JPH06265706A

JPH06265706A - 回転多面鏡

Info

Publication number: JPH06265706A
Application number: JP5032893A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Shinozaki; 望篠崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-03-11
Filing date: 1993-03-11
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザー光走査系を有する光学装置などに使
用される樹脂成形をベースにした高精度、高信頼性、か
つ安価な回転多面鏡を得る。【構成】成形された多角状基体は、モータ部に接合さ
れる中央穴とモータへの接合基準面を有し、多角状外周
面に金属膜５および保護膜６が被着されている。多角状
基体は、ベース樹脂７と表面改質材９で被覆された無機
フィラー８から構成され、無機フィラーは平均粒径が１
μｍ以下の略球状のＳｉＯ₂または略等価なセラミック
系微粒子であり重量比にて５０％以上配合される。高速
回転時の遠心力による平面度の変化を防ぐに足る機械的
剛性と、必要なレーザー光反射を確保するための良好な
表面粗さを備える。さらに温度や湿度等環境変化による
平面度の変化がなく、金属反射膜の密着信頼性の高い回
転多面鏡を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光走査系を有
する光学装置などに使用される回転多面鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転多面鏡は、レーザー光走査系を有す
る光学装置、例えばレーザービームプリンターやデジタ
ル複写機に使用され、レーザービームを高速で印字ドラ
ム上に走査する機能を有する。

【０００３】かかる回転多面鏡の素材には、従来光学ガ
ラスもしくはアルミニウム合金がおもに使われてきた。
これらは研削あるいは切削により正多角形に成形された
後、前者の場合には研磨加工により、後者の場合にはダ
イアモンドバイトによる切削加工によって反射鏡面を形
成する方法が一般であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ガラス素材を研磨加工
により鏡面を形成するには、熟練を要し同時に膨大な加
工時間を必要とした。またアルミニウム合金をダイアモ
ンドバイトによる切削加工する場合、５〜１０枚重ね切
削することによって加工時間の短縮化がはかられている
が、加工の自動化が難しいこと、および切り粉のかみこ
みによる鏡面の傷が発生し易く、生産性がきわめて悪い
ものとなっていた。この回転多面鏡がレーザー光走査系
のコストの大きいウエイトを占めていた。

【０００５】かかる従来の課題を解決するために、樹脂
もしくは樹脂を主体とする複合樹脂材料を金型によって
成形し多角状基体を得てしかる後、各側面に金属反射膜
と透明保護膜を被着して回転多面鏡を得る工法はすでに
提案されている。

【０００６】以下その代表的な従来技術の例を示し、概
略の説明をする。Ａ．特開昭６１−１９６２２０号公報例えばＰＭＭＡ，ＡＢＳ，ポリカーボネイト等の樹脂、
あるいはこれらの樹脂とガラスファイバー、カーボンフ
ァイバー等の他の材料と複合した材料を金型によって成
形した多角状基体と、この多角状基体の上に増反射機能
を有する例えばＣｕ，Ａｌ，Ａｇ等の金属膜を被着し、
さらにこの金属膜の保護を主目的とした例えばＳｉＯ，
ＴｉＯ₂等の透明膜を被着して回転多面鏡を得る。しか
る後、モータのロータ部に当回転多面鏡の下端部を基準
として挿入し、上部よりバネ部材にて押圧固定され、モ
ータを等速回転させることによってレーザー走査系が得
られる。この提案は、実際の商品化に当たり下記のよう
な重大な課題があることが判明した。

【０００７】（１）例えばＰＭＭＡ，ＡＢＳ，ポリカ
ーボネイト等非強化樹脂で成形した多角状基体では、機
械的剛性が不足する。実際にポリカーボネイトで成形し
た回転多面鏡にて実験した結果、１０，０００ＲＰＭで
回転時各鏡面の平面度が０．２４μｍ変化し実用になら
ない。これは主に、ヤング率が低いことに起因する。従
来のアルミニウムが７２００kg/mm²に対し、上記のよう
な樹脂では２００〜３００kg/mm²程度である。

