JPH06167667A - 光偏向器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で低コストな構成で、走査線密度を簡単
に切り替えられるようにする。 【構成】 固定軸２と、この固定軸２に回転可能に外嵌
された中空回転体４と、固定軸２の外周に形成された動
圧発生用溝５ａ、５ｂを有するラジアル動圧空気軸受
と、中空回転体４の軸方向の支持を行う磁気軸受（２
１、２３）と、中空回転体４に取り付けられた面数の異
なる複数の回転多面鏡１１ａ、１１ｂと、中空回転体４
に取り付けられた磁性体よりなるリング２６と、このリ
ング２６との間で吸引力を発生する電磁石３０とを備え
た光偏向器であって、電磁石３０に流す電流を制御して
中空回転体４の軸方向の位置を制御し、レーザビーム１
３を複数の回転多面鏡のうちの一つに選択的に入射させ
るようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタやディ
ジタル複写機等の画像形成装置に用いられる光偏向器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】静電写真方式のディジタル複写機やレー
ザプリンタ等の画像形成装置は、一般にレーザ等を光源
として、この光源からの光ビームを偏向して感光体上を
走査させ、この感光体上に形成した静電潜像をトナーで
現像することによって画像を形成するものである。

【０００３】図７は上述の画像形成装置において書き込
みを行う光走査装置の概略の構成を示す説明図である。
この図に示すように、光走査装置は、画像信号に応じて
変調された光ビームを出射する光源、例えばレーザ１８
１と、このレーザ１８１からの光ビームを平行光とする
コリメートレンズ１８２と、このコリメートレンズ１８
２通過後の光ビームを反射するミラー１８３と、このミ
ラー１８３で反射された光ビームを偏向する回転多面鏡
１８４と、この回転多面鏡１８４で偏向された光ビーム
の走査速度を補正し感光体１８６の近傍に光ビームを結
像させるｆθレンズ１８５と、回転多面鏡１８４で偏向
された走査直前の光ビームを反射する検出ミラー１８７
と、この検出ミラー１８７で反射された光ビームを検出
するセンサ１８８とを備えている。

【０００４】この光走査装置を含む画像形成装置では、
画像信号に応じて変調されたレーザ１８１からの光ビー
ムは、コリメートレンズ１８２によって平行光とされた
後、ミラー１８３で回転多面鏡１８４の鏡面に投射され
る。回転多面鏡１８４は、図中矢印Ａ方向に高速回転し
ており、一つの鏡面で反射された光ビームは矢印Ｂ方向
に走査され、ｆθレンズ１８５で走査角によるラスタ位
置の歪みが補正されて、一様に帯電された感光体１８６
表面上に静電潜像を形成する。感光体１８６表面上の静
電潜像は、図示しない現像手段でトナーによって現像さ
れ、トナー像が用紙に転写され定着手段で固定されて画
像形成が成される。

【０００５】なお、光ビームの走査開始位置は、検出ミ
ラー１８７、センサ１８８で走査直前の光ビームを検出
し、検出信号によって画像信号書き出し回路の書き出し
タイミングを調整する等の方法で制御される。

【０００６】ところで、上記回転多面鏡１８４は電動機
で回転される回転軸に固定され、高速回転して光ビーム
を偏向させる光偏向器を構成する。

【０００７】図８は従来のこの種の光偏向器の縦断面図
である。この光偏向器は、固定軸１０１を有し、この固
定軸１０１の一端は台座１０３に焼き嵌めあるいは圧入
により固着されており、台座１０３はねじ１２１により
下ケース１１７に固定されている。固定軸１０１の表面
には、ラジアル軸受として働くヘリングボーン状の動圧
発生用溝１０２が設けられている。このラジアル軸受
は、回転軸に対して直角の方向に力が働いても、回転の
中心が所定の位置よりずれないようにするための軸受で
ある。

