JPH0820075A - プラスチックポリゴンミラーの冷却方法及び冷却用治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラスチックポリゴンミラー１に光学面２の
表面層近傍の内部応力を緩和して、内部応力による不均
一な収縮変形が発生することなく冷却する。 【構成】 プラスチックにて成形されたプラスチックポ
リゴンミラーの光学面に、このプラスチックポリゴンミ
ラーの構成材料の熱変形温度以上に昇温した光学鏡面を
有するコア面を一定時間接触させて圧縮力を与え、その
後冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタや複写
機の走査光学装置に用いられるプラスチックよりなるポ
リゴンミラーを成形する工程における冷却方法及び冷却
用治具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】走査光学装置に用いるプラスチックポリ
ゴンミラーの成形法は、成形金型の成形型面を反射鏡の
要求精度以上の鏡面に仕上げておき、この成形金型内に
流動状態のプラスチックを注入して固化させて、反射面
を形成すべき鏡面を有する成形体を得るものである。

【０００３】この成形方法は、成形金型から成形体を取
り出した後、研磨加工を行なうことなく、所望の精度の
鏡面を得ようとするものである。

【０００４】しかしながら、プラスチックポリゴンミラ
ーは成形体の厚さが４ｍｍ以上であることから、ヒケが
大きく発生し、所望の精度を得るのは困難である。この
欠点を改善するためのものとして、プラスチック材料を
金型キャビティに充填後、金型コアの一部を移動させて
キャビティ内樹脂を加圧する射出圧縮成形という方法に
よって精度を向上させようとする試みがなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法ではキャビティ内樹脂を加圧するときに、成形体のコ
ーナー部等に応力が集中し、冷却時に変形が生じるとい
う欠点がある。

【０００６】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、冷却時にポリゴンミラーの内部応力による不均一
な収縮変形を抑えて光学面精度の悪化防止が可能となる
プラスチックポリゴンミラーの冷却方法及び冷却治具を
提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るプラスチックポリゴンミラーの冷却方
法は、プラスチックにて成形されたプラスチックポリゴ
ンミラーの光学面に、このプラスチックポリゴンミラー
の構成材料の熱変形温度以上に昇温した光学鏡面を有す
るコア面を一定時間接触させて圧縮力を与え、その後冷
却するようにしている。そして上記プラスチックポリゴ
ンミラーの光学面に対するコア面による圧縮力の付加及
び除去を多段階に行い、及びコア面の温度をコア面によ
る圧縮力の付加終了時に連続的に減少させる。また、本
発明に係るプラスチックポリゴンミラーの冷却治具は、
プラスチックポリゴンミラーの各光学面に均一な圧縮力
を与えるコア面を有する光学面押圧手段と、この光学面
押圧手段のコア面をプラスチックポリゴンミラーの構成
材料の熱変形温度以上に加熱する加熱手段とからなって
いる。

【０００８】

【作 用】プラスチックポリゴンミラーは、全体の冷
却収縮によらず、光学面の表面層のみが加熱加圧成され
てこれのコーナー部の局所的な歪みが変形が修正され
る。

【０００９】

【実 施 例】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１（ａ），（ｂ）は、射出圧縮成形法により６角
形状に成形されたプラスチックポリゴンミラー（以下こ
の説明では単にポリゴンミラーという）１の一例を示す
もので、図中Ｗは光学面２の走査方向の幅、Ｈは光学面
２の厚さ、３は圧縮工程時に圧縮コアにて押圧されてへ
こまされた圧縮部、Ｅは上面部の非圧縮部１ａの長さ、
ｄはモータ取付け用の穴４の内径をそれぞれ示す。そし
て上記各部の寸法の一例を示すと、Ｗは２３ｍｍ、Ｈは
６ｍｍ、Ｅは７ｍｍ、ｄは１０ｍｍである。

【００１０】上記形状のポリゴンミラー１は、これを偏
光を利用した歪み観測をした結果、図２（ａ），（ｂ）
に示すようになった。図２（ａ）はポリゴンミラー１の
光学面２のコーナ部に内部応力が集中した場合、図２
（ｂ）はコーナー部への内部応力の集中が少ない場合を
それぞれ示す。このような形状の場合、この両図に示す
ように、コーナ部内部応力が集中することがわかった。

【００１１】その結果、特に図２（ａ）で示すように、
コーナー部に内部応力の集中がある場合には、図２
（ｃ）に示すように、冷却時にポリゴンミラー１は不均
一な収縮変形を起こし、光学面２が図中で点線で示すよ
うに凹形状に変形する。

【００１２】そこで、この実施例では、射出圧縮成形さ
れてその成形金型から取り出したポリゴンミラーを、こ
れの成形材料であるポリカーボネートの熱変形温内であ
る１２８℃より１０℃高い１３８℃まで加熱ヒータで加
熱した冷却治具内にセットして、ポリゴンミラー１の光
学面２に上記加熱状態で圧縮力を与えて光学面２の表面
層近傍の内部応力を緩和し、その後、その状態で加熱ヒ
ータの温度を調整して冷却治具の温度を下げてポリゴン
ミラー１の表面層近傍の樹脂が固化する温度まで冷却す
る。これにより、コーナー部での内部応力による不均一
な収縮変形の発生が抑えられた。

