JPH1172738A - 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かじり
や摩耗を防ぐ。 【解決手段】 回転多面鏡１は回転スリーブ３と一体的
に結合され、ロータ５とステータ８からなるモータによ
って回転駆動される。回転スリーブ３は動圧発生溝２１
〜２３を有する固定軸２に嵌合して空気軸受を構成す
る。固定軸２の動圧発生溝２１〜２３は、それぞれ、３
個の軸方向の単一平面２０ａ〜２０ｃからなり、少なく
とも回転方向上流側の単一平面２０ｃに、固定軸２の円
筒面との間のエッジ部を平滑化してかじりや摩耗を防ぐ
ためのダレ部２０ｔが設けられる。

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（レーザ
光）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４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、このように軸方向にのびる動圧
発生溝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】加えて、モータの起動時や停止時等におい
ては、動圧が不充分であるために回転スリーブと固定軸
の間に空気膜が形成されず、回転スリーブが固定軸に接
触して回転する状態となるが、このとき、各動圧発生溝
を構成する軸方向の溝や平面部分の端縁、すなわち固定
軸の円筒面との境界のエッジ部でかじりや摩耗が生じ
る。その結果、軸受の寿命が著しく短縮するという未解
決の課題もある。

【００１１】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。

【００１２】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、低い回転数でも安定した軸受
性能を得ることができるうえに、起動時や停止時のかじ
りや摩耗を効果的に防ぐ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。

【００１３】

【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
動圧発生溝が、少なくとも回転方向上流側のエッジ部を
平滑化するダレ部を備えていることを特徴とする。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】

【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に
おいて、少なくとも、回転方向上流側の一端を平滑化す
るダレ部を設けることで、モータ等駆動手段の起動時や
停止時にかじりや摩耗が生じるのを防ぐことができる。
これによって、軸受を大幅に長寿命化できる。

【００１７】また、動圧発生溝の他端にも同様のダレ部
を設けるとともに、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。

【００１８】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。

【００１９】

【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。

【００２０】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を立設したものであ
る。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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【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。

【００２５】このような３個の単一平面２０ａ〜２０ｃ
の溝加工においては、一般的な縦溝加工と同様のメッシ
ュの砥石を用いた砥削等によって、まず中央の単一平面
２０ａを所定の溝の深さｈ_a で加工し、続いて両側の単
一平面２０ｂ，２０ｃを中央の溝の深さｈ_a より浅い深
さｈ_b ，ｈ_c に加工する。結果的に、中央の単一平面２
０ａの溝の深さｈ_a が最大となる。すなわち、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、

【００２６】

【数１】 の関係が成立する。

【００２７】従って、矢印で示すように回転スリーブ３
が反時計方向に回転するときは、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の残りの
円筒面に向かって徐々に縮小するいわゆるくさび効果に
よって、比較的低い回転数でも大きな動圧が発生し、ま
た、固定軸２の真円度が低くても安定した動圧を得るこ
とができる。これによって軸受を長寿命化し、かつ軸受
性能を安定させることができる。

【００２８】ところが、矢印で示す回転方向上流側の単
一平面２０ｃにおいては上記のくさび効果による動圧が
生じないため、モータの起動時や停止時等の低速回転時
には固定軸２と回転スリーブ３が接触して、単一平面２
０ｃのエッジ部でかじりや摩耗が発生しやすい。そこ
で、回転スリーブ３の回転方向上流側に位置する各動圧
発生溝２１〜２３の一端、すなわち単一平面２０ｃのエ
ッジ部（端縁）を平滑化するための、いわゆるダレ部２
０ｔを形成する。

【００２９】ダレ部２０ｔの加工には、前述の溝加工と
同様の研削や、これより細かいメッシュの砥石を用いた
スパーク加工気味の研削、あるいは遊離砥粒を用いた研
磨加工等の公知の方法を採用するとよい。

【００３０】このように、各動圧発生溝２１〜２３の回
転方向上流側の単一平面２０ｃの端縁にダレ部２０ｔを
設けることで、モータの起動時や停止時に動圧が不充分
となって発生するかじりや摩耗を大幅に低減し、軸受の
長寿命化に大きく貢献できる。

【００３１】また、各動圧発生溝２１〜２３の回転方向
上流側の単一平面２０ｃの端縁のみにダレ部２０ｔを設
けたのでは、回転方向が逆向きになったときに反対側の
端縁でかじりや摩耗が発生する。そこで、各動圧発生溝
２１〜２３の回転方向下流側の単一平面２０ｂのエッジ
部にも同様のダレ部２０ｔを設ける。このように各動圧
発生溝２１〜２３がその両端にダレ部２０ｔを有し、中
央の単一平面２０ａを挟んで左右対称であれば、回転方
向が正、逆いずれであっても同様の軸受性能を確保でき
る。

【００３２】加えて、図１の（ｂ）に示すように、回転
方向下流側の単一平面２０ｂのダレ部２０ｔにおいて
は、単一平面２０ｂとの間のくさび効果による付加的な
動圧が発生し、固定軸２と回転スリーブ３の間の空気膜
の動圧をより一層大きくすることができるという利点が
ある。

【００３３】このようにして空気膜の動圧を増大させる
ことで、軸受をより一層長寿命化し、より安定した軸受
性能を得ることができる。

【００３４】各ダレ部２０ｔの幅は、固定軸２の中心角
Ａが１〜５°の範囲の円周部分に相当するように選定す
るのが望ましい。

【００３５】中心角５°以上になると、動圧発生溝２１
〜２３の本来の動圧発生効果が損なわれたり、ダレ部２
０ｔの加工が難しくなる等の問題が生じる。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】本実施の形態によれば、上記のように、固
定軸の形状精度や回転スリーブ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うえに、モータの起動
時や停止時等の低速回転時に生じるかじりや摩耗を低減
することで、軸受の長寿命化等に大きく貢献できる。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】図３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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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帯電装置、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装置等が配
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。

【００４７】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、書き込み開始位置（書き出
し位置）を制御するための書き込み開始信号を出力す
る。

【００４８】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
ら与えられる書き込み開始信号に同期して送信される。

【００４９】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。

【００５０】

【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。

【００５１】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。

【００５２】加えて、モータの起動時や停止時における
軸受のかじりや摩耗等のトラブルを低減できる。これに
よって、軸受性能を大幅に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。

【００５３】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】走査光学装置全体を説明する図である。

【図４】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 単一平面 ２０ｔ ダレ部 ２１〜２３ 動圧発生溝

Claims (4)

【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、前記動圧発生溝が、少
   なくとも回転方向上流側のエッジ部を平滑化するダレ部
   を備えていることを特徴とする走査光学装置。
2. 【請求項２】 動圧発生溝のダレ部が、軸部材の中心角
   １〜５°の範囲内の円周部分に設けられていることを特
   徴とする請求項１記載の走査光学装置。
3. 【請求項３】 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または２記載の走査光学装置。
4. 【請求項４】 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ないし３いずれか１項記載の走査光学装置。