JPH1123994A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転多面鏡を回転支持する空気軸受の軸受性
能を安定させ、長寿命化する。 【解決手段】 回転多面鏡１と一体的に結合させた回転
スリーブ３は、軸方向の動圧発生溝２１，２２等を有す
る固定軸２に嵌合して空気軸受を構成する。各動圧発生
溝２１，２２等は、３個の単一平面２０ａ〜２０ｃを有
し、中央の単一平面２０ａにおける溝の深さｈ_a は残り
の単一平面２０ｂ，２０ｃにおける溝の深さｈ_b ，ｈ_c
より大である。回転方向が矢印で示す方向であっても、
この逆であっても、くさび効果によって充分な動圧が得
られる。

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
る走査光学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走査光学装置は、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、得られた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】近年では走査光学装置の高速化が進み、回
転多面鏡のより一層の高速化や回転性能の向上が望まれ
ている。このような要求を満たすために、回転多面鏡の
軸受部に空気軸受を用いたものが開発されている。

【０００４】図５は一従来例による走査光学装置の主要
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１０
３ａにロータ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１０８
を励磁することで、ロータ１０４と回転多面鏡１０１を
一体的に回転させる。

【０００５】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
する磁気反発力によって回転スリーブ１０３をスラスト
方向に支持する。

【０００６】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。

【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、前述の空気軸受は、回転スリーブと固
定軸の間に形成される空気膜の動圧によって、両者を非
接触に保つものであるが、回転スリーブと固定軸のそれ
ぞれの円筒面の間に空気膜が形成されるだけであるため
に、前記動圧が安定せず、回転スリーブが固定軸に接触
してかじりや摩耗が発生しやすいという未解決の課題が
ある。

【０００８】また、空気軸受の動圧を安定させるため
に、固定軸の外周面に３個の軸方向の溝を設けたものも
開発されている。これは切削等の公知の加工方法によっ
て、固定軸の軸方向に３個の直線状の溝あるいは平面部
分を設けたもので、公知のヘリングボーン溝等と同様に
軸受性能を安定させる動圧発生溝として機能する。

【０００９】ところが、このように３個の軸方向にのび
る溝等を固定軸の外周面に形成した場合でも、固定軸の
真円度等（形状精度）が低くなると、回転方向によって
は著しい動圧のバラつきを生じる。このように動圧が一
定しないと、安定した軸受性能を得るための必要回転数
が変化して、特に軸受の寿命に大きく影響するという不
都合がある。

【００１０】なお、一般的に空気軸受は、空気膜を形成
するための必要回転数が低いほど軸受性能が安定し、寿
命が長くなることが知られている。

【００１１】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、回転多面鏡を回転支
持する空気軸受において、低い回転数でも回転方向に依
存することなく一定の動圧を発生させて、軸受性能を安
定させることができる高性能で軸受の寿命の長い走査光
学装置を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【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、本発明の走査光学装置は、光ビームを反射する回
転多面鏡と、該回転多面鏡を回転自在に支持する空気軸
受と、前記回転多面鏡を回転駆動する駆動手段を有し、
前記空気軸受が、軸方向にのびる動圧発生溝を有する軸
部材とこれに嵌合するスリーブ部材を備えており、前記
動圧発生溝の深さが、該動圧発生溝の幅方向にその中央
において最大になるように増減していることを特徴とす
る。

【００１３】軸部材の動圧発生溝が、前記軸部材の周方
向に等間隔で少なくとも３個配設されているとよい。

【００１４】軸部材の動圧発生溝が、互に隣接する少な
くとも３個の軸方向の単一平面を有し、これらのうちで
中央に位置する単一平面の深さが最大であるとよい。

【００１５】

【作用】軸部材の軸方向にのびる動圧発生溝は、軸部材
の外周面を軸方向に直線状に切除して直線溝や複数の単
一平面からなる平面部分を形成するだけですむ。従っ
て、加工が簡単で、へリングボーン溝等のように加工コ
ストが高騰するおそれもない。このような動圧発生溝を
軸部材の周方向に等間隔で３個以上配設する。各動圧発
生溝の幅方向の中央において溝の深さが最大になるよう
に、例えば、中央の単一平面の深さを両端の単一平面の
深さより大きく設定しておけば、回転多面鏡の回転方向
が時計方向、反時計方向いずれであっても、軸受間隙の
寸法が徐々に縮小するくさび効果によって大きな動圧を
発生させることができる。

【００１６】低い回転数で充分な動圧を安定して得るこ
とができるため、軸部材とスリーブ部材の間に空気膜を
形成させるための必要回転数も低くなり、空気軸受の寿
命が長くなって軸受性能も安定する。

