JP5516795B2 - 光偏向装置 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向装置に関する。

レーザプリンタ等の画像形成装置では、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を行っている。具体的には、画像情報を基にレーザ光を高速回転する回転多面鏡に入光させ、反射光を走査させて感光体面に投影して画像記録を行っている。

近年、画像形成装置の高速化に伴い回転多面鏡を用いた光偏向装置も高速化となっており、光偏向装置の軸受としては空気動圧軸受が採用されている。空気動圧軸受を採用した光偏向装置として、例えば特許文献１に記載の技術がある。

特許文献１に記載された光偏向装置を図６に示す。図６に示す光偏向装置は、ポリゴンミラーＡ１と永久磁石Ａ２を含む回転ユニットＡが、ラジアル軸Ｂ１と内筒軸受Ｂ２から構成されるラジアル固定部材に嵌合された状態で回転自在となっている。ラジアル軸Ｂ１の両側端部には上スラスト軸受Ｃ１と下スラスト軸受Ｃ２が固設されており、上スラスト軸受Ｃ１と下スラスト軸受Ｃ２の各々がスラスト固定部材を構成している。ラジアル固定部材とスラスト固定部材は、空気動圧軸受により回転ユニットＡを回転可能に支持している。下スラスト軸受Ｃ２が支持ベースＤに設置されており、マグネットコイルＥ１を支持するプリント基板Ｅが、下スラスト軸受Ｃ２と同様に支持ベースＤに設置されている。

特開２０００−１９９５２０号公報

図６における光偏向装置において、ポリゴンミラーＡ１を含む回転ユニットＡが安定して回転するためには、永久磁石Ａ２とマグネットコイルＥ１との距離が適正な距離である必要があり、そのためにはポリゴンミラーＡのスラスト方向における基準となる下スラスト軸受Ｃ２のスラスト面Ｃ２１と、マグネットコイルＥ１を支持するプリント基板Ｅとの平行度が要求される。

しかし、図６における光偏向装置では、下スラスト軸受Ｃ２がプリント基板Ｅに直に設置されておらず支持ベースＤに設置されているため、支持ベースＤの部品精度によって下スラスト軸受Ｃ２のスラスト面とプリント基板Ｅとの平行度が左右してしまい、安定してポリゴンミラーＡ１が回転しない可能性がある。

そこで、本発明の目的は、回転多面鏡が安定して回転する光偏向装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光偏向装置は、
複数の鏡面を側面部に有する回転多面鏡と、
当該回転多面鏡と磁石を保持し前記回転多面鏡と共に回転する保持部材と、
前記保持部材が回転自在に嵌合された固定軸と、
ラジアル方向及びスラスト方向において前記保持部材を回転可能に支持する空気動圧軸受部と、
前記保持部材が前記固定軸に嵌合された状態において前記磁石と対向する巻回コイルと、
前記巻回コイルが設置された基板と、
を有する光偏向装置であって、
前記保持部材はアルミニウムにより構成され、前記保持部材の内側はフッ素樹脂により被膜されており、
前記固定軸はアルミニウムにより構成され、前記固定軸の外側はニッケルメッキが施されており、
前記固定軸のラジアル面にラジアル動圧発生溝が切削加工により形成されており、
前記固定軸のスラスト面にスラスト動圧発生溝が切削加工により形成されており、
前記固定軸の基板設置面を介して前記固定軸が前記基板に設置され、
前記ラジアル動圧発生溝の深さ及び前記スラスト動圧発生溝の深さは、前記ニッケルメッキの厚さより大きくし、前記ラジアル動圧発生溝及び前記スラスト動圧発生溝の底部をアルミニウムとし、前記スラスト動圧発生溝の端部を斜めに形成したことを特徴とするものである。

