JPH06346921A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速且つ安定に回転する反射鏡を有する光走
査装置を実現する。 【構成】 光走査装置の軸受装置３０は、永久磁石３１
ａ、３１ｂと、鉄心３２１ａ、３２１ｂとコイル３２２
ａ、３２２ｂとからなる電磁石３２ａ、３２ｂと、コイ
ル３２２ａ、３２２ｂに印加する電圧を制御する電圧制
御回路３３から構成されている。そして、反射鏡２０の
回転数が上昇し、その回転数がある点を超えた時点にお
いて、電磁石３２ａ、３２ｂのコイル３２２ａ、３２２
ｂに印加する電圧を切り替えて、前記軸受装置３０の軸
受剛性を切り替える。その結果、コニカルモードとシリ
ンドリカルモードの共振周波数は、反射鏡２０の回転数
より十分低くなるので、これらの共振モードの影響によ
り、回転軸２２の振れ回りが励起されることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子計算機から送られ
てくる画像信号に応じて高速に印字出力する電子写真方
式の記録装置等において、レーザビーム等の光ビームを
画像信号に応じて偏向制御する光走査装置に関するもの
であり、さらに詳細には、光走査装置の軸受装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子計算機からの画像情報の
記録を担う記録装置として、電子写真方式の記録装置、
例えばレーザビームプリンタがよく用いられている。こ
の記録装置は、一般的には、画像情報に応じて光ビーム
を偏向制御し、感光体上を走査させる光走査装置と、感
光体を帯電する帯電装置と、前記光ビームにより感光体
上に形成された潜像を現像する現像装置と、この現像装
置により顕像化された画像を紙等の被記録媒体上に転写
定着する転写定着装置から構成されている。

【０００３】このような電子写真式記録装置に用いられ
る光走査装置は、反射鏡と、この反射鏡の回転軸を回転
可能に支持する軸受と、前記回転軸に接続され、反射鏡
を回転駆動するモータからなり、このモータにより反射
鏡を数千から１万ｒｐｍ程度で回転させることにより、
反射鏡の鏡面に入射される光ビームを偏向走査するよう
に構成されている。

【０００４】従来の電子写真式記録装置に用いられる光
走査装置においては、反射鏡の動バランスの調整や、反
射鏡と回転軸と軸受の回転中心軸合わせが十分精密に行
われていないと、上記動バランス不良や上記回転中心軸
ずれに起因する反射鏡の回転軸の軸ぶれが生じ、その結
果、感光体上を走査される光ビームの結像位置ずれが生
じるという問題があった。

【０００５】そこで、従来の光走査装置においては、反
射鏡の回転軸を１対の軸受剛性の高い堅固な軸受により
支持し、さらに、前記回転中心軸合わせを十分精密に行
って、強制的に回転軸の軸ぶれを抑制する方法が採用さ
れていた。

【０００６】さて、回転体には、その回転軸が振れ回る
シリンドリカルモードとコニカルモードと呼ばれる２種
類の共振モードを有することが知られている。そして一
般には、上記両共振モードの共振周波数は、回転体の質
量と、回転軸を支持する軸受の剛性によって決定され、
回転体の質量が小さいほど、あるいは軸受の剛性が高い
ほど、両共振周波数は高くなる。さらに、前記コニカル
モードの共振周波数は、回転体の回転数が高いほど、高
くなる。

【０００７】それ故、反射鏡の回転数が余り高くない従
来の光走査装置においては、上述のように、剛性の高い
軸受により回転軸を支持することで、反射鏡の回転周波
数を前記両共振モードの共振周波数より十分低く設定す
ることが容易であったので、前記両共振モードの影響を
考えることなく、回転軸の軸ぶれを強制的に抑制できて
いた。

