c、18dの精度を低下させることがない。上記効果が特別な部品を追加することなく得られる。また、連結部17fが一部塑性変形することで、圧入時の過剰な応力を変形により吸収することができる。
According to the optical deflector according to the third embodiment, since the connecting portion 17f, which is an elastically deforming portion, is formed on the
図9に、本発明にかかる光偏向器を備えた光走査装置の実施例の要部を示す。この実施例にかかる光走査装置は、シングルビーム方式の装置である。図9に示す光走査装置は、光源101、カップリングレンズ102、アパーチャ103、シリンドリカルレンズ104、ポリゴンミラー105、走査光学系を構成するレンズ106,107、ミラー108、感光体109、ミラー110、レンズ111及び受光素子112を有する。
FIG. 9 shows a main part of an embodiment of an optical scanning device provided with the optical deflector according to the present invention. The optical scanning device according to this embodiment is a single beam type device. 9 includes a
光源101は、光走査のための光を放射する半導体レーザ素子である。カップリングレンズ102は、光源101が放射した光を後続の光学系に適応させるためのレンズである。アパーチャ103は、光走査のためのビーム光を所定の形状にする。シリンドリカルレンズ104は、入射されたビーム光を副走査方向に集光する。ポリゴンミラー105は光偏向器であり、前述の実施例におけるポリゴンミラー18に相当し、モータで回転駆動されることによって、入射した光を偏向反射面において反射する。レンズ106,107は、ビーム光を被走査面としての感光体109上に結像させるためのレンズである。ミラー108は、ビーム光の光路を折り曲げ、感光体109に導く。感光体109は、照射されたビーム光に応じて静電潜像を形成する。ミラー110及びレンズ111は、ビーム光を受光素子112に集光する。受光素子112は、フォトダイオードなどの光検出素子である。
The
半導体レーザ素子である光源101が放射するビームは発散性の光束であり、カップリングレンズ102によって以後の光学系にカップリングされる。カップリングされたビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じたものであり、弱い発散性の光束や弱い集束性の光束であっても良いし、平行光束でも良い。カップリングレンズ102を通過したビームは、アパーチャ103の開口部を通過する際、光束周辺部の光強度の小さい部分が遮断されて「ビーム整形」され、「線形結像光学系」であるシリンドリカルレンズ104に入射する。シリンドリカルレンズ104は、略かまぼこ型を呈しており、パワーのない方向(光を屈折させない方向)を主走査方向に向け、副走査方向には正のパワー(光を集束させるパワー)を持ち、入射してくるビームを副走査方向に集束させ、「光偏向器」であるポリゴンミラー105の偏向反射面近傍に集光させる。
A beam emitted from the
ポリゴンミラー105の偏向反射面によって反射されたビームは、ポリゴンミラー105の等速回転に伴い、等角速度的に偏向しつつ、「走査光学系」をなす2枚のレンズ106,107を透過し、折り曲げミラー8によって光路を折り曲げられ、「被走査面」の実体をなす光導電性の感光体109上に光スポットとして集光し、被走査面を走査する。なお、ビームは走査に先立ってミラー110に入射し、レンズ111によって受光素子112に集光される。感光体109に対する書き込みのタイミングは、受光素子112の出力に基づいて、図示されない制御手段が決定する。
The beam reflected by the deflecting and reflecting surface of the
このように、本発明にかかる光偏向器は、シングルビーム方式の光走査装置に適用可能である。本発明にかかる光偏向器を適用したシングルビーム方式の光走査装置は、光偏向器の振動に起因する騒音が小さく、光偏向器であるポリゴンミラー105の偏向反射面が高精度に維持されるため、走査ビーム形状が一定となり、安定した光走査を行うことができる。
Thus, the optical deflector according to the present invention is applicable to a single beam type optical scanning device. The single beam type optical scanning device to which the optical deflector according to the present invention is applied has low noise caused by the vibration of the optical deflector, and the deflection reflection surface of the
図10に、本発明にかかる光偏向器を備えた光走査装置の別の実施例の要部を示す。この光走査装置は、マルチビーム方式の装置である。なお、図9に示す実施例と同じ構成部分および部材については、同一の符号を付して示す。図10において、光源101Aは半導体レーザアレイであって、四つの発光源ch1〜ch4を等間隔で一列に配置したものである。本実施例では、発光源ch1〜ch4を副走査方向に配置しているが、半導体レーザアレイ101Aを傾け、発光源の配列方向が主走査方向に対して傾くようにしても良い。
FIG. 10 shows a main part of another embodiment of the optical scanning device including the optical deflector according to the present invention. This optical scanning device is a multi-beam type device. In addition, about the same component and member as the Example shown in FIG. 9, it attaches | subjects and shows the same code | symbol. In FIG. 10, a
