JPH10227989A - 光偏向走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラジアル空気軸受の動圧の変化を防ぐ。 【解決手段】 回転多面鏡１は、座金４を介してロータ
マグネット５と一体的に結合され、ロータマグネット５
とステータコイル８からなるモータによって回転する。
回転多面鏡１と一体である回転スリーブ３はテーパー状
の嵌合穴を有し、これに、固定軸２のテーパー状の軸部
が嵌合してラジアル空気軸受を構成する。回転多面鏡１
の回転速度が上昇してラジアル空気軸受の動圧が増加す
ると、そのスラスト方向の成分による回転スリーブ３の
浮上量も増加し、固定軸２との間のクリアランスが増大
して、動圧の変化を相殺する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームプリ
ンタやレーザファクシミリ等の画像形成装置に用いられ
る光偏向走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームプリンタやレーザファクシ
ミリ等の画像形成装置に用いられる光偏向走査装置は、
高速回転する回転多面鏡によってレーザビーム等の光ビ
ームを反射させる。このようにして得られた回転多面鏡
の走査光を回転ドラム上の感光体に結像させて静電潜像
を形成する。次いで、感光体の静電潜像を現像装置によ
ってトナー像に顕像化し、これを記録紙等の記録媒体に
転写して定着装置へ送り、記録媒体上のトナーを加熱定
着させることで印刷（プリント）が行なわれる。

【０００３】図５は一従来例による光偏向走査装置の主
要部を示すもので、これは、固定軸１０２に嵌合する回
転スリーブ１０３に座金１０３ａを一体化して該座金１
０３ａにロータマグネット１０４を固着し、回転多面鏡
１０１を押えバネ１０５によって座金１０３ａに押圧し
てこれと一体的に結合させるとともに、固定軸１０２を
固定したモータハウジング１０６にモータ基板１０７を
支持させたもので、モータ基板１０７上に立設されたス
テータコイル１０８を励磁することで、ロータマグネッ
ト１０４と回転多面鏡１０１を一体的に回転させる。

【０００４】回転スリーブ１０３はその回転によって固
定軸１０２との間に空気膜を形成し、固定軸１０２に非
接触で回転するラジアル空気軸受を構成する。回転スリ
ーブ１０３の下端には第１の永久磁石１０９ａが固着さ
れ、永久磁石１０９ａはモータハウジング１０６と一体
である第２の永久磁石１０９ｂに対向している。第１、
第２の永久磁石１０９ａ，１０９ｂは、両者の間に発生
する磁気反撥力によって回転スリーブ１０３の下端をそ
の軸方向に支持し、モータハウジング１０６に対して非
接触に保つスラスト軸受を構成する。

【０００５】なお、回転多面鏡１０１を座金１０３ａに
押圧する押えバネ１０５は、座金１０３ａの側面に組み
付けられた皿形のバネであり、その内周縁が座金１０３
ａの環状溝に係止され、外周縁が回転多面鏡１０１の上
面に押圧される。

【０００６】ラジアル空気軸受を構成する固定軸１０２
および回転スリーブ１０３は、両者の間の摩擦を低減
し、ゴミ等の侵入によるかじり等を防ぐために、高強度
窒化ケイ素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）等のセラミック材料で作られ
ている。また、座金１０３ａは、アルミニウムや黄銅等
の金属製で、焼きばめによって回転スリーブ１０３に一
体化され、ロータマグネット１０４は接着等の方法で座
金１０３ａに固定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、固定軸と回転スリーブの間を非接触に
保つための空気膜の動圧が、回転スリーブすなわちモー
タの回転数によって著しく変化する。従って、回転多面
鏡を起動するときや停止するときの低速回転時に充分な
動圧が得られるように固定軸と回転スリーブのクリアラ
ンスを比較的小さく設定すると、回転多面鏡の定常回転
時にはラジアル空気軸受の動圧が大きくなりすぎて、該
軸受の粘性抵抗等によるエネルギー損失が増大し、モー
タの消費電力の上昇や発熱による様々なトラブルを招く
という不都合がある。

【０００８】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、モータの回転速度が
変わってもラジアル空気軸受の動圧が著しく変化するこ
となく、回転多面鏡の回転性能の向上と、モータの消費
電力の低減や発熱防止等に大きく貢献できる光偏向走査
装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の光偏向走査装置は、光ビームを反射する回
転多面鏡と、これを回転自在に支持するラジアル空気軸
受と、前記回転多面鏡を回転させるモータを有し、前記
ラジアル空気軸受が、テーパー状の嵌合穴を有するスリ
ーブ部材と、前記嵌合穴に嵌合するテーパー状の軸部を
有する軸部材によって構成されていることを特徴とす
る。