【００１７】これによって、回転多面鏡の回転性能を向
上させるとともに、走査光学装置の長寿命化に大きく貢
献できる。

【００１８】

【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。

【００１９】図１は一実施の形態による走査光学装置の
主要部を示すもので、これはレーザビーム等の光ビーム
を反射する反射面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、これと一体的に設けられた
フランジ部材４にロータ５を固着し、押えバネ６によっ
て回転多面鏡１をフランジ部材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７
ａを支持させ、これにステータ８を立設したもので、ロ
ータ５とステータ８は、回転多面鏡１を回転させる駆動
手段であるモータを構成し、ステータ８を励磁すること
で、ロータ５と回転多面鏡１を一体的に回転させる。

【００２０】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、永久磁石９ａ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。

【００２１】また、第１の永久磁石９ａの外周面は、モ
ータハウジング７に固定された第３の永久磁石９ｃの内
周面に対向している。第１、第２の永久磁石９ａ，９ｂ
は回転スリーブ３の軸方向に互に磁極が逆向きになるよ
うに着磁されており、両者の磁気反発力によって、回転
スリーブ３の下端をモータハウジング７に対して非接触
に支持するスラスト軸受を構成する。第３の永久磁石９
ｃは第１の永久磁石９ａと同方向に着磁され、前記スラ
スト軸受に予圧を与えて回転スリーブ３の軸方向の位置
を安定させる働きをする。

【００２２】すなわち、回転多面鏡１は、第１、第２の
永久磁石９ａ，９ｂの間に作用する磁気反発力と第１、
第３の永久磁石９ａ，９ｃの間に作用する軸方向の磁気
反発力によって所定の高さに安定して非接触で支持され
る。

【００２３】また、回転スリーブ３の開口端は、ふた部
材１０によって閉塞され、固定軸２の上端に空気だまり
１０ａを形成する。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。このようなエアダンパーの働きに
よって回転スリーブ３の軸方向の変位を防ぎ、回転多面
鏡１を安定して回転させることができる。ふた部材１０
の中心部には空気抜き穴１０ｂが設けられており、該空
気抜き穴１０ｂは、固定軸２に対する回転スリーブ３の
組み付け後にビス１０ｃによって封止される。

【００２４】固定軸２の外周面には、回転スリーブ３と
の間に形成される空気膜の動圧を増大させるための３個
の軸方向の動圧発生溝２１〜２３が形成されている。こ
れらは、図２に示すように固定軸２の周方向に等間隔で
配設され、各動圧発生溝２１〜２３は、図１の（ｂ）に
示すように、固定軸２の円筒面を所定の幅で軸方向に帯
状に切除することによって得られた３個の単一平面２０
ａ〜２０ｃからなる。これらの単一平面２０ａ〜２０ｃ
による溝の深さｈ_a 〜ｈ_c は、中央の単一平面２０ａに
おける溝の深さｈ_a が両側の単一平面２０ｂ，２０ｃに
おける溝の深さｈ_b ，ｈ_c より大であり、各動圧発生溝
２１〜２３の幅方向の中央において溝の深さが最大にな
るように構成されている。

【００２５】なお、一般的には、固定軸２と回転スリー
ブ３は、両者の摩擦やゴミ等の侵入によるかじり等を低
減するために高強度窒素ケイ素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）等のセラ
ミック材料で作られており、フランジ部材４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３に固着される。ロータ５の端面は、フランジ部材４
のフランジ部の下面に当接され、フランジ部材４の筒状
部分の外周面とロータ５の内周面の間に介在する接着剤
によってフランジ部材４に接着されている。

【００２６】また、ふた部材１０は、アルミニウム、ス
テンレス等の金属や樹脂によって作られており、接着等
の公知の方法で回転スリーブ３の上端に固着される。

【００２７】固定軸２は上記のようにセラミック材料で
作られており、従って、加工性が低く、その外周面にヘ
リングボーン溝等の複雑な動圧発生溝を加工するのは難
しいが、各動圧発生溝２１〜２３は、固定軸２の円筒面
を単に軸方向に帯状に切除するだけで得られる。固定軸
２の動圧発生溝２１〜２３は、前述のように、それぞれ
３個の単一平面２０ａ〜２０ｃによって形成され、各単
一平面２０ａ〜２０ｃにおける溝の深さｈ_a 〜ｈ_c の間
には、

【００２８】

【数１】 の関係があり、従って、各単一平面２０ａ〜２０ｃにお
ける軸受間隙の寸法ｇ_a〜ｇ_c と動圧発生溝２１〜２３
以外の固定軸２の円筒面における軸受間隙の寸法ｇ_r と
の間には、

【００２９】

【数２】 が成立する。

【００３０】各動圧発生溝２１〜２３の幅方向の中央に
おいて溝の深さが最大であるため、例えば回転スリーブ
３が反時計方向に回転するときには、図１の（ｂ）に示
すように、軸受間隙の寸法が単一平面２０ａから単一平
面２０ｂを経て固定軸２の円筒面に向かってｇ_a ＞ｇ_b
＞ｇ_r と徐々に縮小するいわゆるくさび効果によって大
きな動圧を発生させることができる。