四つの発光源ch1〜ch4から発せられた4本のビームは、図に示すように「楕円形のファーフィールドパタン」の長軸方向が主走査方向に向いた発散性の光束であるが、4本のビーム共通のカップリングレンズ102によって、以後の光学系にカップリングされる。カップリングされた各ビームの形態は、以後の光学系の光学特性に応じたものであり、弱い発散性の光束や弱い収束性の光束であっても良いし、平行光束でも良い。カップリングレンズを透過した4本のビームは、アパーチャ3によって「ビーム整形」され、「共通の線結像光学系」であるシリンドリカルレンズ104の作用によって、それぞれ副走査方向に収束される。副走査方向に収束した4本のビームは、「光偏向器」であるポリゴンミラー105の偏向反射面近傍に、それぞれが主走査方向に長い線像として、互いに副走査方向に分離して結像する。ポリゴンミラー105は前記光偏向器の各実施例におけるポリゴンミラー18に相当する。
The four beams emitted from the four light emission sources ch1 to ch4 are divergent light beams whose major axis direction of the “elliptical far field pattern” is directed to the main scanning direction as shown in FIG. It is coupled to the subsequent optical system by a
ポリゴンミラー105の偏向反射面によって等角速度的偏向された4本のビームは、「走査光学系」をなす2枚のレンズ106,107を透過し、折り曲げミラー108によって光路を折り曲げられる。光路を折り曲げられた4本のビームは、「被走査面」の実体をなす感光体109上に、副走査方向に分離した四つの光スポットとして集光し、被走査面の四本の走査線を同時に走査する。ビームの一つは、光走査に先立って、ミラー110に入射し、レンズ111によって受光素子112に集光される。4本のビームによる感光体109に対する書き込みのタイミングは、受光素子112の出力に基づいて図示されない制御手段が決定する。
The four beams deflected at a constant angular velocity by the deflecting / reflecting surface of the
なお、本実施例における「走査光学系」は、光偏向器(ポリゴンミラー105)によって同時に偏向される4本のビームを、感光体109の被走査面上に四つの光スポットとして集光させる光学系であって、2枚のレンズ106,107により構成される。
The “scanning optical system” in this embodiment is an optical system that condenses the four beams simultaneously deflected by the optical deflector (polygon mirror 105) as four light spots on the surface to be scanned of the
このように、本発明にかかる光偏向装置は、マルチビーム方式の光走査装置に適用可能である。本発明による光偏向器を適用したマルチビーム方式の光走査装置は、光偏向器の振動に起因する騒音が小さく、光偏向器を構成するポリゴンミラー105の偏向反射面が高精度に維持されるため、走査ビーム形状が一定となり、安定した光走査を行うことができる。
As described above, the optical deflection apparatus according to the present invention can be applied to a multi-beam optical scanning apparatus. The multi-beam type optical scanning apparatus to which the optical deflector according to the present invention is applied has low noise due to the vibration of the optical deflector, and the deflection reflection surface of the
図11に、本発明による光偏向装置を備えた画像形成装置の実施例として、タンデム型フルカラーレーザプリンタの構成を示す。図11において、装置内の下部側には水平方向に配設されて給紙カセット201から給紙される転写紙(図示せず)を搬送する搬送ベルト202が設けられている。搬送ベルト202上には、イエロー(Y)用の感光体203Y、マゼンタ(M)用の感光体203M、シアン(C)用の感光体203C及びブラック(K)用の感光体203Kが、転写紙搬送方向の上流側から上記の順に等間隔で配設されている。なお、以下、符号に添え字Y,M,C,Kを適宜付して各色を区別するものとする。
FIG. 11 shows a configuration of a tandem full-color laser printer as an embodiment of an image forming apparatus provided with the light deflecting device according to the present invention. In FIG. 11, a conveying
これらの感光体203Y、203M、203C及び203Kは、全て同一径に形成されたもので、その周囲には、電子写真プロセスに従いプロセス部材が順に配設されている。感光体203Yを例に採れば、帯電チャージャ204Y、光走査装置205Y、現像装置206Y、転写チャージャ207Y、クリーニング装置208Y等が、感光体203Yの回転方向にこの順に配設されている。これは、他の感光体203M、203C及び203Kに関しても同様である。すなわち、本実施例においては、感光体203Y、203M、203C及び203Kの各表面を、色ごとに設定した被照射面とするものであり、各感光体に対して光走査装置205Y、205M、205C、205Kが1対1の対応関係で設けられている。
These
また、搬送ベルト202の周囲には、感光体205Yよりも転写紙搬送方向上流側に位置させてレジストローラ209とベルト帯電チャージャ210とが設けられ、感光体205Kよりも下流側に位置させてベルト分離チャージャ211、除電チャージャ212、クリーニング装置213等が順に設けられている。また、ベルト分離チャージャ211よりも搬送方向下流側には定着装置214が設けられ、排紙ローラ216を介して排紙トレイ215と結ばれている。