【０００８】光偏向器を構成する駆動部としての電動機
の回転部は、固定軸１０１と僅少間隙を隔てて嵌挿した
部分であり、回転スリーブ１０４とこの回転スリーブ１
０４に圧入あるいは接着等により固着された回転マグネ
ット１０９およびバランスリング１１０で構成されてい
る。

【０００９】この回転部を構成する回転スリーブ１０４
には、軸方向と直角な方向の平面を持つフランジ１０６
が形成されており、このフランジ１０６の上記平面に多
面鏡１０５が載置され、この多面鏡１０５をキャップ１
０７のフランジ１０７ａで押さえるようにして、多面鏡
１０５およびフランジ１０７ａがねじ１０８によってフ
ランジ１０６上に固定されている。この固定は、多面鏡
１０５を貫通して形成した例えば３個の孔を上記フラン
ジ１０６に対応して形成した孔に合わせ、ねじ１０８を
挿通させて締めつけることによって行う。なお、固定軸
１０２と上端部とキャップ１０７と内壁との間には空気
溜まり１２２が形成されている。

【００１０】一方、電動機のステータ部は、下ケース１
１７にねじ１２１で固定された台座１０３に一端が固定
された固定軸１０１と、下ケース１１７にねじ１１６に
よって固定されたステータコア１１２と、このステータ
コア１１２に巻回されたステータコイル１１１とで構成
されている。

【００１１】また、ステータコア１１２に対してねじ１
１５にて固定された基板１１３上には、ホール素子を好
適とする磁気検出素子１１４が搭載され、この磁気検出
素子１１４によって回転スリーブ１０４の回転に伴うマ
グネット１０９の磁束を検出するようになっている。

【００１２】マグネット１０９は永久磁石であり、対向
するステータコア１１２との間には磁気的吸引力が働い
ている。この吸引力は、マグネット１０９とステータコ
ア１１２との対向位置が電動機の軸方向（スラスト方
向）にずれないようにする作用をする。すなわち、図８
において、マグネット１０９が上に移動したときには前
記の吸引力に下方に下げる成分が生じて回転スリーブ１
０４は引き下げられ、下に移動したときには、上方に引
き上げる成分が生じて回転スリーブ１０４は引き上げら
れる。

【００１３】このようにしてマグネット１０９とステー
タコア１１２とは、磁気的吸引力により軸方向の所定位
置にて対向させられるようにされる。すなわち、マグネ
ット１０９とステータコア１１２により磁気的スラスト
軸受が構成されている。

【００１４】磁気検出素子１１４としては、例えばホー
ル素子が用いられる。これは、マグネット１０９の漏れ
磁束を検出して、マグネット１０９が回転する際にＮ極
が通過したかＳ極が通過したかを検出する。この磁気検
出素子１１４の検出信号は、基板１１３に印刷された配
線を通して、図示しない制御回路部へ送られる。制御回
路部では、この検出信号を基に、ステータコア１１２の
各箇所に巻回されているステータコイル１１１に流す電
流の向きを決める。その結果、マグネット１０９との相
互作用により回転を持続する方向の力が発生させられ
る。

【００１５】また、図８に示した構成において、回転ス
リーブ１０４が回転すると、動圧発生用溝１０２によ
り、固定軸１０１の周囲に高い圧力の空気層が発生す
る。この空気の圧力により、回転スリーブ１０４は固定
軸１０１から浮いた状態で非接触に支持される、いわゆ
る動圧空気軸受が構成される。なお、ここでは、動圧発
生用の溝１０２を固定軸１０１の外周に設けているが、
回転スリーブ１０４の内壁に設けるようにしても良い。
前記の空気層は回転部の回転中心を一定に保つ作用をす
る。例えば回転スリーブ１０４が図８の左方にずれたと
すると、右方の隙間は大となり、その部分の隙間の圧力
はずれる前より小となる。一方、左方の隙間は小となる
から、その部分の隙間の圧力はずれる前より大となる。
圧力の大小関係がこのようになると回転スリーブ１０４
は右方に押され、最終的には元の位置に戻されることに
なる。

