JPH0772411A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反射鏡の高速回転時に、この反射鏡の回転軸
の振れ回りの振幅を非常に小さくすることができる光走
査装置を小型で簡素な構成で実現する。 【構成】 反射鏡１０は、カップ形状を有し、外側に
は、６面のミラー部１３が形成されている。また、その
底部には軸受２０が形成されている。軸受２０はピボッ
ト軸受２１と減衰部２２からなり、ピボット軸受２１
は、減衰部２２を介して反射鏡１０の円板部１１に接続
された軸受部２３と、反射鏡１０の回転中心軸上に立て
られた回転しないピボット２４とからなり、ピボット２
４の上端が軸受部２３を回転可能に支持することによ
り、反射鏡１０を筐体２に対して、回転可能に支持して
いる。さらに、反射鏡２０の内側には、モータ３０が形
成されており、モータ３０は、コイル３２に流れる電流
による磁界と永久磁石３１との相互作用により、反射鏡
１０を回転駆動する。

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の構成に関す
るものであり、さらに詳細には、光走査装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、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。この種
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、この反射鏡の幾何学的中心
軸上に立てられた回転軸と、こ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】一般に、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、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。

【０００５】従来の光走査装置においては、回転体であ
る反射鏡の回転数があまり高くないので、高剛性の軸受
により反射鏡の回転軸を支持することによって、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
低く設定し、それにより、前記両共振モードの影響を考
えることなく、反射鏡の回転軸の振れ回りを強制的に抑
制する方法が採用されていた。

【０００６】このような軸受装置を採用した場合、反射
鏡の動バランスの調整や、反射鏡の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
転軸の振れ回りが生じ、そのため、ベアリングの破壊等
の問題が発生する。その結果、反射鏡の回転数を上げる
ためには、さらに堅固で大型の軸受を利用しなければな
らず、長寿命で高速回転可能な光走査装置を低コストで
実現することは、非常に困難であるという問題があっ
た。

【０００７】そこで、本出願人は、軸受装置の軸受剛性
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、あらかじめ回転周波数の約１／３以下に
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い
わゆる自己安定理論を採用した光走査装置を提案した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのも
のにおいても、従来の光走査装置と同様に、回転体とし
て、反射鏡と回転軸を備え、その回転軸を少なくとも２
個所で玉軸受により支持する構成を採用すると、前記少
なくとも２個所以上に設けられた軸受を支持する軸受を
保持するヨーク機構等が必要であるため、光走査装置全
体が大型化してしまうという問題があった。

【０００９】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、小型で簡素な構成
を有し、低コスト化が可能である光走査装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【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、画像情報に従って変調された
光ビームを反射する反射鏡と、この反射鏡を回転可能に
支持する軸受とを備え、前記反射鏡の幾何学的中心軸の
振れ回り共振モードの共振周波数が前記反射鏡の定常回
転周波数より低く設定された光走査装置であって、前記
反射鏡がカップ状に形成され、且つその底部に、前記軸
受としてのただ１個のピボット軸受を備えることを特徴
とする。

【００１１】

【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、反射鏡がカップ形状を有しているので、駆動機構
や軸受機構を反射鏡の内部に構成できる。また、反射鏡
を支持する軸受がただ一つであるので、光走査装置を小
型化且つ低コスト化することが容易に可能である。

【００１２】

【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。

【００１３】図１において、光走査装置１は、反射鏡１
０と、反射鏡１０をその幾何学的中心軸Ｏ−Ｏ’回りに
回転可能に支持する軸受２０と、反射鏡１０を回転駆動
するモータ３０とから構成されている。

【００１４】前記反射鏡１０は、カップ形状を有し、そ
のカップ形状の底部に位置する円板部１１と、その円板
部１１から下方に延びる円筒部１２とから構成される。
前記円筒部１２の外側部の上下中間部分には、６面のミ
ラー部１３が形成されている。また、円板部１１の内側
中央部分には、軸受２０が形成されている。

【００１５】前記軸受２０は、ピボット軸受２１と減衰
部２２とからなり、この減衰部２２は、危険速度を乗り
越すための手段であって、反射鏡１０の幾何学的中心軸
Ｏ−Ｏ’に直交する方向の軸受２０の並進運動に対する
粘性減衰要素であり、例えばグリス状の材料で形成され
ている。前記ピボット軸受２１は、減衰部２２を介して
反射鏡１０の円板部１１に接続された軸受部２３と、反
射鏡１０の幾何学的中心軸Ｏ−Ｏ’上に立てられた回転
しないピボット２４とから成る。そのピボット２４の上
端は、球状に加工されて前記軸受部２３を回転可能に支
持しており、また、その下端は光走査装置１の筐体２に
接続されており、それにより反射鏡１０を筐体２に対し
て、回転可能に支持している。