In addition, a
上記構成において、例えば、フルカラーモード(複数色モード)時であれば、各感光体203Y、203M、203C及び203Kに対して、Y,M,C,K用の各色の画像信号に基づき、各々の光走査装置205Y、205M、205C及び205Kによる光ビームの光走査によって静電潜像を形成する。これらの静電潜像は、各々対応する色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト202上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に順次転写されることで重ねあわされる。各色のトナー像が重ね合わされた転写紙は、定着装置214によってフルカラー画像として転写紙に定着され、画像が定着した転写紙は排紙ローラ216によって排紙トレイ215に排出される。
In the above configuration, for example, in the full color mode (multiple color mode), each of the photoconductors 203Y, 203M, 203C, and 203K is based on the image signals of each color for Y, M, C, and K. An electrostatic latent image is formed by optical scanning of a light beam by the
また、黒色モード(単色モード)時であれば、感光体203Y、203M、203C及びこれらのプロセス部材は、非作動状態とされ、感光体203Kに対してのみ、黒色用の画像信号に基づいて光走査装置(一の光走査装置)205Kによる光ビームの光走査によって静電潜像を形成する。この静電潜像は、黒色トナーで現像されてトナー像となり、搬送ベルト202上に静電的に吸着されて搬送される転写紙上に転写される。転写紙上に転写されたトナー像は、定着装置214によってモノクロ画像として転写紙に定着され、画像が定着した転写紙は、排紙ローラ216によって排紙トレイ215に排出される。
In the black mode (monochrome mode), the
このように、本発明にかかる光偏向装置は、タンデム型フルカラーレーザプリンタに適用可能である。本発明にかかる光偏向器を適用したタンデム型フルカラーレーザプリンタは、軸方向に2段のミラーが形成された一つの光偏向器300が光走査装置205Y、205M、205C及び205Kにおいて共用され、光偏向器の振動に起因する騒音が小さく、光偏向器300の反射面が高精度に維持されるため、走査ビーム形状が一定となり、安定した光走査を行うことができる。
Thus, the light deflection apparatus according to the present invention can be applied to a tandem full-color laser printer. In the tandem full-color laser printer to which the optical deflector according to the present invention is applied, one
なお、以上説明した各実施例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ものではなく、様々な変形が可能である。 Each embodiment described above is an example of a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this, and various modifications are possible.
3 回転体
14 駆動用永久磁石
16 スリーブ
16a 動圧軸受面
17 フランジ
18 ポリゴンミラー
18c 偏向反射面
18d 偏向反射面
25 弾性部材であるOリング
26 弾性部材
17f 弾性変形部である連結部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3
Claims (9)
上記回転体は、動圧軸受面が形成されたスリーブと、このスリーブに固定されたフランジと、このフランジに圧入結合されたポリゴンミラーと、駆動用永久磁石を具備し、
上記ポリゴンミラーは、内部がくり抜かれてカップ状に形成されるとともに、上記ポリゴンミラーに形成された反射面の一部または全部が上記スリーブに形成された動圧軸受面と回転軸方向の位置で重ねられて上記フランジに結合され、
上記フランジと上記ポリゴンミラーの間に弾性部材が介在していることを特徴とする光偏向器。 In an optical deflector in which a rotating body having a polygon mirror is supported by a hydrodynamic bearing and driven to rotate by a motor,
The rotating body includes a sleeve having a hydrodynamic bearing surface, a flange fixed to the sleeve, a polygon mirror press-fitted to the flange, and a driving permanent magnet.
The polygon mirror is hollowed out and formed into a cup shape, and a part or all of the reflective surface formed on the polygon mirror is located at a position in the rotational axis direction with respect to the hydrodynamic bearing surface formed on the sleeve. Superimposed and joined to the flange,
An optical deflector characterized in that an elastic member is interposed between the flange and the polygon mirror.
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