【０００８】（２）機械的剛性を強化するために、ガ
ラスファイバー、カーボンファイバー等の強化剤を配合
することは一般的に行われている方法である。しかしそ
のような強化剤配合樹脂では、ファイバーが表面に露出
することによって表面粗さが悪化し、必要な反射率が得
られず回転多面鏡として使いものにならない。レーザー
パワーの減衰を防止するために反射率は８５％以上必要
であるが、そのためには各表面の表面粗さは０．１μｍ
以下としなければならないが、実験の結果上記のような
強化剤配合樹脂では困難なことが判明した。

【０００９】Ｂ．特開平１−１８０５１２号公報機械的剛性と表面粗さを両立するために、２つの材料を
複合する思想のものであって、図４にその断面図を示
す。

【００１０】基材１１は、機械的剛性を高めるためにガ
ラスファイバー、カーボンファイバー等の強化剤を配合
した樹脂材料、反射面部材１２は例えばＰＭＭＡ，ＡＢ
Ｓ，ポリカーボネイト等の非強化樹脂であり、これら基
材１１と反射面部材１２は一体モールド成形されてい
る。増反射膜１３は反射面に銅、アルミニウムなどを蒸
着した金属膜、保護膜１４はこの金属膜を保護するため
の透明膜である。

【００１１】このように、機械的剛性と表面粗さという
２つの相反する条件を満足するために２つの材料で機能
分担させようという思想は納得性がある。しかし実際の
商品化という観点でみると、複合成形で必要な精度を確
保することは容易ではない。特に、反射面部材１２はで
きるだけ薄くしないと意味がないが、樹脂の流動性など
成形条件の設定が極めて難しく、成形サイクルも長いも
のになってしまう。

【００１２】Ｃ．特開昭６４−８４２１５号公報樹脂成形された多角状基体と、金属反射膜との密着性に
関する課題の解決策として、多角状基体と金属反射膜と
の間に酸化物または窒化物を介在させるという提案であ
る。金属膜は例えば真空蒸着、スパッタリング、イオン
プレーティングなど公知の手段で薄膜生成されるわけで
あるが、一般に基材が樹脂の場合金属とのなじみが悪い
こと、成膜時温度を上げられないことなどの理由により
密着信頼性の確保は容易ではない。従って当提案のよう
に金属と樹脂の中間的な性質を持つ酸化物または窒化物
で下地処理を施すことは妥当な手段であるが、完全に１
工程増えるためにコスト高になるという課題がある。

【００１３】本発明は上述した従来技術の欠点を除去す
るものであり、その目的とするところは樹脂成形をベー
スとした回転多面鏡を、従来のアルミ切削品と同等の高
精度にかつ安価に提供するものである。

【００１４】特に、下記の４つの課題を同時に解決する
回転多面鏡を提供するものである。（ａ）機械的剛性を高くして、高速回転においても平面
度の変化が少ないこと。

【００１５】回転多面鏡はレーザー走査系の基本をなす
部品であり、印字品質の観点より各鏡面部の平面度は一
般にλ／４（約０．１５μｍ）の精度が求められてい
る。静的な平面度は、金型精度の向上およびヒケやソリ
のでない成形法の採用により、この数値を実現すること
は比較的容易である。しかし回転多面鏡は、通常１０，
０００ＲＰＭ前後の高速で回転するためにその時の遠心
力で変形が生じ、平面度が悪化してしまう。この動的な
平面度の確保ということが、樹脂成形をベースとした回
転多面鏡の最大の課題となる。

【００１６】（ｂ）表面粗さを良化して、必要な反射率
を確保すること。回転多面鏡は、レーザー光を反射し走
査するという基本機能から散乱光がなく高く安定した反
射率が求められている。レーザー光を減衰させないとい
う観点より反射率は８５％以上が必要であり、そのため
には表面粗さを０．１μｍＲmax以下にする必要があ
る。