【００１６】前記反射鏡１０の内側には、前記モータ３
０が形成されている。前記モータ３０は、前記円筒部１
２の内側に配置された永久磁石３１と、この永久磁石３
１と対向するピボット２４の側面に配置されたコイル３
２とからなり、このコイル３２に流れる電流による磁界
と永久磁石３１による磁界との相互作用により、反射鏡
１０を回転駆動する。

【００１７】ここで、カップ形状を有する前記反射鏡１
０の設計例を示す。

【００１８】前記反射鏡１０のようにカップ状の形状を
有する回転体の回転軸回りの慣性モーメントＰ及び重心
を通り回転軸と直交する軸回りの慣性モーメントＩは、
下式で近似される。

【００１９】 Ｐ＝πρ｛Ｒ⁴（ｔ＋ｈ）−ｒ⁴ｈ｝／２ （１） Ｉ＝πρ｛Ｒ²ｔｈ²＋ｈ（Ｒ²−ｒ²）（Ｒ²＋ｒ²＋ｈ²／３） （２） ここで、ρは密度、Ｒは反射鏡１０の外半径、ｒは内半
径、ｈは円筒部１２の高さ、ｔは円板部１１の厚さであ
る。

【００２０】一方、反射鏡１０を前述の自己安定理論に
基づいて設計するためには、前記両慣性モーメントＰ、
Ｉが、 Ｉ＞３Ｐ （３） という関係を満たす必要がある。

【００２１】いまここで、反射鏡１０の各部の寸法を、
外径をφ２０［ｍｍ］、内径をφ１２［ｍｍ］、円板部
１１の厚さを３［ｍｍ］とすると、（１）、（２）式を
（３）式に代入することにより、反射鏡１０の高さは、
４１［ｍｍ］とすればよいことがわかる。

【００２２】このように設計した光走査装置１において
は、ピボット軸受２１にかかる荷重は、ほぼ反射鏡１０
の自重に等しい。反射鏡１０の自重は、アルミニウム製
であるとすると、約２５［ｇ］と非常に軽いので、この
荷重に大略比例する軸受装置２０の軸受剛性は、非常に
小さな値になる。その結果、光走査装置１の定格回転周
波数Ω０を反射鏡１０の振れ回りの共振周波数より十分
高くできる。

【００２３】上記のように構成された光走査装置１に、
図示しない光源から発せられた光ビームが図示しない感
光ドラム上に照射される。

【００２４】ここで、図２を参照して、簡単に自己安定
理論について説明する。

【００２５】図２は、反射鏡１０の回転周波数とその幾
何学的中心軸Ｏ−Ｏ’の振れ回り振幅との関係の概略を
示す説明図である。

【００２６】起動直後の低速回転時においては、前記反
射鏡１０の中心軸Ｏ−Ｏ’の振れ回りによる遠心力と前
記ピボット軸受２１の弾性による復元力とが平衡してお
り、前記反射鏡１０の中心軸Ｏ−Ｏ’の振れ回り振幅
は、回転数の２乗に比例して増加する。

【００２７】回転周波数ωが共振周波数Ωｒになると、
共振状態にはいる。この時は、反射鏡１０の中心軸Ｏ−
Ｏ’の振れ回りによる遠心力と減衰部２２による抵抗力
とが平衡し、前記反射鏡１０の中心軸Ｏ−Ｏ’の振れ回
りの振幅が、極大値Ａｒとなる。

【００２８】さらに、回転周波数ωが十分高くなると、
前記反射鏡１０の中心軸Ｏ−Ｏ’の振れ回りによる遠心
力と前記反射鏡１０の偏心、すなわち、反射鏡１０の幾
何学的中心軸Ｏ−Ｏ’と慣性軸とのずれによる遠心力と
が平衡して、前記反射鏡１０は、前記慣性軸を中心とし
て回転し、その振れ回りの振幅は、反射鏡１０の幾何学
的中心軸Ｏ−Ｏ’と慣性軸とのずれ、すなわち反射鏡１
０の偏心量Δと同程度になる。従って、さらに回転数が
上昇しても、反射鏡１０を弾性体として取り扱う必要が
ある回転数領域まで（通常は、数１０万［ｒｐｍ］以
上）、前記反射鏡１０の中心軸Ｏ−Ｏ’の振れ回り振動
振幅の増加はない。

【００２９】以上から、前記反射鏡１０の定常回転数Ω
０を、前記中心軸Ｏ−Ｏ’の振れ回り共振周波数Ωｒよ
り十分高く、好適には約３倍以上になるように、軸受２
０の軸受剛性を設定すれば、反射鏡１０の中心軸Ｏ−
Ｏ’の振れ回りの振幅を反射鏡１０の偏心量Δと同程度
に十分小さくできる。

