JP4753494B2 - 回転多面鏡 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は回転多面鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
回転多面鏡(以下、ポリゴンミラーと称す。)は、従来から、例えば特開平5−11204号公報のようなレーザープリンタやPOSシステムに広く使われてきたが、最近では特開平10−187062号公報や特開平11−64789号公報、特開平9−90402号公報のようにレーザ光あるいは照明光の偏向装置として投射型表示装置への適用も進められている。
【0003】
こうした従来のポリゴンミラーでは、ほとんどは比較的に軽量で熱膨張率の低いアルミニウム等の金属材料を、切削により多面体に形成し、外周表面に鏡面仕上げを施してミラー面を形成したものが用いられている。
【0004】
しかし、このようなアルミニウム製のポリゴンミラーを用いる場合、外周表面に機械加工を施す作業に手間がかかるので生産性が悪く、コストダウンの障害となっていた。
【0005】
また、ミラー面の高さが通常よりも高い場合や、ミラー面において受ける光のエネルギが比較的に大きい場合には、厚肉大径になってしまい、どうしても重量が増加してしまっていた。したがって、ポリゴンミラーを回転させるために大きなトルクが必要となり、その結果、モータも大型なものが必要となるので、機器全体が大型化し、重量がさらに増加していた。
【0006】
こうした背景から、最近では、特開平7−98403号公報や特開平8−20075号公報、特開平5−19200号公報に示すように、ポリゴンミラーに用いる素材の樹脂化により、軽量で低コストのポリゴンミラーを実現しようという試みもなされつつある。
【0007】
また、軽量化をさらに促進するために、ミラー面すなわち受光面の厚みが10mm程度以上(通常の受光面の厚みは5mm程度)である厚肉ポリゴンミラーの形状を、特公平7−119898号公報に示すように、上面を有底とした中空多角柱形状、すなわち軸方向断面L字形状とする構成も提案されている。
【0008】
軽量化とコストダウンを目的として、こうした厚肉大径ポリゴンミラーを樹脂化する際の課題を以下に示す。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
軽量化とコストダウンのためにポリゴンミラーの材質をアルミニウムから樹脂に変更した場合には、以下のような問題が発生していた。
(課題1:光照射による熱変形)
アルミニウム製のポリゴンミラーの熱膨張率は0.2×10-4〔1/℃〕程度であるのに対し、樹脂製(ABS製)のポリゴンミラーでは1.0×10-4〜6.0×10-4〔1/℃〕と、アルミニウム製のものに比べて数十倍も高い熱膨張率である。また、比較的に熱膨張率の低い、例えばポリプラスチックス社製ベクトラA130(以下、ベクトラと称す。)製やPPS製のものでも、0.3×10-4〜0.6×10-4〔1/℃〕とアルミニウム製のものに比べて数倍の熱膨張率である。
【0010】
また、アルミニウム製のポリゴンミラーの熱伝導率は180〜230〔W/m・K〕であるのに対し、樹脂製のポリゴンミラーの熱伝導率は0.1〜0.3〔W/m・K〕程度とアルミニウム製のものに比べて1/1000程度も低い。
【0011】
このため、ミラー面に光が照射された場合に、樹脂製のポリゴンミラーでは、アルミニウム製のものに比べて、照射された光による熱がポリゴンミラーの全体に拡散しにくく、この熱が受光面すなわちミラー面に蓄積するので、受光面の急激な温度上昇を引き起こし、アルミニウム製のものに比べて10倍以上の大きな熱変形が発生する恐れがある。
【0012】
その結果、アルミニウム製のポリゴンミラーと比べると、ミラー面精度が大きく劣化し、所定の位置に光を反射することが困難になる恐れがある。以下、従来のポリゴンミラーの構造において、ポリゴンミラーの動作中におけるミラー面の変形状態を図13及び図14を用いて説明する。
【0013】
図13に示すものは、二十四角柱状で中実かつ厚肉に形成された樹脂製のポリゴンミラー1の軸方向の断面図(回転対称であるため、回転軸2より右半分の形状のみを図示する)であり、仮想線に示す1aはポリゴンミラーの作動前の未変形状態の形状を示している。実線に示す1bは、作動中のポリゴンミラー1の変形状態を、有限要素法での数値計算により算出した値を図示したものである。図中のθ〔°〕は、未変形状態のミラー面4aの位置に対して、作動中のポリゴンミラー1におけるミラー面4bがどの程度傾斜しているのかを示すミラー面傾斜角である。
【0014】
図14は、ポリゴンミラー1の材質を、アルミニウム製、ABS製及びベクトラ製として、各材質に対して、ミラー面4bへの照射熱量〔W/24面〕とミラー面傾斜角θ〔°〕との関係をプロットしたものである。