【００１７】（ｃ）温度、湿度の影響で、平面度が変化
しないこと。金属に比べ物性的に劣る樹脂成形で回転多
面鏡を実現するためには、樹脂材料の物性を金属に近い
ところまで高めることがポイントとなる。特に重要なの
は、線膨張係数と吸水率である。

【００１８】（ｄ）金属反射膜の密着信頼性を向上する
こと。樹脂成形基体とその上に被着された金属膜の密着
信頼性の確保が難問である。温度や湿度の変化により容
易に剥離することになりかねない。

【００１９】

【課題を解決するための手段】これらの課題を同時に解
決するために本発明の回転多面鏡は、樹脂材料と無機フ
ィラーとを配合して成形された多角状基体と、この多角
状基体の外周面上に被着された金属膜およびこの金属膜
の上に被着された透明膜よりなり、無機フィラーは平均
粒径が１μｍ以下であり、重量比にて５０％以上配合さ
れていることをその概要としたものである。

【００２０】さらに好ましい手段は、無機フィラーは略
球状のＳｉＯ₂または略等価なセラミック系微粒子であ
り、さらに無機フィラーは表面改質剤にて表面処理され
た構成としたものである。

【００２１】また樹脂材料と無機フィラーとを配合して
成形された多角状基体と、この多角状基体の外周面上に
被着された金属膜、およびこの金属膜の上に被着された
透明膜よりなり、金属膜は気相法にて生成された薄膜で
あり、多角状基体との間に下地処理を不要とした構成を
有している。

【００２２】

【作用】回転多面鏡を樹脂材料と無機フィラーを配合し
て成形された多角状基体に金属膜と透明膜を被着した構
成とすることにより、従来のガラスもしくは金属に比べ
比重の低減による低慣性化が可能となる。

【００２３】また、無機フィラーを平均粒径１μｍ以下
の超微粒子とし、かつ配合比を５０％以上とすることに
より、機械的剛性と表面粗さとを両立した回転多面鏡が
実現できる。即ち１０，０００ＲＰＭ以上の高速回転に
おいても平面度の変化が少なく、またレーザー光反射率
は８５％以上とすることが可能となる。

【００２４】さらに上述のような超微細無機フェラーを
大量に配合することにより、一般的な気相法で生成され
た金属膜の密着性を下地処理を施すことなく高めること
ができる。また、同時に線膨張率や吸水率などの物性を
金属に近いレベルまで高めることができるので、周囲温
度や湿度の変化に対しても極めて安定で信頼性の高い回
転多面鏡を提供することができることとなる。

【００２５】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００２６】図１は本発明の外観図、図２は断面図、図
３は図２における要部拡大図である。

【００２７】１は回転多面鏡の反射面、２は樹脂成形さ
れた多角状基体であり、その表面に金属反射膜５、およ
び透明保護膜６が被覆されている。多角状基体２は、そ
の中央部にモータに接合するための穴部３を有する。図
示しないモータ部は、そのロータ部に接合されたロータ
ボス部に、当回転多面鏡の下端面を基準面４として取り
付けられ、上部よりバネ部材にて押圧固定される。

【００２８】多角状基体２の表面には、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａ
ｌ，Ａｇ等の金属膜５が真空蒸着、スパッタリングなど
の公知の手段で１，０００オングストローム程度被着さ
れる。

【００２９】さらに金属膜５の表面には、例えばＳｉ
Ｏ，ＴｉＯ₂，ＭｇＦ₂等の透明保護膜６が真空蒸着、ス
パッタリングなどの公知の手段で膜厚ｄ＝λ／（２ｎ）
にて被着される。但しλ；波長、ｎ；屈折率である。さ
らに好ましくは、保護膜６として屈折率の異なる誘電体
層を２層もしくは４層の多層体膜構成とすることによっ
て、反射率９０％以上とすることが可能である。金型は
基準面４を基準として各反射面１の直角度が必要な精度
に確保できるよう、精密に仕上げられる。