【００１６】また、下ケース１１７上には上ケース１１
８が設けられ、この上ケース１１８の側部には、多面鏡
１０５に対向する位置に開口１１９が設けられ、この開
口１１９にはウィンドウガラス１２０が装着されてい
る。

【００１７】このように構成された光偏向器では、図し
ないレーザ等から出射された光ビームは、上ケース１１
８の開口１１９に装着されたウィンドウガラス１２０を
通して多面鏡１０５の鏡面１５１に入射し、鏡面１５１
で反射されて再びウィンドウガラス１２０から図７に示
すように感光体１８６方向に出射する。鏡面１５１に入
射した光ビームは、鏡面１５１で反射されて出射する際
に、多面鏡１０５が回転することにより、出射方向が除
々に変えられ、感光体１８６上で主走査方向の走査がな
される。そして、多面鏡１０５がさらに回転すると、次
の鏡面１５１により光ビームが上記と同様に偏向され
る。このようにして、光ビームは、感光体１８６上で一
定の角度範囲を走査することとなる。また、その走査速
度は多面鏡１０５の回転速度に依存する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、昨今、情報
処理の多様化が叫ばれ、前述の光走査装置においては、
走査線密度の多様化が切望されている。従来の画像形成
装置では、走査線密度の多様化を、以下のような手段に
よって行っていた。 複数の光走査装置を備える。 複数の光偏向器を備える。 光偏向器の回転数を変更する。 感光体ドラムの回転速度を変更する。 光偏向器に面数の異なる回転多面鏡を複数個配置し、
個々の回転多面鏡に対応する光源装置を設け、所望の走
査線密度の組み合わせを選択する。

【００１９】しかしながら、上記、およびの手段
は、部品点数やスペースが多く必要になる等の問題点が
あるため、およびの手段が一般的であった。しか
し、の手段では、回転多面鏡を駆動する駆動モータや
駆動制御回路が大掛かりになってコストアップにつなが
るという問題点がある。また、回転多面鏡の回転速度を
変換した後、回転速度が所定の値に達するまで時間を要
するため実用的でないという問題点もある。

【００２０】また、の手段では、感光体ドラムの回転
速度を変化させるためには、動かしているものがドラム
という大きなものだけに、駆動機構が大きくなってしま
うという問題点、および用紙搬送制御の複雑化に伴い画
像形成装置が大型化し、また、電子写真プロセスの条件
が変わってしまうという問題点がある。

【００２１】このような問題点を解決する手段として、
特開昭５９−１８４３１９号公報には、異なった数の鏡
面を有する回転多面鏡を駆動モータの同一軸上に複数個
配置し、光源からの光ビームを一つの回転多面鏡に選択
的に入射させるようにした技術が示されている。そし
て、この公報の第２図には、光源からの光ビームを一つ
の回転多面鏡に選択的に入射させるために、複数の回転
多面鏡とその駆動モータ全体、すなわち光偏向器全体を
移動させる機構が示されている。

【００２２】しかしながら、この機構では以下のような
問題点がある。 光を走査するための駆動用モータ以外に、光偏向器を
駆動するモータが必要である。 光偏向器の駆動機構としてシャフト、移動部材、ギヤ
等複雑な機構が必要である。 光偏向器の駆動機構部は、回転多面鏡が傾いて回転し
たりしないように高精度の移動機構である必要がある。 光偏向器の駆動機構部は、振動に対して十分な剛性を
備えていなければならない。