【００１０】回転多面鏡を覆うキャップが設けられてい
てもよい。

【００１１】

【作用】ラジアル空気軸受を構成するスリーブ部材と軸
部材の間のクリアランスが不変であると、回転多面鏡の
回転数の変化とともにラジアル空気軸受の動圧が増減
し、回転多面鏡の回転が不安定になったり、モータの消
費電力の増加や発熱等のトラブルを発生する。そこで、
スリーブ部材と軸部材の嵌合部をテーパー状にして、回
転数の増加とともに、ラジアル空気軸受の動圧の軸方向
の成分によってスリーブ部材と軸部材が相対的に移動し
て、両者のクリアランスが大きくなるように構成する。
このように、モータの回転数の増加とともにラジアル空
気軸受のクリアランスが大きくなれば、動圧の増加分が
自動的に相殺されるため、モータの発熱や消費電力が増
える等のトラブルを回避できる。

【００１２】回転多面鏡の起動時や停止時等の低速回転
状態でかじり等を発生することなく円滑に回転するよう
に設計しておけば、定常回転時でも自動的にラジアル空
気軸受の動圧が調節され、安定した回転性能を得ること
ができるうえに、モータの消費電力の増大や発熱等によ
るトラブルを起こすおそれもない。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１４】図１は一実施例による光偏向走査装置の主
要部を示すもので、これは、外周面に反射面１ａを備え
た回転多面鏡１を有し、その駆動部は、軸部材である固
定軸２にスリーブ部材である回転スリーブ３を嵌合し、
該回転スリーブ３と一体的に設けられた座金４にロータ
マグネット５を固着し、回転多面鏡１を押えバネ６によ
って座金４に押圧するとともに、固定軸２を固定したモ
ータハウジング７にモータ基板７ａを支持させ、これ
に、前記ロータマグネット５とともにモータを構成する
ステータコイル８を立設したものである。ステータコイ
ル８を励磁することで、ロータマグネット５と回転多面
鏡１を一体的に回転させる。

【００１５】回転スリーブ３はその回転によって固定軸
２との間に空気膜を形成し、固定軸２に非接触で回転す
るラジアル空気軸受を構成する。回転スリーブ３の下端
には第１の永久磁石９ａが固着され、第１の永久磁石９
ａの下面が、モータハウジング７に固定された第２の永
久磁石９ｂの上面に対向している。

【００１６】第１、第２の永久磁石９ａ、９ｂは両者の
磁気反撥力によって、回転スリーブ３の下端をモータハ
ウジング７から浮上させる。

【００１７】回転スリーブ３の上端開口はふた部材１０
によって閉塞され、固定軸２の上端とふた部材１０の間
に空気だまり１０ａが形成される。回転スリーブ３の固
定軸２に対する軸方向の位置が変化すると、空気だまり
１０ａ内の空気が加圧または減圧され、回転スリーブ３
を元の位置に戻そうとする力が働く。すなわち、第１、
第２の永久磁石９ａ，９ｂによる磁気反撥力とともに、
回転多面鏡１の軸方向の変位を確実に防ぐのに役立つ。

【００１８】なお、ふた部材１０の中心部には空気抜き
穴が形成されており、これは、回転多面鏡１の駆動部の
組立終了後にビス１１によって塞がれる。

【００１９】固定軸２と回転スリーブ３のクリアランス
が不変であれば、回転多面鏡１の高速回転時には固定軸
２と回転スリーブ３の間の空気膜の動圧が不必要に大き
くなり、粘性抵抗の増大によるエネルギー損失を招く。
すなわち、モータの消費電力が増大し、発熱量も増加す
る。

【００２０】そこで、回転スリーブ３の内径をその軸方
向に徐々に縮小させてテーパー状の嵌合穴を設け、固定
軸２にも同様にテーパー状の軸部を設けて、これを回転
スリーブ３の嵌合穴に嵌合させる。このように回転スリ
ーブ３に設けられたテーパー状の嵌合穴に固定軸２のテ
ーパー状の軸部を嵌合させることで、回転スリーブ３が
固定軸２に対して相対的に軸方向へ移動したときに、両
者の間のクリアランスが増減するように構成する。

【００２１】回転多面鏡１が静止しているときは、永久
磁石９ａ，９ｂの間の磁気反撥力によって回転スリーブ
３の下端がモータハウジング７から所定量だけ浮上して
いる。回転多面鏡１の起動時には、ステータコイル８に
電流が供給され、ロータマグネット５と、ステータコイ
ル８の磁気的中心を一致させるような付勢力が作用する
ため、該付勢力と前記磁気反撥力がつり合う位置まで回
転スリーブ３が固定軸２に沿って下向きに移動し、図２
の（ａ）に示すように両者のクリアランスは数ミクロン
の設計値まで縮小して、低速回転時であっても充分な動
圧を発生させることができるように設計される。