【0015】
回転による遠心力が作用しているポリゴンミラー1に、光の照射による熱影響が加わることによって、ポリゴンミラー1は微妙に膨張及び軟化し、特に、図13の実線1bにおけるミラー面4bの中央部が、未変形状態のミラー面4aの中央部よりも径方向外側に膨らむ。このとき、ポリゴンミラー1の材質がABS製であれば、図14に示すように、アルミニウム製のポリゴンミラーに比べてミラー面傾斜角θ〔°〕が10倍以上にもなる。
【0016】
また、図15は上面を有底とした中空状、すなわち軸方向断面L字形状のポリゴンミラー1(特公平7−119898号公報に相当)の静止状態における軸方向の断面形状を示しており、図16は図15に示すポリゴンミラー1の作動中におけるミラー面4bの傾斜角A1〔°〕及びA2〔°〕を示している(回転対称であるため、回転軸2より左半分の形状のみを図示する)。図16において、A1〔°〕は、ポリゴンミラー1の外周エッジの水平度合いを示すミラー面傾斜角であり、A2〔°〕は、ミラー面4bの、静止状態のミラー面4aに対する径方向外側への広がりを示すミラー面傾斜角である。A2〔°〕は、支持部4cに対するミラー面4bの広がり(静止状態では直角)に、A1〔°〕の値を加えた値である。
【0017】
さらに、図17はポリゴンミラー1の材質を、アルミニウム製、ABS製及びベクトラ製として、各材質において、作動中のミラー面4bの照射熱量〔W/24面〕とミラー面温度〔℃〕との関係を、有限要素法での数値計算により算出した結果をプロットしたものである。また、前記の各材質において、ミラー面4bへの照射熱量〔W/24面〕とミラー面傾斜角A1〔°〕(図16に図示)の変化量との関係を有限要素法により数値計算した結果を図18に示し、ミラー面4bへの照射熱量〔W/24面〕とミラー面傾斜角A2〔°〕(図16に図示)の変化量との関係を有限要素法により数値計算した結果を図19に示す。
【0018】
樹脂製(ABS製またはベクトラ製)のポリゴンミラー1は、アルミニウム製のものに比べて熱伝導率が低いことから、ミラー面4bにて受けた熱をポリゴンミラー1の全体に拡散しにくく、この熱がミラー面4bにおいて蓄積されやすい。このため、作動中の樹脂製のポリゴンミラー1におけるミラー面4bの温度は、図17に示すように、アルミニウム製のものに比べて3〜4倍も高くなる。
【0019】
このように、樹脂製のポリゴンミラー1は、アルミニウム製のポリゴンミラー1よりも光の照射による熱影響を受けて膨張及び軟化する。
このとき、図16に示すように、ポリゴンミラー1の上面は固定端であるので、支持部4cの外周部は盛り上がり、ミラー面傾斜角A1〔°〕は、図18に示すように、アルミニウム製のものに比べて数十倍も傾斜する。さらに、ポリゴンミラー1の下面は自由端であるので、鏡面体4が径方向外側に広がり、ミラー面傾斜角A2〔°〕は、図19に示すように、アルミニウム製のものに比べて数十倍も傾斜する。
【0020】
レーザープリンタのようにレーザ光が照射される場合には、単一波長であること及び照射エネルギが数mWと小さいので、比較的、鏡面体4の熱変形は小さいことが予測される。しかし、投射型映像表示装置等で、ランプの照明光を集光させて鏡面体4に照射する場合には、数Wのエネルギが直径10mm程度のスポット径に照射されるので、樹脂製ポリゴンミラー1の熱変形を抑制する対策が必須となってくる。
(課題2:遠心力による変形)
さらに、樹脂製のポリゴンミラー1は、アルミニウム製のものに比べて剛性が極めて低いことから、回転中に作用する遠心力により鏡面体4にひずみが発生しやすくなるという問題も発生する。
【0021】
特に、ポリゴンミラー1を特公平7−119898号公報に示すような上面を有底とする中空多角形状とすることにより、軽量化には有効であるが、鏡面体4の上端部のみが支持部4cに支持されていることから、作用する遠心力により、鏡面体4の下端部が径方向外側に広がりやすくなり、図16に示すミラー面傾斜角A2〔°〕が大きくなってしまう。
(課題3:光照射中にポリゴンミラーが停止した場合のミラーの軟化等)
アルミニウム製のポリゴンミラーの場合には、光の照射中に何らかの原因(例えばモータの回転停止やポリゴンミラーの回転軸接合部の接合状態の劣化等)でポリゴンミラーの回転が遅くなることや停止することがあっても、ポリゴンミラー自体が軟化し塑性変形することはない。しかし、樹脂製ポリゴンミラーの場合には、アルミニウム製のものに比べて熱伝導率が小さいことから、ミラー面に熱が蓄積し、ミラー面の温度が上昇する。
【0022】
ミラー面の温度が上昇すると、樹脂製のポリゴンミラーの軟化温度が通常100℃程度(高くても250℃程度)と低いことから、短時間に軟化、塑性変形する恐れがある。
【0023】