【００３１】また、図１の（ｂ）に示す方向と逆に時計
方向に回転スリーブ３が回転すると、軸受間隙の寸法が
単一平面２０ａから単一平面２０ｃを経て固定軸２の円
筒面に向かってｇ_a ＞ｇ_c ＞ｇ_r と徐々に縮小するくさ
び効果のために前述と同様に大きな動圧を発生させるこ
とができる。

【００３２】このように、各動圧発生溝２１〜２３を構
成する３個の単一平面２０ａ〜２０ｃのうちで、中央の
単一平面２０ａを両端の単一平面２０ｂ，２０ｃより深
くすることで得られるくさび効果による動圧は、３個の
単一平面が同じ深さである場合の動圧に比べてはるかに
大であり、固定軸２の真円度等の形状精度が低い場合で
も、動圧に与える影響は少なくてすむ。

【００３３】加えて、回転スリーブ３の回転方向が時計
方向、反時計方向のいずれであっても同様のくさび効果
が得られるため、従来例のように回転スリーブの回転方
向によって動圧が大きくバラつく等の不都合もない。

【００３４】すなわち、固定軸２の形状精度や回転スリ
ーブ３の回転方向にかかわらず安定した動圧を得ること
ができるため、動圧軸受に空気膜が形成されるための必
要回転数を低くして、軸受の長寿命化と軸受性能の安定
化に大きく貢献できる。

【００３５】回転多面鏡の軸受部をこのように長寿命化
しかつ高性能化することで、高性能であってしかもラン
ニングコストの低い走査光学装置を実現できる。

【００３６】なお、各動圧発生溝を構成する単一平面の
数は３個に限定されることなくいくつでもよい。

【００３７】図３は５個の単一平面３０ａ〜３０ｅから
なる動圧発生溝を用いた場合を示すものである。この場
合は、中央の単一平面３０ａの溝の深さｈ_a と、その両
側の単一平面３０ｂ〜３０ｅの溝の深さｈ_b 〜ｈ_e の間
には、

【００３８】

【数３】 の関係が成立するように構成する。

【００３９】各単一平面３０ａ〜３０ｅにおける軸受間
隙の寸法ｇ_a 〜ｇ_e と、固定軸の残りの円筒面における
軸受間隙の寸法ｇ_r の間には、回転スリーブの回転方向
が反時計方向であればｇ_a ＞ｇ_b ＞ｇ_d ＞ｇ_r と徐々に
縮小するため、くさび効果による大きな動圧が発生し、
回転スリーブの回転方向が上記と逆であれば、同様に、
ｇ_a ＞ｇ_c ＞ｇ_e ＞ｇ_r と徐々に縮小するため、くさび
効果による大きな動圧が発生する。このようにして、前
述と同様に、空気膜が形成されるための必要回転数を低
くして、軸受の長寿命化と軸受性能の安定化に貢献でき
る。

【００４０】図４は走査光学装置全体を示すもので、こ
れは、レーザビーム等の光ビーム（光束）を発生する光
源５１と、前記光ビームを回転多面鏡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５
３に結像させる。結像レンズ系５２は球面レンズ５２
ａ、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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】

【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。

【００４９】回転多面鏡を回転支持する空気軸受におい
て、低い回転数でも回転方向に依存することなく一定の
動圧を発生させて、安定した軸受性能を得ることができ
る。これによって回転多面鏡の回転性能を向上させると
ともに、軸受の長寿命化に大きく貢献できる。

【００５０】このような走査光学装置を搭載すること
で、画像形成装置の高性能化やメンテナンスのコストの
低減等に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態による走査光学装置を示すもの
で、（ａ）はその主要部を示す模式部分断面図、（ｂ）
は（ａ）の動圧発生溝を拡大して示す拡大部分断面図で
ある。

【図２】図１の装置の固定軸の動圧発生溝の配置を説明
する図である。

【図３】一変形例による動圧発生溝を示す拡大部分断面
図である。

【図４】走査光学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 ５ ロータ ６ 押えバネ ８ ステータ ２０ａ〜２０ｃ，３０ａ〜３０ｅ 単一平面 ２１〜２３ 動圧発生溝

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、該回
   転多面鏡を回転自在に支持する空気軸受と、前記回転多
   面鏡を回転駆動する駆動手段を有し、前記空気軸受が、
   軸方向にのびる動圧発生溝を有する軸部材とこれに嵌合
   するスリーブ部材を備えており、前記動圧発生溝の深さ
   が、該動圧発生溝の幅方向にその中央において最大にな
   るように増減していることを特徴とする走査光学装置。
2. 【請求項２】 軸部材の動圧発生溝が、前記軸部材の周
   方向に等間隔で少なくとも３個配設されていることを特
   徴とする請求項１記載の走査光学装置。
3. 【請求項３】 軸部材の動圧発生溝が、互に隣接する少
   なくとも３個の軸方向の単一平面を有し、これらのうち
   で中央に位置する単一平面の深さが最大であることを特
   徴とする請求項１または２記載の走査光学装置。