【００３０】図３に本発明の要部を模式的に示す。７は
ベース樹脂であり、エポキシ系、ポリエステル系、ジア
リルフタレート系等の熱硬化性樹脂であり、ＳｉＯ₂等
の無機フィラー８を重量比にて５０％以上配合してい
る。無機フィラー８は、その表面をシランカップリング
材などの表面改質材９にて被覆されており、ベース樹脂
に良好な分散が図られている。無機フィラー８は、略球
状であり、その１次粒径は１μｍ以下の超微粒子である
ので、このような表面改質処理をしなければベース樹脂
に大量かつ均一に分散させることは困難である。

【００３１】前述の通り、本発明のひとつの目的は、回
転多面鏡の基本性能が高くかつ安定した反射率の実現で
ある。そのためには、成形された多角状基体の表面粗さ
が重要であり、少なくとも０．１μｍＲmax以下としな
ければならない。フィラーを配合した樹脂成形品におい
ては、フィラーの粒子径と表面粗さの間には密接な関係
があることが予想される。これはフィラーが表面に露出
すること、金型温度を高くすることによってスキン層を
形成しフィラーが表面に露出しないように配慮したとし
ても、成形時の収縮率の違いによって表面にフィラーの
形が残留することのためと思われる。

【００３２】これらのことを検証するために、ベース樹
脂としてジアリルフタレート、フィラーとしてほぼ真球
状のＳｉＯ₂にて鏡面仕上げした金型で成形し、その表
面粗さとフィラーの粒子径との関係を調べた。さらにそ
の成形品を前述のような金属膜および保護膜を付加して
反射率も測定した。その結果（表１）の関係が判明し
た。

【００３３】

【表１】

【００３４】この実験より明らかなように、フィラーの
粒子径と表面粗さおよび反射率の間には密接な関係があ
り、フィラーの粒子径は小さい方が良好であるが１μｍ
以下ならば実用的には問題ないレベルであることがわか
る。逆にフィラーの粒子径は、小さくするほどその表面
積が増加することによって、ベース樹脂への充填が困難
になる。

【００３５】一方フィラーの充填量は多くするほど機械
的剛性が増加し、また線膨張係数や吸水率といった諸物
性も良化する。前述のジアリルフタレート樹脂に、シラ
ンカップリング剤にて表面改質した粒径１μｍのＳｉＯ
₂を充填させた場合、その充填量と諸物性との関係を実
験した。

【００３６】

【表２】

【００３７】前述の通り回転多面鏡は、印字品質の関係
より一般に平面度をλ／４（約０．１５μｍ）に維持す
る必要があるが、そのために特に重要な物性は機械的剛
性（ヤング率）である。今内接円４０mm、６面体の回転
多面鏡を１０，０００ＲＰＭで回転させたとき、平面度
の変化率は（表３）の通りであった。回転による遠心力
で各鏡面が凸形に変形する。

【００３８】

【表３】

【００３９】ヤング率１，１００kg/mm²の場合、平面度
の変化率は必要な精度の１／３なので、ほぼ実用上問題
ないレベルといえる。それより低いヤング率の材料では
問題があり、例えば各鏡面を凹形に成形しておいて、回
転による遠心力で丁度平面になるような補正手段など特
殊な対策を必要とする。

【００４０】前述の通り、多角状基体２の表面にはＮ
ｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ等の金属膜５が、真空蒸着、スパ
ッタリングなどの公知の手段で１，０００オングストロ
ーム程度被着される。その場合多角状基体２の鏡面部
は、表面平滑性が極めて良好なので、金属膜との密着性
が課題となる。本発明においては、表面改質材で被覆さ
れた超微細無機フィラーが大量に表面に露出しているの
で、特殊な下地処理などを施すことなく良好な密着性が
確保できる。

【００４１】無機フィラーは、球状のＳｉＯ₂を採用し
た場合について述べたが、本発明はこれに限定したもの
ではない。無機フィラーの材質はＳｉＯ₂の他Ａｌ
₂Ｏ₃，ＳｉＣ，ＺｒＯ₂等さまざまな物質が採用可能で
ある。問題は１μｍ以下の超微粉末に粉砕する手段、お
よびその粒径の均一化である。粒径をできるだけ均一化
し、かつその形状を球形に近づけることが本発明の目的
を実現するために好適である。