【００２３】そして、上記ないしの問題点は、いず
れも低コスト化、小型化等に対する大きな障害となって
いる。

【００２４】そこで本発明の目的は、小型で低コストな
構成で、走査線密度を簡単に切り替えることのできる光
偏向器を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の光偏向器は、固
定体と、この固定体に対して回転可能に係合する回転体
と、固定体と回転体の一方に形成された動圧発生用溝を
有し、動圧によって回転体のラジアル方向の支持を行う
動圧空気軸受と、回転体の軸方向の支持を行う磁気軸受
と、回転体を回転させる駆動手段と、回転体に対して軸
方向に沿って配設され、光ビームを偏向するための反射
面の面数の異なる複数の回転多面鏡と、固定体と回転体
との間に磁気的な吸引力または反発力を発生させる電磁
石を有し、光ビームを入射させる回転多面鏡を選択する
ために、吸引力または反発力によって固定体に対する回
転体および回転多面鏡の軸方向の位置を変更する回転体
位置変更手段とを備えたものである。

【００２６】この光偏向器では、複数の回転多面鏡が配
設された回転体は、動圧空気軸受および磁気軸受によっ
て回転中非接触に支持される。そして、位置変更手段の
電磁石による磁気的な吸引力または反発力によって固定
体に対する回転体および回転多面鏡の軸方向の位置を変
更することによって、光ビームを入射させる回転多面鏡
が選択される。

【００２７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１ないし図５は本発明の第１実施例に係
るものである。本実施例は、従来の技術で説明した例と
同様にスラスト軸受を駆動用コイルのコアと回転体に固
着されたマグネットで兼用したタイプの光偏向器の例で
ある。

【００２８】図１は本実施例の光偏向器の断面図であ
る。この図に示すように、本実施例の光偏向器は、ハウ
ジング３に固定された固定軸２を有し、この固定軸２に
は、僅少間隙を隔てて中空回転体４が回転可能に外嵌さ
れている。固定軸２の表面には、ヘリングボーン状の動
圧発生用溝５ａ、５ｂが設けられており、それぞれ中空
回転体４内面とによりラジアル空気軸受が形成されてい
る。

【００２９】中空回転体４には磁気軸受回転側マグネッ
トを兼ねた駆動用マグネット２１が固着されている。こ
のマグネット２１の周りには、ハウジング３にねじ２２
によって固定された駆動用コア２３が配設され、このコ
ア２３に駆動用のトロイダルコイルが巻回されている。
駆動用コア２３は磁気軸受固定側マグネットを兼ねてい
る。

【００３０】また、駆動用コア２３には、ねじ２４によ
って制御用基板２５が固定され、この制御用基板２５上
に磁気検出素子が搭載されている。この磁気検出素子
は、マグネット２１の漏れ磁束を検出し、検出信号を制
御用基板２５を介して図示しない制御回路部へ送出す
る。制御回路部では、この検出信号を基に、コア２３に
巻回されている駆動用コイルに流す電流の向きを決め
る。その結果、マグネット２１との相互作用により回転
を持続する方向の力が発生させられる。

【００３１】また、中空回転体４には、軸方向と直角な
方向の平面を持ち回転多面鏡１を保持するためのフラン
ジ部が形成されており、このフランジ部と中空回転体４
上端部のミラーフランジ１９の間に、光ビームを偏向す
るための反射面の面数の異なる複数の回転多面鏡１１
ａ、１１ｂが軸方向に沿って配設されている。

【００３２】また、中空回転体４の下端部にはバランス
修正用リング２６が固着されている。このバランス修正
用リング２６は、中空回転体４等よりなるロータ２０の
重心を回転中心に持ってくるためのおもりを載せるため
の部材である。本実施例では、このバランス修正用リン
グ２６は磁性体で形成されている。

【００３３】なお、ロータ２０は中空回転体４、回転多
面鏡１１ａ、１１ｂ、ミラーフランジ１９、マグネット
２１およびバランス修正用リング２６で構成されてい
る。

【００３４】また、ハウジング３上にはカバー１２が設
けられ、このカバー１２の側部には、回転多面鏡１に対
向する位置に開口２７が設けられ、この開口２７には図
示しないウィンドウガラスが装着されている。