【０００８】ところが、近年、上記のような記録装置の
要求出力速度はさらに速くなる方向へ進んでいるので、
反射鏡の回転速度をさらに高速化する必要に迫られてい
る。そこで、従来の光走査装置において、反射鏡の回転
速度を上げると、反射鏡の回転周波数が前記両共振周波
数に近づくので、これらの２種類の共振モードの影響が
無視できなくなり、これらの共振モードに起因する回転
軸の歳差運動が励起されて、反射鏡を高速且つ安定に回
転させることが非常に困難であるという問題があった。

【０００９】以上のように、回転体を高速且つ安定に回
転することは非常に困難な問題であった。そこで、回転
体を高速且つ安定に回転させる方法として、遠心分離器
のロータで採用されている方法を光走査装置の反射鏡に
適用することを考える（その具体的構成方法等は、例え
ば、Ｓ．Ｗｈｉｔｌｅｙ、”Ｔｈｅ ｇａｓ ｃｅｎｔ
ｒｉｆｕｇｅ．Ｐａｒｔ２、”Ｒｅｖ．Ｍｏｄ．Ｐｈｙ
ｓ．、５６（６７）、１９８４．を参照。）。

【００１０】この方法は、回転体の軸受剛性を非常に低
くすることにより、上記のシリンドリカルモードとコニ
カルモードと呼ばれる回転体の共振モードの共振周波数
を、あらかじめ回転数より十分低くすることにより、所
要回転数領域において、これらの共振モードの影響を防
止して安定な回転を得ようとする方法であり、回転体
を、数万ｒｐｍ以上の高回転数で軸ぶれなく安定に回転
させる方法としては、有効な方法であると考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように剛性が非常に低い軸受構成を採用した場合、回転
数を所定値に上げる際に、その回転周波数が前記両共振
モードの共振周波数を通過する。それ故、これらの周波
数近傍で、両共振モードの振動振幅、つまり回転軸の軸
ぶれ量が非常に大きくなり、軸受、回転軸などが破壊す
る危険性があるという問題がある。

【００１２】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、反射鏡の回転数を
所定の回転数に上げていく際に、回転体の２種類の共振
モードの共振周波数を通過せず、且つ所定回転数で回転
している際には、前記回転体の２種類の共振モードから
は何等影響を受けない軸受構成を採用することにより、
回転軸が軸ぶれする事なく、高速且つ安定に回転する反
射鏡を有する小型で安価な光走査装置を実現することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の光走査装置は、画像情報に従って発せられた
光ビームを反射する反射鏡と、反射鏡を回転可能に支持
する軸受装置と、反射鏡を回転させる駆動装置とを備
え、前記軸受装置の軸受剛性が可変であることを特徴と
する。

【００１４】

【作用】上記の構成を有する本発明の光走査装置におい
ては、反射鏡の回転の立ち上げ時には、回転軸を支持す
る軸受装置の剛性を高く設定することにより、前記２種
類の共振周波数が反射鏡の回転周波数より十分に高くな
るので、これらの共振モードの影響を受けず、回転軸の
軸ぶれを容易に抑制できる。そして、反射鏡の回転数が
上昇し、所定値を越えてから、前記軸受装置の剛性を非
常に低い値に設定することにより、前記２種類の共振周
波数が反射鏡の回転周波数がより十分低くなるので、上
述した反射鏡の回転数が低いときと同様に、これらの共
振モードの影響を受けず、その回転軸が軸ぶれすること
なく、反射鏡を安定に回転させることができる。ここで
前記所定値とは、この軸受装置の剛性を低い値に設定し
た時の回転軸の前記２種類の共振モードの共振周波数で
ある。