【００２２】モータの回転数を上昇させると、固定軸２
と回転スリーブ３の間の空気膜の動圧が回転数の２乗に
比例して増大する。図２の（ｂ）に示すように、前記動
圧は、固定軸２の軸部のテーパー面に垂直に作用するも
のであり、スラスト方向の成分Ｐａによって回転スリー
ブ３を浮上させる働きをする。従って、高速回転時に固
定軸２と回転スリーブ３の間の空気膜の動圧が高くなる
と、そのスラスト方向の成分Ｐａによる回転スリーブ３
の浮上量が大きくなり、その結果、回転スリーブ３と固
定軸２のクリアランスが増大し、前記動圧の増加分が相
殺される。

【００２３】このように、回転数の増加とともに固定軸
２と回転スリーブ３の間のクリアランスが大きくなるた
め、回転多面鏡１の定常回転時でもラジアル空気軸受の
動圧が著しく増大するおそれはない。

【００２４】すなわち、回転多面鏡の回転数を変化させ
ても、ラジアル空気軸受の動圧を適正な値に保つことが
できるため、高速回転時に動圧が著しく増大してモータ
の消費電力が増大したり、モータの発熱量が増えたり、
あるいは低速回転時に回転不良を起こす等のトラブルを
効果的に回避することができる。

【００２５】例えば、固定軸２のテーパー状の軸部の下
端の直径が８ｍｍ、上端の直径が２ｍｍであって、起動
時のクリアランスが５μｍになるように設定されてお
り、回転数の増加に伴なう回転スリーブ３の浮上量が１
００μｍであれば、前記クリアランスは５μｍから１５
μｍに増大し、起動時の空気膜の動圧と高速回転時の空
気膜の動圧に大きな変化はない。

【００２６】本実施例によれば、回転多面鏡を起動する
ときや停止するときの低速回転時においても充分な動圧
を発生させて回転スリーブと固定軸の間を安定して非接
触に保つことができるうえに、回転多面鏡の定常回転時
においても動圧の増加によるエネルギー損失を防ぎ、消
費電力が増大したり、モータの発熱によるトラブルが発
生するのを防ぐことができる。

【００２７】なお、回転多面鏡の回転数の増加とともに
回転多面鏡が浮上するため、光偏向走査装置の運転中に
回転多面鏡の有効反射面が後述する光ビームの入射位置
からはずれることのないように、回転多面鏡の高さ等を
考慮する必要がある。

【００２８】図３は一変形例を示す。これは、回転多面
鏡１とその駆動部をキャップ１２に内蔵させたものであ
り、キャップ１２は、回転多面鏡１によって反射される
光ビームを入出射させるための窓１２ａを有する。回転
多面鏡１が回転すると、これに伴なってキャップ１２の
内部の空気が流動し、矢印Ａ₁ で示すように、キャップ
１２の窓１２ａから出入する。このとき、回転多面鏡１
の上面に沿って、矢印Ａ₂ で示すように径方向外向きの
空気流が発生するため、回転多面鏡１の上方の空間部に
負圧が生じて、回転多面鏡１が回転スリーブ３とともに
浮上する。

【００２９】回転多面鏡１の高速回転時には、このよう
なキャップ１２内の負圧による浮上量も加わるため、固
定軸２や回転スリーブ３のテーパー角度が小さくても動
圧の増加を回避することができる。

【００３０】本変形例によれば、設計上の制約等によっ
て固定軸や回転スリーブのテーパー角度が限定される場
合でも、キャップの寸法や窓の大きさ等を調節すること
で、固定軸と回転スリーブのクリアランスを常時最適寸
法に保つように設計することができるという利点が付加
される。

【００３１】なお、第１の永久磁石の上方に位置するよ
うに第３の永久磁石を設けて、両者の間に発生する付勢
力によって回転スリーブを押し下げるように構成すれ
ば、第２、第３の永久磁石によって第１の永久磁石を上
下両方から挟み込むことによって、モータの起動時や停
止時の回転多面鏡１の位置をより一層安定させることが
できる。

【００３２】図４は光偏向走査装置全体を示すもので、
これは、レーザ光等の光ビーム（光束）を発生する光源
５１と、前記レーザ光を回転多面鏡１の反射面１ａに線
状に集光させるシリンドリカルレンズ５１ａとを有し、
前記光ビームを回転多面鏡１の回転によって偏向走査
し、結像レンズ系５２を経て回転ドラム上の感光体５３
に結像させる。結像レンズ系５２は球面レンズ５２ａ、
トーリックレンズ５２ｂ等を有し、感光体５３に結像す
る点像の走査速度等を補正するいわゆるｆθ機能を有す
る。