【００３５】本実施例では、固定軸２の固定側端部近傍
に、軟鉄心とコイルよりなるリング状の電磁石３０が設
けられている。この電磁石３０は、モータの回転を制御
する制御用基板２５に接続され、この制御用基板２５を
介して外部より、磁力の強弱や、オン／オフが制御され
るようになっている。

【００３６】図３は駆動用コイルと電磁石の制御に関わ
る構成を示すブロック図である。この図に示すように、
駆動用コア２３に巻回された駆動用コイル３１と電磁石
３０は、光偏向器の制御用基板２５に接続されている。
この制御用基板２５は、駆動用コイル３１を制御するも
のであるが、電磁石３０を制御する電磁石制御部３２を
含んでいる。この制御用基板２５は、光走査装置の制御
基板３３によって制御されるようになっている。また、
光走査装置の制御基板３３は、レーザビームを出射する
レーザビーム光源装置３４も制御するようになってい
る。なお、図４に示すように、駆動用コイル３１を制御
する制御用基板２５とは別に、光走査装置の制御基板３
３の制御の下で電磁石３０を制御する電磁石制御用基板
３５を設けても良い。

【００３７】次に、本実施例の動作について説明する。
電磁石３０に電流を流さない状態では、図１に示すよう
に、開口２７から入射するレーザビーム１３は下側の回
転多面鏡１１ｂに入射し、この回転多面鏡１１ｂによっ
て偏向されて開口２７から出射される。

【００３８】一方、電磁石３０に電流を流すと、図２に
示すように、磁性体で形成されたバランス修正用リング
２６が電磁石３０による磁気的吸引力によって図におけ
る下側に吸引される。これに伴い、回転多面鏡１１ａ、
１１ｂを含むロータ２０が下側に吸引される。その結
果、レーザビーム１３は上側の回転多面鏡１１ａに入射
するようになる。上側の回転多面鏡１１ａと下側の回転
多面鏡１１ｂは反射面の面数が異なるので、回転多面鏡
を切り替えることによって走査線密度が切り替えられる
ことになる。

【００３９】電磁石３０に流す電流値とロータ２０の移
動距離の関係は、例えば図５に示すようになる。このロ
ータ２０の移動方式は、ソレノイド等に使用されている
機構と同等のものである。

【００４０】なお、本実施例において、中空回転体４が
磁性体で形成されている場合は、バランス修正用リング
２６は磁性体でも非磁性体でも良い。本実施例のような
タイプのモータでは、中空回転体４やバランス修正用リ
ング２６を磁化させないのが一般的なため、ロータ２０
の移動はロータ２０が電磁石３０に吸引される方向のみ
となる。

【００４１】以上説明したように本実施例によれば、電
磁石３０によって光偏向器の内部にある複数の回転多面
鏡が取り付けられたロータ２０のみを移動させるように
したので、小型で低コストな構成で走査線密度を簡単に
切り替えることができる。

【００４２】また、ラジアルの動圧空気軸受によって固
定軸２と中空回転体４が数ミクロンの精度で嵌合されて
いるため、必然的に軸方向の移動はミクロンオーダで実
施可能となる。

【００４３】図６は本発明の第２実施例の光偏向器の断
面図である。本実施例は、磁気軸受を構成するマグネッ
トと駆動用のマグネットが別体のタイプのモータを用い
た例てある。本実施例では、スラスト磁気軸受は、中空
回転体４に固着された磁気軸受回転側マグネット４１
と、このマグネット４１の周りに配置されハウジング３
に固定されたリング状の磁気軸受固定側マグネット４２
とで構成されている。

【００４４】また、モータの駆動機構は、中空回転体４
に固着された駆動用マグネット４３と、この駆動用マグ
ネット４３の周りに配置されハウジング３に固定された
駆動用コイルアッセンブリ４４と、その他、制御用基板
２５や磁気検出素子等によって構成されている。駆動用
コイルアッセンブリ４４は、駆動用コアと、この駆動用
コアに巻回された駆動用コイルとを含んでいる。