【００１５】上記のように軸受装置の剛性を変化させれ
ば、反射鏡の回転数を所定の回転数に上げていく際に、
前記２種類の共振周波数を通過せず、且つ、所定回転数
で回転している際には、前記回転体の２種類の共振モー
ドからは、何等影響を受けない。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１７】図１において、光走査装置１は、画像情報
に従った光ビームを発する光源１０と、この光源１０か
ら発せられた光ビームを反射する四角形状で４面の鏡面
２１を有する反射鏡２０と、反射鏡２０の回転中心軸Ｏ
ーＯ’と一致する位置に立てられた回転軸２２と、回転
軸２２を図示しない筐体に対して回転可能に支持する軸
受装置３０と、回転軸２２の一部に配置され、この回転
軸２２を回転することによって反射鏡２０を回転駆動す
るモータ４０とから構成される。そして、この光走査装
置１により走査された光ビームが感光ドラム３００上に
照射される。

【００１８】なお、図１に示した光走査装置１において
は、反射鏡２０の鏡面２２の面倒れを補正する光学系
や、反射鏡２０の一定角速度の回転運動を感光ドラム３
００上での一定速度の直線運動に変換するいわゆるｆー
θ光学系等が必要であるが、本発明の効果にはいささか
も影響を与えないので、本実施例中では省略する。

【００１９】ここで、前述のシリンドリカルモードとコ
ニカルモードと呼ばれる２種類の共振モードは、前記回
転中心軸ＯーＯ’の軸まわりに反射鏡２０の回転軸２２
が振れ回るモード形状を有する共振モードである。

【００２０】光源１０は、外部画像入力信号に応じて強
弱に変調された光ビームを放射し、この光ビームが感光
ドラム３００上に適切に結像するように構成されてい
る。

【００２１】モータ４０は、図２に示すように、４個の
磁石４１と、３個のコイル４２と、これらのコイル４２
を保持する保持筒４３で構成されている。前記磁石４１
は、隣合う磁石４１の磁化の向きが逆向きになるよう
に、前記反射鏡２０の回転軸２２の一部に埋め込まれ、
前記コイル４２は、保持筒４３により回転軸２２のまわ
りに保持されている。この保持筒４３は、筒状の形状を
有し、この筒は前記回転軸２２より十分大きな穴があけ
られていて、この穴の部分を回転軸２２が貫通してい
る。このモータ４０により、前記磁石４１が埋め込まれ
た反射鏡２０の回転軸２２が、その回転中心軸ＯーＯ’
の回りに回転駆動され、反射鏡２０に入射した光ビーム
は、その鏡面２１で反射され、ほぼ水平方向に偏向さ
れ、感光ドラム３００上を走査される。

【００２２】次に、図２を参照して、前記反射鏡２０の
回転軸を回転可能に支持する軸受装置３０の構成を説明
する。

【００２３】図２において、軸受装置３０は、永久磁石
３１ａ、３１ｂと、鉄心３２１ａ、３２１ｂとコイル３
２２ａ、３２２ｂとからなる電磁石３２ａ、３２ｂと、
コイル３２２ａ、３２２ｂに印加する電圧を制御する電
圧制御回路３３から構成されている。永久磁石３１ａ、
３１ｂは、円筒形状を有し、反射鏡２０の回転軸２２の
上下両端に、反射鏡２０側にＳ極がくるように、接着あ
るいはしまりばめ等の手段により着設され、一体化され
ている。電磁石３２ａ、３２ｂは、永久磁石３１ａ、３
１ｂに対向する位置に、所定の間隔を保持して配置され
ていて、コイル３２２ａ、３２２ｂに、前記電圧制御回
路３３によって電圧を印加することで電流を流すことに
より、鉄心３２１ａ、３２１ｂは、永久磁石３１ａ、３
１ｂ側がＳ極になる向きに磁化され、そして、その電流
の大きさにより、鉄心３２１ａ、３２１ｂの磁化の大き
さを変えられるように構成されている。

【００２４】前記回転軸２２には、この回転軸２２、す
なわち反射鏡２０の回転数を検出する回転数検出手段５
０が設けられている。この回転数検出手段５０は、回転
軸２２の一部に埋め込まれた磁石５１と、回転軸２２と
ともに回転する磁石５１による磁束の変化を検出する検
出器５２とから構成されている。