本発明に係る光偏向装置によれば、スラスト動圧発生溝の端部における切削加工によるバリの発生を抑制することができ、回転多面鏡が安定して回転することが出来る。

光偏向装置を用いた光走査装置を示す斜視図である。 本発明に係る光偏向装置の中央断面図である。 固定軸の側面図及び断面図である。 スラスト軸受部の平面図である。 スラスト動圧発生溝の端部における拡大断面図である。 従来の光偏向装置の中央断面図である。

［光走査装置の概要］
図１は、光偏向装置１０１を用いた光走査装置１を示す斜視図である。

図１において、１Ｂは取り付け用の基台、１Ａは光ビームを発生する半導体レーザ発光体、２はコリメータレンズ、３は第１シリンドリカルレンズ、１１３はポリゴンミラー（回転多面鏡）を示している。また、図１において、４はｆθレンズ、５は第２シリンドリカルレンズ、６は反射ミラー、７は感光体ドラム、８はタイミング検出用のミラー、９は同期検知器を示している。

半導体レーザ発光体１Ａから出射した光ビームは、コリメータレンズ２により平行光となる。光ビームは第１結像光学系の第１シリンドリカルレンズ３を経て回転するポリゴンミラー１１３に入射して反射する。反射した光ビームは、ｆθレンズ４、第２シリンドリカルレンズ５から成る第２結像光学系を透過し、反射ミラー６を介して感光体ドラム７に所定のスポット径で入射し、主走査方向に走査する。なお、１ライン毎の同期検知は、主走査開始前の光束をミラー８を介して同期検知器９に入射することにより行う。

［光偏向装置の概要］
図２は、本発明に係る光偏向装置１０１の中央断面図である。

図２に示す光偏向装置１０１は、ステータ部１０２とロータ部１０３により構成されている。具体的な構成を個々に説明すると、ステータ部１０２は、固定軸１１０と、巻回コイル１１１と、基板１１２により構成されている。固定軸１１０は基板設置面１１０ｃを介して基板１１２に設置されており、固定軸１１０には後述する保持部材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を有する。ラジアル軸受部１１０Ａとスラスト軸受部１１０Ｂにより空気動圧軸受部が構成されている。

ロータ部１０３は、ポリゴンミラー１１３と、保持部材１１４と、磁石１１５と、密閉部材１１６により構成されており、保持部材１１４がポリゴンミラー１１３と磁石１１５を保持している。従って、保持部材１１４と磁石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がある。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に対向する。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１〜７μｍ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と、ポリゴンミラー１１３と、保持部材１１４と、密閉部材１１６は、同じ材料であるアルミニウムにより構成されている。従って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。

図２では示していないが、固定軸１１０の外側（動圧面１１０ａ、１１０ｂ等）はニッケルメッキが施されており（ニッケルメッキの厚さは１０μｍ）、保持部材１１４の内側（内周面１１４ａや下面１１４ｂ等）はフッ素樹脂により被膜されている。これにより固定軸１１０と保持部材１１４との間の摺動性が確保される。更に後述するように固定軸１１０における第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１や第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２等は切削加工により形成されており、ニッケルは切削バイトの材料であるダイヤモンドとの親和性に優れているため、この点でも固定軸１１０の表面にニッケルメッキを施すことが効果的である。

光偏向装置１０１はアキシャル型のモータとして構成される。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３は、固定軸１１０の側面図及び断面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）における線Ｃ−Ｃに沿った水平方向の断面図である。

図３に示すように、円柱状のラジアル軸受部１１０Ａにおける動圧面（ラジアル面）１１０ａには、第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１と第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２が形成されている。第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１と第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２によりラジアル動圧発生溝が構成されている。

第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１と第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２は、それぞれ２つの溝から構成されている。図３（ａ）に示すように、第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１は左から右に向かって下方に傾斜しており、第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２は左から右に向かって上方に傾斜している。

第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１と第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２の深さ及び傾斜角度は等しい。しかし、図３（ａ）に示すように、第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１の長さＡと第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２の長さＢは異なっている。つまり、第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１と第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２とは両者を隔てる間隔の中心線Ｄ（スラスト方向に直角な中心線Ｄ）に関して非対称に形成されている。