【００４２】無機フィラーの表面改質材は、シランカッ
プリング材を採用した場合について述べたが、本発明は
シラン系界面活性材に限定したものではない。シラン系
は、無機フィラーとベース樹脂の双方に共有結合して、
両者を強く結合させることによって、無機フィラーの大
量充填を可能とすると共に前述のヤング率を高める作用
も有し、本発明の目的に最適といえる。

【００４３】シラン系以外に、チタネート系、アルミニ
ウム系、アミノ酸系等の表面改質材が採用可能である。
これらは主に無機フィラーのベース樹脂に対する濡れ性
を向上させることによって粘度を低下させ、無機フィラ
ーの大量充填を可能にする作用を有する。同量充填時に
おけるヤング率という観点でみれば、シラン系に若干劣
るが、更に大量充填を可能にする作用もあるので一概に
優劣はつけがたい。採用するベース樹脂の種類および無
機フィラーの種類によって、最適な表面改質材を選定す
ることが必要である。

【００４４】またベース樹脂の材料は、エポキシ系、ポ
リエステル系、ジアリルフタレート系等の熱硬化性樹脂
を示したが、これらに限定されるものではなくポリカー
ボネイト、ポリエーテルサルフォン等の熱可塑性樹脂の
採用も可能である。ただし熱可塑性樹脂は分子量が大き
く微細無機フィラーの高充填が困難なので、無機フィラ
ーとその表面改質材に特別の技術を必要とする。

【００４５】本発明は多角状基体の形状として正６角形
を図示したが、これに限るものではなく各種正多角形お
よび、例えば円筒形の側面の一部を平面にカットして反
射面となした如き形状も含まれるものである。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は樹脂成形を
ベースとした回転多面鏡を従来のアルミニウム切削品と
同等の高精度かつ安価に提供するものである。第１に、
超微細無機フィラーを大量充填することによって材料の
機械的剛性を高くして、高速回転においても平面度の変
化を実用上問題ないレベルに小さくすることができる。
第２に、表面粗さを良化してレーザー光の散乱を防ぎ必
要な反射率を確保することができる。第３に、物性的に
劣る樹脂ベースにもかかわらず、温度や湿度の影響で平
面度の変化しない高品質が維持できる。第４に、樹脂成
形基体の上に気相法で被着金属反射膜の密着信頼性を特
別な下地処理を施すことなく確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における回転多面鏡の外観図

【図２】本発明の一実施例における回転多面鏡の断面図

【図３】本発明の一実施例における回転多面鏡の要部拡
大説明図

【図４】従来の回転多面鏡の断面図

【符号の説明】

１反射面２多角状基体３穴部４基準面５金属膜６保護膜７ベース樹脂８無機フィラー９表面改質材１１基材１２反射面部材１３増反射膜１４保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂材料と無機フィラーとを配合して成
形された多角状基体と、この多角状基体の外周面上に被
着された金属膜、およびこの金属膜の上に被着された透
明膜よりなり、前記無機フィラーは平均粒径が１μｍ以
下であり、重量比にて５０％以上配合されていることを
特徴とする回転多面鏡。
【請求項２】前記無機フィラーは、略球状のＳｉＯ₂
または略等価なセラミック系微粒子であることを特徴と
する請求項１記載の回転多面鏡。
【請求項３】前記無機フィラーは、表面改質剤にて表
面処理されていることを特徴とする請求項１記載の回転
多面鏡。
【請求項４】樹脂材料と無機フィラーとを配合して成
形された多角状基体と、この多角状基体の外周面上に被
着された金属膜、およびこの金属膜の上に被着された透
明膜よりなり、前記金属膜は気相法にて生成された薄膜
であり、前記多角状基体との間に下地処理を不要とした
ことを特徴とする回転多面鏡。