【００２５】この回転数検出手段５０で検出された回転
周波数の情報が、制御信号発生回路５３に取り込まれ、
その情報に基づいてこの制御信号発生回路５３から出力
される制御信号により、電圧制御回路３３からコイル３
２２ａ、３２２ｂに印加する電圧を制御することによっ
て、これらのコイル３２２ａ、３２２ｂに流れる電流を
制御するように構成されている。

【００２６】ここで、前記電圧制御回路３３と制御信号
発生回路５３は、回路構成が如何なるものであっても、
本発明の効果に何等影響を及ぼさないので、その詳細な
説明は省略する。

【００２７】上記のように構成された軸受装置３０にお
いては、永久磁石３１ａと電磁石３２ａとの間、あるい
は永久磁石３１ｂと電磁石３２ｂとの間に働く磁気的な
吸引力を利用した磁気軸受が構成されていて、反射鏡２
０、その回転軸２２、永久磁石３１ａ、３１ｂが無接触
で空中に保持されている。そして、前記反射鏡２０の回
転数に応じて、上述したように電磁石３２ａ、３２ｂの
磁化の大きさを変化させることによって、磁気的吸引力
を変化させ、その結果、軸受装置３０の軸受剛性を変化
させられるようになっている。この軸受装置３０によれ
ば、コイル３２２ａ、３２２ｂに印加する電圧を高くす
ることにより、軸受装置３０の軸受剛性を高くすること
が出来、また、コイル３２２ａ、３２２ｂに印加する電
圧を低くすることにより、軸受装置３０の軸受剛性を低
くすることが出来る。

【００２８】ここで、図３乃至図６を参照して、上述し
た軸受装置３０の軸受剛性の変化の様子を詳細に説明す
る。

【００２９】図３は、前記電圧制御回路３３から出力さ
れ、コイル３２２ａ、３２２ｂに印加される電圧と前記
軸受装置３０の軸受剛性との関係を示す図である。同図
に示すように、前記コイル３２２ａ、３２２ｂに印加さ
れる電圧をＶＨにした時の前記軸受装置３０の軸受剛性
をＳＨとし、ＶＬとした場合の軸受剛性をＳＬとする
と、前記コイル３２２ａ、３２２ｂに印加する電圧を、
前記電圧制御回路３３により、ＶＨからＶＬに切り替え
ることにより、前記軸受装置３０の軸受剛性をＳＨから
ＳＬに切り替えることが出来る。

【００３０】次に、図４は、反射鏡２０の回転始動時か
らの経過時間と反射鏡の回転数との関係を示す図であ
る。反射鏡２０は、時刻ｔ＝０での静止状態から、同図
に示すように、回転数が上昇し、時刻ｔ１において回転
数がω１になった時点で回転数の上昇が停止し、以後は
一定速度ω１で回転する。

【００３１】さらに、図５は、前記反射鏡２０の回転数
と前記コニカルモードとシリンドリカルモードの共振周
波数との関係を示す図である。同図に示すように、前記
軸受３０の軸受剛性を高剛性すなわちＳＨにした時の前
記コニカルモードとシリンドリカルモードの共振周波数
を各々、ωＨ１、ωＨ２とし、前記軸受３０の軸受剛性
を低剛性すなわちＳＬにした時の前記コニカルモードと
シリンドリカルモードの共振周波数を各々、ωＬ１、ω
Ｌ２とする。

【００３２】反射鏡２０の回転数を、図４に示すよう
に、すなわち図５中に一点鎖線で示すように上昇させる
際に、軸受装置３０の軸受剛性を低剛性、すなわちＳ２
とした時のコニカルモードの共振周波数ωＬ１を超える
時の反射鏡２０の回転数をω０とし、そのときの時刻
を、図４に示すようにｔ０とすると、図６に示すよう
に、反射鏡の回転数がω０を超えた時点、すなわち時刻
がｔ０を超えた時点で、前記軸受装置３０の軸受剛性を
ＳＨからＳＬに切り替えるようにすることによって、前
記反射鏡２０の回転数と前記コニカルモードとシリンド
リカルモードの共振周波数が一致することなく、前記反
射鏡の回転数をω１まで上昇することが可能となる。