【００４５】また、電磁石３０はリング状で、磁気軸受
固定側マグネット４２の真下に設けられ、その内側の孔
の内径は磁気軸受固定側マグネット４２の内径と略同径
になっている。

【００４６】本実施例では、電磁石３０は磁気軸受回転
側マグネット４１との間で磁気的な吸引力または反発力
を発生させて、ロータ２０を軸方向に移動させる。

【００４７】なお、本実施例では、中空回転体４に対し
て３つの回転多面鏡１１ａ〜１１ｃが取り付けられてお
り、ロータ２０の移動によってレーザビーム１３を入射
させる回転多面鏡が選択される。

【００４８】ここで、各回転多面鏡１１ａ〜１１ｃの面
数をそれぞれ、“６”、“８”、“１２”とした場合、
副走査方向の線密度は、例えば次の表１のように切り替
えられる。

【００４９】

【表１】

【００５０】なお、略同じ大きさの回転多面鏡を使用し
た場合、回転多面鏡の面数を変えることによって走査方
向の密度も変化するため、レーザビームの変調周波数を
適切な値に変更する必要があることは言うまでもない。

【００５１】その他の構成、作用および効果は第１実施
例と同様である。

【００５２】なお、本発明は上記各実施例に限定され
ず、例えば、実施例では軸が固定されていて、この軸に
外嵌された中空回転体が回転するタイプのモータであっ
たが、本発明は、固定された中空のステータに回転軸が
挿入されたタイプのモータに適用することもできる。こ
の場合も、動圧を発生させる溝は、回転軸とステータの
どちらの面に形成されていても良い。

【００５３】また、実施例では固定軸が垂直方向のモー
タであったが、本発明は、固定軸が横置のモータにも適
用することができる。

【００５４】また、回転多面鏡に正しくレーザビームが
入射しているかどうかを判定する方法として、光偏向器
内部にポジションセンサを設け、ロータの位置を検出す
る方式を採用しても良い。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
磁石によって、光偏向器の内部にある複数の回転多面鏡
が取り付けられた回転体のみを軸方向に移動させるよう
にしたので、小型で低コストな構成で、走査線密度を簡
単に切り替えることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の光偏向器の断面図であ
る。

【図２】 図１の光偏向器において回転多面鏡を切り替
えた状態を示す断面図である。

【図３】 第１実施例における駆動用コイルと電磁石の
制御に関わる構成を示すブロック図である。

【図４】 第１実施例における駆動用コイルと電磁石の
制御に関わる構成の他の例を示すブロック図である。

【図５】 第１実施例において電磁石に流す電流値とロ
ータの移動距離の関係を示す特性図である。

【図６】 本発明の第２実施例の光偏向器の断面図であ
る。

【図７】 従来の画像形成装置において書き込みを行う
光走査装置の概略の構成を示す説明図である。

【図８】 従来の光偏向器の断面図である。

【符号の説明】

２…固定軸、４…中空回転体、５ａ、５ｂ…動圧発生用
溝、１１ａ、１１ｂ…回転多面鏡、２１…駆動用マグネ
ット、２３…駆動用コア、２６…バランス修正用リン
グ、３０…電磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定体と、 この固定体に対して回転可能に係合する回転体と、 前記固定体と回転体の一方に形成された動圧発生用溝を
   有し、動圧によって回転体のラジアル方向の支持を行う
   動圧空気軸受と、 前記回転体の軸方向の支持を行う磁気軸受と、 前記回転体を回転させる駆動手段と、 前記回転体に対して軸方向に沿って配設され、光ビーム
   を偏向するための反射面の面数の異なる複数の回転多面
   鏡と、 前記固定体と回転体との間に磁気的な吸引力または反発
   力を発生させる電磁石を有し、光ビームを入射させる回
   転多面鏡を選択するために、前記吸引力または反発力に
   よって固定体に対する回転体および回転多面鏡の軸方向
   の位置を変更する回転体位置変更手段とを具備すること
   を特徴とする光偏向器。