【００１３】上記実施例において、光学面２の加熱時間
は約５分、加熱温度から固化温度まで冷却する間の所要
時間は約１５分である。またこのときの圧縮力は、ポリ
ゴンミラー１の射出圧縮成形時における圧縮力の約１／
１０程度が適当である。すなわち、成形時の圧縮力が３
０メガパスカル（ＭＰａ）である場合には冷却治具によ
る圧縮力は３メガパスカル（ＭＰａ）である。

【００１４】図３（ａ），（ｂ）及び図４は上記冷却治
具の一例を示すもので、図中５は取付け台であり、この
取付け台５は加熱ヒータ６上に載置してある。そしてこ
の取付け台５上に冷却用台７が位置決め突起８により所
定位置に位置決め載置されている。冷却用台７の中央部
にはポリゴンミラー１より少し小さくした試料台用穴９
が設けてあり、この穴９の中心部に取付け台５に突設し
たガイドロッド１０が突出されている。そして上記ガイ
ドロッド１０には試料台１１がスライド自在に、かつ図
示しないキー等の手段にて回転方向に係合して嵌合され
ている。

【００１５】試料台１１は、ポリゴンミラー１の穴４よ
り小径の筒部１１ａと、ポリゴンミラー１の圧縮部３の
へこみ部に嵌合する嵌合部１１ｂとを有しており、ポリ
ゴンミラー１がこの試料台１１上に嵌合載置されるよう
になっている。

【００１６】取付け台５の上面には、油圧シリンダ装置
１２と、この油圧シリンダ装置１２のピストンロッド１
３の先端に連続したスライドコア１４とからなる光学面
押圧装置１５が、ポリゴンミラー１の光学面２の数だ
け、各光学面２と直角方向に向けて設けてある。そして
各スライドコア１４の端面の形状は各光学面２の表面形
状と同一になっていると共に、その表面が鏡面仕上げさ
れている。

【００１７】次に上記構成の冷却治具の作用を説明す
る。まず加熱ヒータ６にて取付け台５及び、これの上に
載置した冷却用台７を加熱し、この冷却用台７の温度が
所望の温度、すなわち、この冷却用台７上のスライドコ
ア１４の温度がポリカボネートの熱変形温度より１０℃
高い、１３８℃となる温度に加熱する。このときの温度
は、冷却用台７に内蔵した温度センサ１６にて検出し、
この検出値に基づいて加熱ヒータ６を制御することによ
り調節される。

【００１８】スライドコア１４が所望の温度になった状
態で冷却用台７にポリゴンミラー１をセットする。この
ポリゴンミラー１のセットは、ガイドロッド１０に嵌合
している試料台１１上にポリゴンミラー１を、これの圧
縮部３を嵌合して載せ、その状態で試料台１１を降ろし
て行なう。これによりポリゴンミラー１はガイドロッド
１０と同心状に、かつ各光学面２が光学面押圧装置１５
のスライドコア１４の端面に対向してセットされる。ま
たこのときポリゴンミラー１の穴４及び下面は試料台１
１とは非接触状態となる。

【００１９】上記のようにしてポリゴンミラー１を冷却
用台７にセットした状態で、各光学面押圧装置１５の油
圧シリンダ装置１２を作動して各スライドコア１４の端
面をポリゴンミラー１の光学面２に接触させる。これに
より各光学面２は熱変形温度より１０℃高い温度に加熱
される。この状態で、ポリゴンミラー１は各スライドコ
ア１４に押されて、その取付け位置が各光学面押圧装置
１５に対して補正される。

【００２０】ついで各光学面押圧装置１５の各油圧シリ
ンダ装置１２に均等量の圧油を供給して各光学面２に均
等の押圧力を作用させる。このときの圧縮力は図５
（ａ）に示すように、ｔ₁ ，ｔ₂ ，ｔ₃ の短かい時間内
にＰ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ と３段階に変化させて所定の圧縮力
Ｐ₃ の上昇保持させる。この状態で、各光学面２はそれ
ぞれ上記温度（１３８℃）にて加熱されながら３メガパ
スカル（ＭＰａ）の力にて圧縮され、この間に光学面２
の表面層近傍の内部応力が緩和される。このときの圧縮
時間は約５分である。そしてこの間にわたって図５
（ｂ）に示すように、冷却用台７の温度を一定（１３８
℃）に保つ。

【００２１】約５分経過してポリゴンミラー１の光学面
表面層近傍の内部応力が緩和し終えると思われる時点ｔ
₄ になったら、加熱ヒータ６の温度調節により、冷却用
台７の温度をｔ₄ （１３８℃）からｔ₆ （約５０℃）に
なるまで徐々に、例えば１５分かけて降下させる。

【００２２】これと同時に、光学面押圧装置１５による
圧縮力も、この間に、ｔ₄ ，ｔ₅ ，ｔ₆ の３段階に降下
し、ｔ₆ の時点でポリゴンミラー１を冷却治具より取り
出す。