図20(a)及び図20(b)には、雰囲気温度25〔℃〕中でアルミニウム製(図20(a)に図示)及び樹脂製(図20(b)に図示)のポリゴンミラー1の回転が停止した場合において、ミラー面4bにおける受光部5に0.05W程度の光が照射し続けたときの同一時間の経過時でのポリゴンミラー1の温度分布を有限要素法にて数値計算した結果を示す。
【0024】
図20(a)に示すように、アルミニウム製のポリゴンミラー1であれば、熱伝導率が高いので、照射熱は受光面5において蓄積せずにポリゴンミラー1の全体にわたって拡散される。また、これによりポリゴンミラー1全体の温度と周囲の空間6の温度との差が大きくなるので、照射熱は周囲の空間6にも放散されやすくなる。したがって受光部5の温度も37〔℃〕前後におさまっている。
【0025】
しかし、図20(b)に示すように、樹脂製のポリゴンミラー1は熱伝導率が低いので、受光部5に光が照射され続けた場合に、照射熱はポリゴンミラー1の全体にわたって拡散されにくい。さらに、照射熱がポリゴンミラー1の全体にわたって拡散されにくいと、ポリゴンミラー1全体の温度と周囲の空間6の温度との差が大きくならないので、照射熱は、アルミニウム製のものと比べて周囲の空間6に放散されにくくなる。
【0026】
このように、照射熱がポリゴンミラー1の全体にわたって拡散されずに、受光部5付近において蓄積することにより、この付近のポリゴンミラー1の温度が局部的に上昇し、特に、受光部5の温度は350〔℃〕前後にまで上昇してしまい、こうした状況では軟化溶融する恐れがあるので保護手段が必須である。
【0027】
このような問題の予防策としては、モータあるいはポリゴンミラー1の回転速度を感知し、回転速度の低下時に光源への電力を遮断する回路を設けることが考えられる。しかし、そのためにはポリゴンミラー1の回転速度を検出するセンサ等の装置を設ける必要があり、コストダウン及び機器の小型化に対する障害となる。
【0028】
そこで本発明はこのような課題を解決して、樹脂製のポリゴンミラーであっても、機械的変形及び熱変形を最小限に抑制することを目的とし、また、光を照射中にたとえポリゴンミラーの回転が停止しても、ポリゴンミラーが軟化溶融しないようにすることを目的とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1記載の発明は、回転多面体にて形成されている樹脂製の回転多面鏡であって、上面が有底で下面が開口するとともに、内部に中空部を有する柱状の基体部と、前記基体部の下面側外周面の下端から径方向外側に向けて形成されている支持部と、前記支持部に対して垂直に形成され、かつ軸方向における中央部が前記支持部にて支持され、かつ外周面に多面体状の反射面を有する反射体とを備えることを特徴とするものである。
【0030】
このような構成によれば、反射体は、その軸方向における中央部が支持部によって支持されているので、従来の上面を有底とした中空状、すなわち軸方向断面L字形状の回転多面鏡に比べて、反射体が回転多面鏡の外表面側の周囲の空気層と接する面積が広くなる。これにより、反射面において受けた照射熱が、反射体から周囲の空気層などに放散されやすくなる。したがって、反射面の温度上昇を抑えることができ、反射面が熱を受けることによって生じる変形を小さくすることができる。また、反射体は上述のように軸方向中央部が支持部によって支持されているので、従来の上面を有底とした中空状、すなわち軸方向断面L字形状の回転多面鏡に比べて、反射体が遠心力を受けることによって生じる機械的変形を小さくすることができる。以上のことから、反射体が支持部に対して傾斜する角度をきわめて小さく抑えることができる。また、回転多面鏡が中空部を有するので全体として軽量になる。
【0053】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態1〜実施の形態7を図1〜図12を用いて説明する。
【0054】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1を示すポリゴンミラー7の軸方向の断面図であり、図2は図1に示すポリゴンミラー7の斜視図である。
【0055】
図1及び図2に示すように、ポリゴンミラー7は、上面が有底で下面が開口するとともに、内部に中空部7aを有する柱状の基体部7bと、基体部7bの下面側外周面の下端から径方向外側に向けて広がっている支持部7cと、支持部7cに対して垂直に、かつ一体に形成されている反射体としての鏡面体8とからなる。鏡面体8は、その軸方向における中央部を支持部7cによって支持されており、鏡面体8の外周面には、光を反射可能な反射面としてのミラー面8aが形成されている。また、図1に示すように、基体部7bは、その上面の中心部において回転軸2を介してモータ9と連結されて回転可能に構成されている。なお、照射される光はミラー面8aの全域に及んでいる。
【0056】