【００３３】前記モータによって回転多面鏡１が回転す
ると、その反射面１ａは、回転多面鏡１の軸線まわりに
等速で回転する。前述のように光源５１から発生され、
シリンドリカルレンズ５１ａによって集光される光ビー
ムの光路と回転多面鏡１の反射面１ａの法線とがなす
角、すなわち該反射面１ａに対する光ビームの入射角
は、回転多面鏡１の回転とともに経時的に変化し、同様
に反射角も変化するため、感光体５３上で光ビームが集
光されてできる点像は回転ドラムの軸方向（主走査方
向）に移動する。

【００３４】結像レンズ系５２は、回転多面鏡１におい
て反射された光ビームを感光体５３上で所定のスポット
形状の点像に集光するとともに、該点像の主走査方向へ
の走査速度を等速に保つように設計されたものである。

【００３５】感光体５３に結像する点像は、回転多面鏡
１の回転による主走査と、感光体５３が回転ドラムの軸
まわりに回転することによる副走査に伴なって、静電潜
像を形成する。

【００３６】感光体５３の周辺には、感光体５３の表面
を一様に帯電するためのコロナ放電器、感光体５３の表
面に形成される静電潜像をトナー像に顕像化するための
現像装置、前記トナー像を記録紙に転写する転写用コロ
ナ放電器（いずれも不図示）等が配置されており、光源
５１から発生する光ビームによる記録情報が記録紙等に
プリントされる。

【００３７】検出ミラー５４は、感光体５３の表面にお
ける記録情報の書き込み開始位置に入射する光ビームの
光路よりも主走査方向上流側において光ビームを反射し
て、フォトダイオード等を有する受光素子５５の受光面
に導入する。受光素子５５はその受光面が前記光ビーム
によって照射されたときに、走査開始位置（書き出し位
置）を検出するための走査開始信号を出力する。

【００３８】光源５１は、ホストコンピュータからの情
報を処理する処理回路から与えられる信号に対応した光
ビームを発生する。光源５１に与えられる信号は、感光
体５３に書き込むべき情報に対応しており、処理回路
は、感光体５３の表面において結像する点像が作る軌跡
である一走査線に対応する情報を表す信号を一単位とし
て光源５１に与える。この情報信号は、受光素子５５か
ら与えられる走査開始信号に同期して送信される。

【００３９】なお、回転多面鏡１、結像レンズ系５２等
は光学箱５０に収容され、光源５１等は光学箱５０の側
壁に取り付けられる。光学箱５０に回転多面鏡１、結像
レンズ系５２等を組み付けたうえで、光学箱５０の上部
開口に図示しないふたを装着する。

【００４０】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００４１】モータの回転速度が変わってもラジアル空
気軸受の動圧が著しく変化することなく、従って、回転
多面鏡の低速回転時と定常回転時の双方において安定し
た回転性能を得ることができるうえに、モータの消費電
力の増加や発熱等によるトラブルを効果的に回避でき
る。このような光偏向走査装置を搭載することで、画像
形成装置の性能向上とランニングコストの低減に大きく
貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例による光偏向走査装置の主要部を示す
模式部分断面図である。

【図２】回転スリーブと固定軸のクリアランスを説明す
る図である。

【図３】一変形例を示す模式部分断面図である。

【図４】光偏向走査装置全体を説明する図である。

【図５】一従来例を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１ 回転多面鏡 ２ 固定軸 ３ 回転スリーブ ４ 座金 ５ ロータマグネット ６ 押えバネ ８ ステータコイル ９ａ，９ｂ 永久磁石 １０ ふた部材 １１ ビス １２ キャップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを反射する回転多面鏡と、これ
   を回転自在に支持するラジアル空気軸受と、前記回転多
   面鏡を回転させるモータを有し、前記ラジアル空気軸受
   が、テーパー状の嵌合穴を有するスリーブ部材と、前記
   嵌合穴に嵌合するテーパー状の軸部を有する軸部材によ
   って構成されていることを特徴とする光偏向走査装置。
2. 【請求項２】 スリーブ部材が、回転多面鏡と一体的に
   回転するように構成されていることを特徴とする請求項
   １記載の光偏向走査装置。
3. 【請求項３】 回転多面鏡を覆うキャップが設けられて
   いることを特徴とする請求項１または２記載の光偏向走
   査装置。