【００２３】上記のように圧縮力を３段階にわけて増加
する理由は、第１に、ポリゴンミラー１を冷却用治具に
取付け時に発生するわずかな位置ずれをスライドコア１
４の移動によって補正するためであり、第２に、冷却用
治具の熱が充分に伝わらないうちに高い圧縮力を与える
と塑性変形による歪みが発生することがあり、それよ予
防する。

【００２４】また、同様に、Ｐ₃ の所定の圧縮力から３
段階でこの圧縮力を減少する理由は、冷却治具の温度が
低下するに伴って、ポリゴンミラー１が固化しているの
にもかかわらず高い圧縮力を与えると、塑性変形による
歪みが発生することがあり、それを予防するためであ
る。

【００２５】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものではなく、種々の小設
計変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施例
において、対象とするプラスチックポリゴンミラーを６
面体のかわりに４面体もしくは多面体を採用すること
や、プラスチックポリゴンミラー光学面が平面ではなく
球面もしくは非球面の場合もスライドコアの光学鏡面の
形状をポリゴンミラーの光学面の形状に合わせて使うこ
とや、スライドコアを押す駆動源に油圧シリンダのかわ
りに空気圧シリンダやモータを使った駆動装置にした
り、図６に示すように、駆動装置を使わずにくさび型構
造を採用することや、プラスチックポリゴンミラーの材
料をポリカーボネートから非晶質ポリオレフィンに替え
て使うことや、冷却用治具と別の構成の加熱ヒータを冷
却治具に加熱ヒータを内蔵させた一体化して使うこと
や、冷却治具の圧縮力の圧力変化を３段階ではなく成形
体の形状によって多数段化や２段階や１段階化にするこ
とも可能である。

【００２６】図６にて示すくさび型構造のものは、ポリ
ゴンミラー１の光学面２に対向するスライドコア１４′
を上板１７に対して上動する底板１８のくさび片１９に
て押動するようになっている。

【００２７】

【発明の効果】本発明方法によれば、射出圧縮成形され
たプラスチックポリゴンミラー１の光学面２の表面層近
傍の内部応力が緩和されて、内部応力による不均一な収
縮変形が発生することなく冷却され、成形後の光学面２
の平面度が従来の２μｍに対して０．３２μｍ以下に向
上することができた。

【００２８】また上記方法を実施する冷却治具によれ
ば、多面体状のプラスチックポリゴンミラー１の各光学
面２を均等の圧縮力にて押圧することができ、各光学面
を均質にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は６角形状をしたプラスチックポリゴ
ンミラーを示す平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図２】 （ａ）はコーナー部に内部応力の集中がある
場合、（ｂ）はコーナー部への内部応力の集中が少ない
場合、（ｃ）は光学面の変形例を示すそれぞれプラスチ
ックポリゴンミラーの平面図である。

【図３】 （ａ）は本発明に係る冷却治具を示す平面
図、（ｂ）はその断面図であり、それぞれ右半分はスラ
イドコアを閉じた状態を、左半分はスライドコアを開け
た状態で示す。

【図４】 ポリゴンミラーを試料台上に載せた状態を示
す一部破断面図である。

【図５】 （ａ）は冷却用治具の圧縮力変化を示す線
図、（ｂ）は冷却用治具の温度変化を示す線図である。

【図６】 本発明装置の他例を示す断面図である。

【符号の説明】

１…プラスチックポリゴンミラー、１ａ…非圧縮部、２
…光学面、３…圧縮部、４…穴、５…取付け台、６…加
熱ヒータ、７…冷却用台、８…位置決め突起、９…試料
台用穴、１０…ガイドロッド、１１…試料台、１１ａ…
筒部、１２…油圧シリンダ装置、１３…ピストンロッ
ド、１４，１４′…スライドコア、１５…光学面押圧装
置、１６…温度センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチックにて成形されたプラスチッ
   クポリゴンミラーの光学面に、このプラスチックポリゴ
   ンミラーの構成材料の熱変形温度以上に昇温した光学鏡
   面を有するコア面を一定時間接触させて圧縮力を与え、
   その後冷却することを特徴とするプラスチックポリゴン
   ミラーの冷却方法。
2. 【請求項２】 プラスチックポリゴンミラーの光学面に
   対するコア面による圧縮力が、付加開始時に多段的に増
   加し、付加終了時に多段的に減少し、及びコア面の温度
   がコア面による圧縮力の付加終了時に連続的に減少する
   ことを特徴とする請求項１記載のプラスチックポリゴン
   ミラーの冷却方法。
3. 【請求項３】 プラスチックポリゴンミラーの各光学面
   に均一な圧縮力を与えるコア面を有する光学面押圧手段
   と、この光学面押圧手段のコア面をプラスチックポリゴ
   ンミラーの構成材料の熱変形温度以上に加熱する加熱手
   段とからなることを特徴とするプラスチックポリゴンミ
   ラーの冷却治具。