また、図3は、ポリゴンミラー7の材質をアルミニウム製、ABS製、ベクトラ製及びPPS製とし、各材質において、ポリゴンミラーの形状を、図13に示したポリゴンミラー1のような中実状、図15に示した従来の技術におけるポリゴンミラー1のような中空状、図1に示す本発明の実施の形態1におけるポリゴンミラー7のような中空状の3種類に分け、各ポリゴンミラーを同一条件で作動させたときの各ミラー面の径方向外側への広がりであるミラー面傾斜角を、有限要素法により数値計算した結果を示したものである。なお、ミラー面傾斜角は、図13に示したポリゴンミラー1のような中実状であればθ〔°〕、その他の形状であればA2〔°〕(図16参照)で示す。
【0057】
ポリゴンミラーの形状を、図1及び図2に示すような、本発明における実施の形態1のポリゴンミラー7の形状とすることで、鏡面体8は、その軸方向における中央部において支持部7cに支持されているので、鏡面体8の表面積すなわち鏡面体8がポリゴンミラー7の外表面側の周囲の空気層10と接する面積が、図15に示す従来の上面を有底とした中空状、すなわち軸方向断面L字形状のポリゴンミラー1に比べて、鏡面体8の内面8bの分だけ広くなる。このように、本発明における実施の形態1のポリゴンミラー7の形状において、鏡面体8におけるポリゴンミラー7の外表面側の表面積が内面8bの分だけ広くなったことにより、ミラー面8aにおいて受けた照射熱が、鏡面体8の内面8bから周囲の空気層10に放散されやすくなる。このため、図3に示すように、同一材質であっても、その他の形状のものに比べて、ミラー面8aの温度上昇を抑えることができる。したがって、ポリゴンミラー7の熱変形、すなわちミラー面8aの傾斜を抑えることができる。
【0058】
また、図15に示し、前述したような、特に樹脂で形成されているポリゴンミラー1のミラー面傾斜角A2〔°〕(図16参照)は、ポリゴンミラー1の外周エッジの水平度合いを示すミラー面傾斜角A1〔°〕(図16参照)と、支持部4cとミラー面4とのなす角(静止状態では直角)の総和となるので大きくなる。
【0059】
しかし、本発明の実施の形態1におけるポリゴンミラー7の形状では、鏡面体8の中央部が支持部7cによって支持されていることから、鏡面体8における下端部が、支持部7cに対してポリゴンミラー1における径方向外側へ変形する量を小さくすることができるので、図16に示したようなミラー面傾斜角A1〔°〕を小さくすることができ、結果的にミラー面傾斜角A2〔°〕を小さく抑えることができる。
【0060】
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2におけるポリゴンミラー7の軸方向の断面図である。このポリゴンミラー7の本体部7dは樹脂製であり、その形状は実施の形態1におけるポリゴンミラー7と同様である。しかし、実施の形態2におけるポリゴンミラー7における本体部7dの上面には、基体部7bから鏡面体8にかけて、鏡面体補強部材11としてのアルミニウム等の金属板が接着されている。この点においてのみ実施の形態1におけるポリゴンミラー7の構成とは異なっている。
【0061】
上記のようにポリゴンミラー7を構成することにより、アルミニウム等の金属部材が樹脂に比べて熱膨張率が低く、かつ高弾性率であることから、樹脂製であるポリゴンミラー7が照射熱や遠心力を受けてもその変形を抑制することができ、基体部7b及び鏡面体8の変形をより小さく抑えることが可能である。
【0062】
さらに、金属製の鏡面体補強部材11を設けることにより、鏡面体8に蓄積されつつある照射熱を、鏡面体補強部材11を経由して基体部7b及びポリゴンミラー7の周囲の空気層10に放散させることができる。したがって、鏡面体8における照射熱の蓄積を緩和させることができ、鏡面体8の温度上昇を緩和させることができるので、基体部7b及び鏡面体8の照射熱による変形をさらに小さく抑えることが可能である。
【0063】
なお、鏡面体補強部材11の材質としては、コストと重量の観点に加え、熱伝導率が高いということからアルミニウム製のものが適切である。
(実施の形態3)
図5は、本発明の実施の形態3におけるポリゴンミラー7の軸方向の断面図である。実施の形態3におけるポリゴンミラー7が実施の形態2のものと異なるのは、アルミニウム等の金属板にて形成された鏡面体補強部材11が基体部7bに接着されておらず、基体部7bを覆うように鏡面体8にのみ接着されている点である。この点においてのみ実施の形態2におけるポリゴンミラー7の構成とは異なっており、その他の構成は同様である。
【0064】
実施の形態2では、ポリゴンミラー7の静止状態において、ポリゴンミラー7における本体部7dの上面の位置と鏡面体8の上面の位置とが誤差等によって異なる場合、基体部7b及び鏡面体8に初期応力を与えることなく鏡面体補強部材11を基体部7b及び鏡面体8に接着するためには、鏡面体補強部材11に高い形状精度が必要とされる。
【0065】