【００３３】ここで、図２乃至図６を参照して、軸受装
置３０の作用を説明する。

【００３４】時刻ｔ＝０において、モータ４０のコイル
４２に図示しない電源から駆動信号が入力され、モータ
４０の磁石４１に回転駆動力が与えられる。この磁石４
１に与えられる回転駆動力により反射鏡２０が回転を開
始し、図４に示すように時刻とともに、その回転数が上
昇していく。反射鏡２０の回転数がω０以下の場合に
は、前記電磁石３２ａ、３２ｂのコイル３２２ａ、３２
２ｂに印加する電圧はＶＨに設定してあるので、前記軸
受装置３０の軸受剛性はＳＨに設定されている。それ
故、反射鏡２０の回転軸２２の振れ周りの共振モードで
ある前記コニカルモードとシリンドリカルモードの共振
周波数は各々、ωＨ１、ωＨ２であり、図５に示すよう
に、前記反射鏡２０の回転数より十分高く設定されてい
るので、これらの共振モードの影響で前記回転軸２２が
大きく振れ回ることを防止でき、その結果、反射鏡２０
の回転が阻害されたり、軸受装置３０による拘束がはず
れたりするなく、安全に反射鏡２０の回転数を上昇させ
ることができる。

【００３５】そして、反射鏡２０の回転数が上昇し、そ
の回転数がω０を超えた時点、すなわち時刻ｔ＝ｔ０に
おいて、図６に示すように、前記電磁石３２ａ、３２ｂ
のコイル３２２ａ、３２２ｂに印加する電圧をＶＬに切
り替えて、前記軸受装置３０の軸受剛性をＳＬに切り替
える。その結果、前記コニカルモードとシリンドリカル
モードの共振周波数は各々、ωＬ１、ωＬ２となり、図
５に示すように、前記反射鏡２０の回転数より十分低く
なるので、これらの共振モードの影響により、前記回転
軸２２の振れ回りが励起されることはない。

【００３６】さらに反射鏡２０の回転数が上昇し、時刻
ｔ＝ｔ１において、ω１になった時点で、図４に示すよ
うに回転数の上昇が停止し、以後、前記反射鏡２０は一
定の回転数ω１で、回転軸が振れ回ることなく安定に回
転する。

【００３７】上記詳述したように、軸受装置３０の軸受
剛性を反射鏡２０の回転数に応じて切り替えることによ
って、反射鏡２０は、その回転数を上昇していく際に
も、また、所定の一定速度で回転している際にも、安全
に且つ安定して回転させられることが可能となる。その
結果、反射鏡２０を高速且つ安定に回転させることが容
易に可能となる。

【００３８】次に、図１乃至図２を参照して、上述の軸
受装置３０を利用した光走査装置１の作用を説明する。

【００３９】光源１０は、画像信号に基づいて点滅して
光ビームを発しており、モータ４０により回転軸２２を
中心に、上記詳述したように、ω１の回転数で軸ぶれな
く安定して定速回転している反射鏡２０に向かう。

【００４０】反射鏡２０に入射した光ビームは、鏡面２
１において高反射率で反射される。反射された光ビーム
は、鏡面２１の回転によって、ほぼ水平方向に走査さ
れ、感光ドラム３００上に順次照射される。図示しない
帯電装置により帯電された感光ドラム３００上には前記
画像信号に応じた潜像が形成される。

【００４１】その際、反射鏡２０は、その回転軸２２が
歳差運動することなく安定に回転しているので、感光ド
ラム３００上を走査される光ビームの結像位置ずれは生
じない。