また、図３（ｂ）に示すように、第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１は、ラジアル軸受部１１０Ａの外周における１箇所に形成されている。また、図３（ｂ）では示していないが、第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１と同様に第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２もラジアル軸受部１１０Ａの外周における１箇所に形成されている。第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１と第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２が、ラジアル軸受部１１０Ａの外周における１箇所に形成されていることにより、空気動圧軸受部としての性能が安定し、ポリゴンミラー１１３の回転が安定する。

図４はスラスト軸受部１１０Ｂの平面図である。

スラスト軸受部１１０Ｂの動圧面（スラスト面）１１０ｂ（図３、図４参照）には、渦巻き状のスラスト動圧発生溝１１０ｂ１が形成されている。

光偏向装置１０１の各部は以上の通りであり、図２に示す巻回コイル１１１に駆動電流が流れてロータ部１０３が回転すると、保持部材１１４の内周面１１４ａと動圧面１１０ａとの間隙、及び保持部材１１４の下面１１４ｂと動圧面１１０ｂとの間隙に空気による動圧が発生し、ロータ部１０３が浮上して高速回転することとなる。

図２〜図４を用いて光偏向装置１０１を詳しく説明したが、本発明に係る光偏向装置１０１は、一つの部材である固定軸１１０において、第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１と第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２から構成されるラジアル動圧発生溝と、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１が形成されており、保持部材１１４には動圧発生溝が形成されていない。このような構成にすることにより空気動圧軸受部としての性能を常に維持することができ、ポリゴンミラー１１３が安定して回転する。

また、動圧面１１０ａ、１１０ｂが形成されている固定軸１１０が基板設置面１１０ｃを介して巻回コイル１１１を支持する基板１１２に直に設置されている。その結果、動圧面１１０ｂと基板１１２との平行度を簡易に確保することができ、巻回コイル１１１と磁石１１５との距離が適正となって、更にポリゴンミラー１１３が安定して回転する。

［動圧発生溝の構造］
次に動圧発生溝の構造について詳しく説明する。ラジアル軸受部１１０Ａに形成された第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１や第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２と、スラスト軸受部１１０Ｂに形成されたスラスト動圧発生溝１１０ｂ１は、基本的には同一の構造であり、ここではスラスト動圧発生溝１１０ｂ１を用いて動圧発生溝の構造について説明する。

図５は、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の端部における拡大断面図である。

前述したように、固定軸１１０の一部であるスラスト軸受部１１０Ｂはアルミニウムで構成されており、スラスト軸受部１１０Ｂの外側にはニッケルメッキＭが施されている。図５における中央から左側にかけてスラスト動圧発生溝１１０ｂ１が形成されている。スラスト動圧発生溝１１０ｂ１は、ダイヤモンドを材料した切削バイトを使用し切削加工により形成される。

図５に示すように、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の深さｔ１は、ニッケルメッキＭの厚さｔ２よりも大きく形成されており、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の底部Ｘはアルミニウムにより構成されている（第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１と第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２から構成されるラジアル動圧発生溝の深さも同様にニッケルメッキの厚さよりも大きい）。アルミニウムは加工しやすいため、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の深さｔ１をニッケルメッキＭの厚さｔ２よりも大きくすることにより、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の深さｔ１を高精度に切削加工することが出来る。

また、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１を１回の切削加工により形成しようとすると切削バイトが損傷したり、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の深さが精度よく形成されなかったりするため、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１は複数回の切削加工により形成される。具体的には、１回目の切削加工でスラスト動圧発生溝１１０ｂ１を粗く形成し、２回目の切削加工によりスラスト動圧発生溝１１０ｂ１の深さを精度よく形成する。そして３回目の切削加工により、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の底部Ｘを仕上げる。

また、図５に示すように、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１を切削加工する場合に、切削バイトはａ方向に進行するが、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の端部Ｙにおいて切削バイトを斜め上方に進行させて、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の端部Ｙを斜めに形成し、端部Ｙにおける切削加工によるバリの発生を抑制している。スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の端部Ｙにおける傾斜角度αは本実施形態では４５°であるが、１０〜８０°の範囲内であればよい。