【００３０】上述の理論に関する詳細は、Ｓ．Ｗｈｉｔ
ｌｅｙ、”Ｔｈｅ ｇａｓ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ．Ｐ
ａｒｔ２、”Ｒｅｖ．Ｍｏｄ．Ｐｈｙｓ．、５６（６
７）、１９８４．を参照されたい。

【００３１】ここで、図１乃至図２を参照して、上記の
ように構成した光走査装置１の作用を説明する。

【００３２】光走査装置１の起動前には、反射鏡１０は
回転していない。この状態から光走査装置１のコイル３
２に図示しない駆動回路からの信号が印加され、モータ
３０の永久磁石３１に回転駆動力が発生し、この駆動力
によって反射鏡１０が回転を開始する。そして、この反
射鏡１０の回転周波数が上昇していく際に、この回転周
波数が、反射鏡１０の振れ回り共振モードの共振周波数
に一致した場合においては、すなわち、回転周波数が危
険速度に一致した場合においては、上述したように、反
射鏡１０の偏心に伴う遠心力により供給されるエネルギ
ーと前記減衰部２２によって散逸される散逸エネルギー
とが平衡するので、反射鏡１０の振れ回りの振幅はあま
り大きくならない。さらに反射鏡１０の回転周波数が上
昇すると、上述のように、反射鏡１０がその慣性中心回
りに回転し、反射鏡１０の振れ回りは非常に小さくなる
ので、その結果、所定の定常回転周波数Ω０で安定に回
転する。

【００３３】上述のように反射鏡１０が安定に回転して
いる前記光走査装置１では、図示しない光源から画像信
号に基づいて発せられた光ビームがミラー１３に向か
う。

【００３４】ミラー１３に入射した光ビームは、高反射
率で反射される。反射された光ビームは、反射鏡１０の
回転によって、ほぼ水平方向に走査され、図示しない感
光ドラム上に順次照射される。そして、図示しない帯電
装置により帯電された感光ドラム上に前記画像信号に応
じた潜像が形成される。

【００３５】その際、前述したように、反射鏡１０の振
れ回り振動による遠心力と軸受２０による復元力とが平
衡し、反射鏡１０はほぼ真の慣性軸を回転中心として回
転する。そのため、反射鏡１０の振れ回り振動振幅は、
反射鏡１０の偏心量Δと同程度になり、感光ドラム上を
走査される光ビームに結像位置ずれは生じない。

【００３６】その後、この感光ドラム上に形成された潜
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。

【００３７】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。

【００３８】上記詳述したように、本実施例の光走査装
置によれば、高速且つ安定に回転する光走査装置を、小
型で簡素な構成により、容易に実現できる。

【００３９】なお、本実施例においては、危険速度を乗
り越す手段として、粘性が高いグリス状の材料で形成さ
れた減衰部２２を用いて、反射鏡１０の偏心に伴う遠心
力により供給されるエネルギーと前記減衰部２２によっ
て散逸される散逸エネルギーとを平衡させる手段を構成
したが、危険速度を乗り越すための手段は、この構成に
限定されるものでなく、他の構成、例えば、軸受剛性を
変化させることにより、振れ回り共振周波数を変化させ
て危険速度を回避するように構成しても差し支えない。

【００４０】また、本実施例においては、減衰部材とし
て、グリス状の部材を例示したが、これに限定されるも
のではなく、例えば、シリコンゴムなどのゴム状のもの
であっても、内部減衰が大きく、低弾性のものであれば
よい。

【００４１】さらに、回転体を回転駆動するモータの構
成は、回転体の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。

【００４２】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。

【００４３】

【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、回転体である反射鏡の内部
に、軸受機構や駆動機構を構成することができ、また、
ヨーク機構が不要となるので、光走査装置の大きさは、
反射鏡の大きさと大略等しくなる。さらに、軸受が一つ
でよく、高性能な玉軸受が不要であるなど、部品点数の
削減が可能である。

【００４４】その結果、高速且つ安定な回転が容易に得
られる光走査装置が、従来の光走査装置より簡素な構成
で、かなり小型化且つ低コスト化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査装置の概略構成を説明する構成
図である。

【図２】反射鏡の回転周波数と幾何学的中心軸Ｏ−Ｏ’
の振れ回りの振動振幅との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 反射鏡 ２０ 軸受 ２１ ピボット軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報に従って変調された光ビームを
   反射する反射鏡と、 この反射鏡を回転可能に支持する軸受とを備え、 前記反射鏡の幾何学的中心軸の振れ回り共振モードの共
   振周波数が前記反射鏡の定常回転周波数より低く設定さ
   れた光走査装置において、 前記反射鏡がカップ状に形成され、且つその底部に、前
   記軸受としてのただ１個のピボット軸受を備えることを
   特徴とする光走査装置。