しかし、実施の形態3のように、鏡面体補強部材11を基体部7bには接着せずに、基体部7bを覆うように鏡面体8にのみ接着させることにより、ポリゴンミラー7における本体部7dの上面の位置と鏡面体8の上面の位置とが異なる場合においても、基体部7b及び鏡面体8に初期応力を与えることなく容易に鏡面体補強部材11を鏡面体8に接着することができる。
【0066】
(実施の形態4)
図6(a)は、本発明の実施の形態4であるポリゴンミラー7における支持部7cと鏡面体8との接合部12の軸方向の断面図である。
【0067】
図6(a)に示すように、接合部12、すなわち支持部7cと鏡面体8との交わりの角には、周方向に沿って面取り部12bが形成されている。このように接合部12に面取り部12bが形成されることによって、接合部12は、仮想線に示すような、面取り部12bが形成されていない状態の接合部12aよりもやや厚肉に形成される。
【0068】
これにより、接合部12を補強することができるので、支持部7cに対する鏡面体8の直角度が低下しにくくなり、照射熱や遠心力などによるミラー面8aの傾斜を抑制することができる。
【0069】
なお、接合部12の補強手段として、上記のように面取り部12bを形成する他に、接合部12の周方向に沿ってフィレット(図示は省略)を施すこともできる。
【0070】
また、図6(b)に示すように、ポリゴンミラー7の接合部12における周方向に沿った適宜の位置に補強リブ12cを設けることもできる。
このように、接合部12に補強リブ12cを設けることによって、鏡面体8は、照射熱や遠心力を受けても、支持部7cに対して傾斜しにくくなる。したがって、支持部7cに対する鏡面体8の直角度が低下しないので、照射熱や遠心力などによるミラー面8aの傾斜を抑制することができる。
【0071】
さらに、図6(c)に示すように、接合部12に、支持部7c及び鏡面体8を構成する樹脂部材よりも高弾性率で、かつ低熱膨張率である、例えばアルミニウム等の金属製の軸方向断面L字型の環状の接合部補強部材12dを設けることもできる。図示するように、接合部補強部材12dは、接合部12の周方向に沿って、そのL字の一方の脚部12eと支持部7cとが固定され、かつL字の他方の脚部12fと鏡面体8とが固定されて、接合部12に補強を施している。
【0072】
このように、接合部12に接合部補強部材12dを設けることによって、鏡面体8が照射熱や遠心力を受けても、接合部12は、上記のような、樹脂部材よりも剛性が高く、かつ熱膨張をしにくい接合部補強部材12dにより補強が施されているので、鏡面体8が支持部7cに対して傾斜しにくくなる。したがって、支持部7cに対する鏡面体8の直角度は低下しないので、照射熱や遠心力などによるミラー面8aの傾斜をより確実に抑制することができる。
【0073】
(実施の形態5)
図7は、本発明の実施の形態5におけるポリゴンミラー7の軸方向の断面図である。このポリゴンミラー7における本体部7dは樹脂製であり、その形状は、図15に示した従来の技術におけるポリゴンミラー1と同様である。しかし、実施の形態5におけるポリゴンミラー7には、基体部7bの上面、下面及びその他の外表面にアルミニウム製の保護シート13が接着されており、このポリゴンミラー7において、光が照射される側面部分には鏡面仕上げが施されてミラー面8aが形成されている。この点においてのみ図15に示した従来の技術におけるポリゴンミラー1の構成とは異なっており、その他の構成は同様である。また、図8は実施の形態5におけるポリゴンミラー7の平面図である。
【0074】
上記のようにポリゴンミラー7を構成することにより、ミラー面8aが受けた照射熱は、保護シート13における他の部分へ伝熱されてポリゴンミラー7の周囲の空気層10に放散される。したがって、図15に示したようなポリゴンミラー1の形状であって、樹脂部材のみで形成されるものに比べて、ミラー面8aでの熱の蓄積が緩和されるため、熱によって鏡面体8が変形することを抑えることができる。また、保護シート13をポリゴンミラー7の本体部7dにおける外面に装着するだけであるので、図15に示したような従来の技術における、樹脂部材のみで形成されるポリゴンミラー1と同様に、軽量を維持することができる。
【0075】
(実施の形態6)
図9は、本発明の実施の形態6におけるポリゴンミラー7の静止状態の軸方向の断面図であり、図10は、本発明の実施の形態6におけるポリゴンミラー7の作動状態の軸方向の断面図である。
【0076】
図9及び図10におけるポリゴンミラー7の本体部7dは樹脂製であり、その形状は、図9及び図10においては軸方向断面が矩形状のものを示しているが、本体部7dの外周面に多面体状のミラー面が形成されているものであればいずれの形状であってもかなわない。
【0077】