図５において矢印ｂはポリゴンミラー１１３の回転方向を示す。ポリゴンミラー１１３の回転方向は、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１における切削加工の方向（加工方向）である矢印ａと一致している。スラスト動圧発生溝１１０ｂ１を切削加工により形成すると底部Ｘに切削加工によるバリが発生する可能性があるが、このバリがポリゴンミラー１１３の回転時に生じる空気の圧力により剥がれてしまうとポリゴンミラー１１３の回転に支障をきたす可能性がある。そこで、ポリゴンミラー１１３の回転方向とスラスト動圧発生溝１１０ｂ１における加工方向を一致させることにより、スラスト動圧発生溝１１０ｂ１の底部Ｘにおけるバリが空気の圧力により剥がれる方向に発生せず、ポリゴンミラー１１３が常時安定して回転することとなる。

第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１や第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２の加工方向も同様であり、図３（ａ）に示すように矢印Ｗ２、Ｗ３が第１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１や第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２の加工方向であり、Ｗ１がポリゴンミラー１１３の回転方向である。図３（ａ）においてＷ１、Ｗ２、Ｗ３が左から右に向かう方向で一致しているため、１ラジアル動圧発生溝１１０ａ１や第２ラジアル動圧発生溝１１０ａ２の底部におけるバリが空気の圧力により剥がれる方向に働かず、ポリゴンミラー１１３が常時安定して回転することとなる。

以上、本発明を図１〜図５に基づき実施形態に基づき説明したが、本発明は当該実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

１０１ 光偏向装置
１０２ ステータ部
１０３ ロータ部
１１０ 固定軸
１１０Ａ ラジアル軸受部
１１０Ｂ スラスト軸受部
１１０ａ１ 第１ラジアル動圧発生溝
１１０ａ２ 第２ラジアル動圧発生溝
１１０ｂ１ スラスト動圧発生溝
１１１ 巻回コイル
１１２ 基板
１１３ ポリゴンミラー
１１４ 保持部材
１１５ 磁石
１１６ 密閉部材
Ｍ ニッケルメッキ

Claims (3)

1. 複数の鏡面を側面部に有する回転多面鏡と、
   当該回転多面鏡と磁石を保持し前記回転多面鏡と共に回転する保持部材と、
   前記保持部材が回転自在に嵌合された固定軸と、
   ラジアル方向及びスラスト方向において前記保持部材を回転可能に支持する空気動圧軸受部と、
   前記保持部材が前記固定軸に嵌合された状態において前記磁石と対向する巻回コイルと、
   前記巻回コイルが設置された基板と、
   を有する光偏向装置であって、
   前記保持部材はアルミニウムにより構成され、前記保持部材の内側はフッ素樹脂により被膜されており、
   前記固定軸はアルミニウムにより構成され、前記固定軸の外側はニッケルメッキが施されており、
   前記固定軸のラジアル面にラジアル動圧発生溝が切削加工により形成されており、
   前記固定軸のスラスト面にスラスト動圧発生溝が切削加工により形成されており、
   前記固定軸の基板設置面を介して前記固定軸が前記基板に設置され、
   前記ラジアル動圧発生溝の深さ及び前記スラスト動圧発生溝の深さは、前記ニッケルメッキの厚さより大きくし、前記ラジアル動圧発生溝及び前記スラスト動圧発生溝の底部をアルミニウムとし、前記スラスト動圧発生溝の端部を斜めに形成したことを特徴とする光偏向装置。
2. 前記ラジアル動圧発生溝及び前記スラスト動圧発生溝の切削加工方向が前記回転多面鏡の回転方向と一致している請求項１に記載の光偏向装置。
3. 前記スラスト動圧発生溝の端部における傾斜角度が１０〜８０°の範囲内である請求項１又は２に記載の光偏向装置。

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