【００４２】その後、この感光ドラム３００上に形成さ
れた潜像は、図示しない公知の電子写真プロセス等によ
り、顕像化された後、図示しない紙等の被記録媒体上に
転写定着され、ハードコピーとして出力される。

【００４３】ここで、上記の帯電、現像、転写、定着等
の電子写真プロセスは一般的なものであり、また、如何
なる方式を採用しても、本発明の効果を何等損なわない
ので、ここでは、その詳細な説明は省略する。

【００４４】なお、本実施例においては、軸受剛性を変
化させることが可能な軸受装置として図２に示すような
磁気軸受を例示して詳説したが、この軸受構成は、本発
明を適用可能な軸受の一例を表わしたもので、その変形
例としては、例えば、図７に示すような軸受構成が考え
られる。

【００４５】図７において、図２と同様の番号が割り付
けられた部材は、上記した図２の部材と同様の働きをす
る部材である。図中、３２は電磁石、３２１は電磁石を
構成する鉄心、３２２は電磁石を構成するコイルであ
る。この変形例においては、鉄心３２１はＣ型であるの
で、図中に示したように磁化される。それ故、回転軸２
２の上下に着設される永久磁石の磁化の方向は、図２の
場合とは異なり、図７に示すようにする必要がある。そ
の他の構成部分の構成や作用は、図２に示した軸受装置
３０と同様である。

【００４６】図７に示すような軸受構成を採用した場合
においても、前述の実施例と同様にその軸受剛性を変え
られるので、前述の実施例と同様の効果がある。すなわ
ち、軸受剛性を変えられる軸受を利用すれば、本発明の
効果は何等妨げられるものではない。

【００４７】また、本実施例では、反射鏡は、四角形状
を有し、４面の鏡面を有するものを例示しているが、反
射鏡の形状や鏡面の数はこれに限定されるものではな
い。

【００４８】特に、反射鏡として、ただ１面の鏡面を有
する反射鏡を用いる場合には、鏡面を複数有する反射鏡
を用いる場合に、各鏡面の面倒れ角度のばらつきを補正
するために必要であった面倒れ光学系を必要としないと
いう顕著な効果を有する。

【００４９】さらに、反射鏡を回転駆動するモータの構
成は、反射鏡の回転軸に回転駆動力を与えることが出来
るものであれば、本実施例中に例示したものに限定され
るものではなく、本発明の効果が失われることなく、種
々の変形が可能である。

【００５０】その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、
種々の変形が可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の光走査装置によれば、反射鏡の回転数に応じて反
射鏡を支持する軸受装置の剛性を変化させるので、反射
鏡の回転数を所定の回転数に上げていく際に、前記２種
類の共振周波数を通過せず、且つ所定回転数で回転して
いる際には、前記回転体の２種類の共振モードからは何
等影響を受けない。その結果、反射鏡を容易に高速且つ
安定に回転させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光走査装置の構成を説明する説明図である。

【図２】可変剛性の軸受装置の構成例を示す一部断面構
成図である。

【図３】電圧制御回路から出力される電圧信号と軸受装
置の剛性との関係を示す説明図である。

【図４】反射鏡の回転始動時からの経過時間と反射鏡の
回転数との関係を示す説明図である。

【図５】反射鏡の回転数と２種類の共振モードの共振周
波数の関係を示す説明図である。

【図６】軸受装置の軸受剛性を切り替えるタイミングを
示す説明図である。

【図７】軸受装置の変形例の構成を示す一部断面構成図
である。

【符号の説明】

１ 光走査装置 ２０ 反射鏡 ３０ 軸受装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報に従って発せられた光ビームを
   反射する反射鏡と、 反射鏡を回転可能に支持する軸受装置と、 反射鏡を回転させる駆動装置とを備える光走査装置にお
   いて、 前記軸受装置の軸受剛性が可変であることを特徴とする
   光走査装置。