実施の形態6におけるポリゴンミラー7の本体部7dの上端部には、例えばアルミニウム製の薄膜のような、可とう性で、難燃性であり、かつ不透明な保護膜14の一端側14aのみが接着されている。また、図9及び図10において、15に示す矢印は、ミラー面8aに照射される光の進行方向を示している。
【0078】
上記のようにポリゴンミラー7を構成することによって、ポリゴンミラー7の回転速度が通常の回転状態よりも低下しているとき、または停止しているときでは、図9に示すように、保護膜14の他端側14bがミラー面8aの下端部にまで垂れ下がるので、ミラー面8aに向けて照射された光15はミラー面8aに到達する前に、保護膜14の表面で他方向に向けて反射する。したがって、ポリゴンミラー7の回転速度が通常の回転状態よりも低下しているとき、または停止しているときには、ミラー面8aへの光15の照射を遮断することができる。一方、ポリゴンミラー7の通常の回転時には、図10に示すように、自由端である保護膜14の他端側14bは、遠心力によりミラー面8aの上端部とほぼ水平となる位置まで上昇することができるので、照射された光15はミラー面8aに到達することができる。
【0079】
これにより、回転軸2とポリゴンミラー7との接続部に異常が発生し、モータ9が回転しているにもかかわらずポリゴンミラー7が回転していないような状況でも、安価に、かつ確実にミラー面8aへ照射される光15を遮断することができ、樹脂製のポリゴンミラー7を保護することができる。
【0080】
したがって、ポリゴンミラー7の回転速度が通常の状態よりも低下している状態、または停止している状態を検出するためのセンサ等の装置をあらためて設ける必要がなく、機器のコストダウンをはかることができる。
【0081】
(実施の形態7)
図11は、本発明の実施の形態7におけるポリゴンミラー7の静止状態の斜視図であり、図12は、本発明の実施の形態7におけるポリゴンミラー7の作動状態の斜視図である。
【0082】
図11及び図12におけるポリゴンミラー7の本体部7dは樹脂製であり、ポリゴンミラー7には、光遮断装置16が設けられている。
上記の光遮断装置16は、ミラー面8aに対して垂直な方向に、かつポリゴンミラー7の上部に取り付けられている支持棒17と、この支持棒17に回転自在に取り付けられている回転翼18からなる。回転翼18は互いに直交する2つの面部材からなり、第1の面部材である一方の面は、支持棒17に平行かつ回転自在に取り付けられて、ポリゴンミラー7の回転に伴って発生する風19を受けることができる風受面20であり、第2の面部材である他方の面は、風受面20が風19を受けていない時において、光源(図示は省略)に対してミラー面8aを覆うように形成されて光15を遮断することができる光遮断面21である。
【0083】
上記のようにポリゴンミラー7を構成することによって、ポリゴンミラー7の回転速度が通常の回転状態よりも低下しているとき、または停止しているときでは、図11に示すように、回転翼18における光遮断面21が光源(図示は省略)に対してミラー面8aを覆っているので、ミラー面8aに照射される光15を遮断することができる。一方、ポリゴンミラー7の通常の回転時には、図12に示すように、回転翼18における風受面20が、ポリゴンミラー7の回転に伴って発生する風19を受けることによって、支持棒17を中心にミラー面8aの上端部とほぼ水平となる位置まで旋回し、これによって光遮断面21が光15の光路からはずれ、照射されている光15がミラー面8aに到達することができる。
【0084】
これにより、実施の形態6と同様に、例えば光照射中に回転軸2とポリゴンミラー7との接続部に異常が発生し、モータ9が回転しているにもかかわらずポリゴンミラー7が回転していないような状況でも、ミラーの回転速度検出手段を必要とせず、安価に、かつ確実にミラー面8aへ照射される光15を遮断することができ、樹脂製のポリゴンミラー7を保護することができる。
【0085】
したがって、ポリゴンミラー7の回転速度が通常の状態よりも低下している状態、または停止している状態を検出するためのセンサ等の装置をあらためて設ける必要がなく、機器のコストダウンをはかることができる。
【0086】
なお、上記の実施の形態1〜実施の形態7における樹脂製ポリゴンミラーを、レーザープリンタ等の画像形成装置や投射型映像表示装置における偏向装置として用いることにより、機器全体のコストダウンや軽量化を実現することができる。
【0087】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、反射体は、その軸方向における中央部が支持部によって支持されているので、従来の上面を有底とした中空状、すなわち軸方向断面L字形状の回転多面鏡に比べて、反射体が回転多面鏡の外表面側の周囲の空気層と接する面積が広くなる。これにより、反射面において受けた照射熱が、反射体から周囲の空気層などに放散されやすくなる。したがって、反射面の温度上昇を抑えることができ、反射面が熱を受けることによって生じる変形を小さくすることができる。また、反射体は上述のように軸方向中央部が支持部によって支持されているので、従来の上面を有底とした中空状、すなわち軸方向断面L字形状の回転多面鏡に比べて、反射体が遠心力を受けることによって生じる機械的変形を小さくすることができる。以上のことから、反射体が支持部に対して傾斜する角度をきわめて小さく抑えることができる。また、回転多面鏡が中空部を有するので全体として軽量になる。
【0088】
また、中空部を形成することで軽量になっている回転多面鏡を、樹脂製にすることにより、さらに軽量にすることができる。
また、反射体は反射体補強部材によって補強されているので、照射熱や遠心力を受けてもその変形量は小さくなる。したがって、反射面の傾斜をより小さく抑えることが可能である。
【0089】
また、反射体は、照射熱や遠心力を受けても、反射体補強部材が反射体から基体部までに及んで固定されているため、反射体補強部材だけでなく反射体補強部材に連なっている基体部によっても補強されることになる。したがって、反射体の変形量は小さくなるので、反射面の傾斜をより確実に小さく抑えることが可能である。
【0090】
また、反射体補強部材が基体部を覆うようにして反射体のみに固定されていることにより、反射体補強部材が基体部において開口している状態に比べて反射体補強部材の剛性が増すので、反射面の傾斜をより確実に小さく抑えることが可能である。また、反射体補強部材は、基体部を覆っているが、反射体に固定されているだけで基体部には固定されていないので、反射体に固定する際に、反射体及び基体部の寸法に誤差がある場合にも、反射体及び基体部が無理に固定されることがなく、よって反射体及び基体部に初期応力を与えることを防止することができる。
【0091】
また、樹脂製である反射体が照射熱や遠心力を受けても、反射体には、樹脂に比べて熱膨張しにくく、かつ剛性の高い材料で形成されている反射体補強部材によって補強が施されていることから、反射面の変形をより確実に小さく抑えることが可能である。
【0092】
また、照射熱により反射体の温度が上昇しようとしても、樹脂製の回転多面鏡よりも高熱伝導率である反射体補強部材が反射体に固定されていることにより、反射体において蓄積されつつある照射熱を、反射体補強部材を経由して回転多面鏡の周囲の空気層に放散させることができる。したがって、反射体における照射熱の蓄積を緩和させることができる。これにより、反射体の温度の上昇を緩和することができるので、反射面の熱による傾斜をさらに小さく抑えることが可能である。
【0093】
また、反射体は、照射熱や遠心力を受けても、接合部に補強が施されているので支持部に対して傾斜しにくくなる。これにより、支持部に対する反射体の直角度が低下しにくく、したがって照射熱や遠心力などによる反射面の傾斜を抑制することができる。
【0094】
また、接合部に、面取り部が形成されているか、あるいはフィレットが施されることにより、接合部を厚肉に形成することができる。このように、接合部が厚肉になると支持部に対して反射体が傾斜しにくくなり、支持部に対する反射体の直角度を維持することができる。したがって、照射熱や遠心力などによる反射面の傾斜を抑制することができる。
【0095】
また、反射体は、接合部に補強リブが設けられているので、照射熱や遠心力を受けても、反射体が支持部に対して傾斜しにくくなる。したがって、支持部に対する反射体の直角度が低下しないので、照射熱や遠心力などによる反射面の傾斜を抑制することができる。
【0096】
また、反射体が照射熱や遠心力を受けても、接合部は、支持部及び反射体を構成する樹脂部材よりも剛性が高く、かつ熱膨張をしにくいL字型の部材にて形成されている接合部補強部材により補強が施されているので、反射体が支持部に対して傾斜しにくくなる。これにより、支持部に対する反射体の直角度が低下しにくく、したがって照射熱や遠心力などによる反射面の傾斜をより確実に抑制することができる。
【0097】
また、支持部及び反射体を構成する樹脂部材よりも高熱伝導率である材料によって形成されている接合部補強部材によって、接合部に補強が施されていることにより、反射体において蓄積される照射熱を、接合部補強部材を経由して回転多面鏡の周囲の空気層に放散させることができる。したがって、反射体における照射熱の蓄積を緩和させることができる。これにより、反射体の温度の上昇を緩和することができるので、反射面の熱による傾斜をさらに小さく抑えることが可能である。
【0098】
また、回転多面鏡の本体部における外面に装着されている保護シートは、本体部よりも熱伝導率の高い材料によって形成されているので、反射面が受けた照射熱は、保護シートによって伝熱されて回転多面鏡の周囲の空気層に放散される。したがって、反射面での熱の蓄積を緩和することができる。これにより、反射面の温度の上昇を緩和することができるので、熱によって反射面が傾斜することを抑制することができる。また、保護シートを回転多面鏡の本体部における外面に装着するだけであるので、樹脂部材のみで形成される回転多面鏡と同様に、軽量を維持することができる。
【0099】
また、薄膜は、回転多面鏡の回転時には、遠心力を受けることにより開いて反射面を露出し、照射された光は反射面に到達することができる。一方、薄膜は、回転多面鏡の回転速度低下時には、遠心力を受けなくなることにより閉じて反射面を覆うように構成されているので、回転多面鏡の回転速度が通常よりも低下しているとき、または回転多面鏡の回転が停止しているときでは、反射面に向けて照射された光は、反射面に到達する前に薄膜により遮断される。したがって、回転多面鏡の回転速度が通常よりも低下しているとき、または回転多面鏡の回転が停止しているときにおいて、反射面へ照射される光が反射面に到達することを確実に防止することができ、樹脂製の回転多面鏡における反射面を照射熱から保護することができる。
【0100】
また、光遮断装置は、回転多面鏡の回転に伴って発生する空気流を受けて旋回する第1の面部材と、第1の面部材が旋回したときにこの旋回動作に連動して反射面を露出させる第2の面部材とを有しているので、回転多面鏡の通常の回転時においては、第2の面部材が光路からはずれ、照射された光はそのまま反射面に到達することができる。一方、光遮断装置における第2の面部材は、第1の面部材が回転多面鏡の回転速度低下時に空気流が減衰して旋回状態を解消したときに、この解消動作に連動して反射面を覆うように構成されているので、回転多面鏡の回転速度が通常よりも低下しているとき、または回転多面鏡の回転が停止しているときにおいては、第2の面部材は反射面を覆っており、照射される光が反射面に到達することを防止することができる。したがって、回転多面鏡の回転速度が通常よりも低下しているとき、または回転多面鏡の回転が停止しているときにおいて、反射面へ照射される光を確実に遮断することができ、樹脂製の回転多面鏡における反射面を照射熱から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1におけるポリゴンミラーの軸方向の断面図
【図2】図1に示すポリゴンミラーの斜視図
【図3】ポリゴンミラーの形状及び材質に対する作動時のミラー面の傾斜角の値を示す図
【図4】本発明の実施の形態2におけるポリゴンミラーの軸方向の断面図
【図5】本発明の実施の形態3におけるポリゴンミラーの軸方向の断面図
【図6】本発明の実施の形態4におけるポリゴンミラーの接合部に補強が施されている様子を示す斜視図
【図7】本発明の実施の形態5におけるポリゴンミラーの軸方向の断面図
【図8】図7に示すポリゴンミラーの平面図
【図9】本発明の実施の形態6におけるポリゴンミラーの静止状態の軸方向の断面図
【図10】本発明の実施の形態6におけるポリゴンミラーの作動状態の軸方向の断面図
【図11】本発明の実施の形態7におけるポリゴンミラーの静止状態の斜視図
【図12】本発明の実施の形態7におけるポリゴンミラーの作動状態の斜視図
【図13】従来の技術における、二十四角柱状で中実かつ厚肉に形成された樹脂製のポリゴンミラーの軸方向の断面図
【図14】図13の形状のポリゴンミラーの作動時において、ポリゴンミラーの材質に対するミラー面の傾斜角の値を示す図
【図15】従来の技術における、上面を有底とした中空状のポリゴンミラーの静止状態における軸方向の断面図
【図16】図15に示すポリゴンミラーの作動状態における軸方向の断面図
【図17】図16に示すポリゴンミラーの材質別のミラー面の照射熱量とミラー面温度との関係を示す図
【図18】図16に示すポリゴンミラーの材質別のミラー面の照射熱量とミラー面傾斜角A1との関係を示す図
【図19】図16に示すポリゴンミラーの材質別のミラー面の照射熱量とミラー面傾斜角A2との関係を示す図
【図20】図15に示す形状のポリゴンミラーの回転停止時における、光照射を受けているミラー面の材質別の温度分布図
【符号の説明】
7 ポリゴンミラー
7a 中空部
7b 基体部
7c 支持部
8 鏡面体
8a ミラー面
Claims (2)
- 回転多面体にて形成されている樹脂製の回転多面鏡であって、
上面が有底で下面が開口するとともに、内部に中空部を有する柱状の基体部と、
前記基体部の下面側外周面の下端から径方向外側に向けて形成されている支持部と、
前記支持部に対して垂直に形成され、かつ軸方向における中央部が前記支持部にて支持され、かつ外周面に多面体状の反射面を有する反射体とを備える
ことを特徴とする回転多面鏡。 - 前記反射体に反射体補強部材を固定したことを特徴とする請求項1記載の回転多面鏡。
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