JPH11212018A - 光偏向器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストを低減する。 【解決手段】 回転駆動マグネット２４の軸状部２４Ｂ
が、セラミック材料で円筒状に形成されたシャフト２２
に挿入され、軸状部２４Ｂでシャフト２２の中心を位置
決めしている。回転駆動マグネット２４のフランジ部２
４Ａとシャフト２２の頂面との間に、樹脂材料で形成さ
れて回転多面鏡３２が挟み込まれる。軸状部２４Ｂの下
端部に磁性体材料で形成される締結部材２８が固定され
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、レーザプリンタ
ー、ファクシミリ、デジタル複写機、ディスプレイ等に
用られる光ビーム走査装置等に適用でき、回転多面鏡等
の光学部材を動圧空気軸受を有する駆動モータで高速回
転可能な光偏向器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光偏向器の従来例を以下に説明する。

【０００３】デジタル方式の画像形成装置では、一般に
光源からレーザなどの光ビームで画像担体を走査してそ
の画像を読み取ったり、あるいは画像信号や文字信号で
変調された光ビームで記録媒体を走査して画像の記録が
行われたりする。

【０００４】また、光ビームを走査するための手段とし
て、複数の反射面を外周に有する回転多面鏡とこの回転
多面鏡を回転させるための駆動モータとからなる光偏向
器が用いられていて、回転される回転多面鏡がレーザ光
を被走査体である記録部材上に等速で走査させて線像を
形成するようになっている。

【０００５】近年、レーザプリンターやデジタル複写機
は高速化、高画質化しており、これに伴って、光偏向器
も１０，０００〜３０，０００ｒｐｍ以上の高速回転が
必要となる。

【０００６】そして、この種の光偏向器として、相互に
嵌合するスリーブとシャフトのいずれか一方を回転部材
とし他方を固定部材とする動圧空気軸受、回転部材に取
り付けた永久磁石と固定部材に環状鉄心に巻回されて設
置された電磁コイルとで形成される磁気回路により回転
トルクを発生する駆動モータ及び、軸方向に回転体を保
持する磁気軸受を、備えたもの等が知られている。

【０００７】図４は従来の光偏向器の概略構造を説明す
る図である。図４に示すようにステータ基板である制御
回路基板１１２には、駆動コイル１１４と図示しない位
置検出素子がそれぞれ複数個配置され、駆動コイル１１
４に通電することで、回転体の回転を得るとともに図示
しないＦＧパターンなどで回転数を一定に制御してい
る。

【０００８】また、この図４には動圧空気軸受の構造が
示されている。つまり、ベースハウジング１１０にシャ
フト１２２が植設され、このシャフト１２２に形成され
た動圧発生用の溝部１２２Ａとシャフト１２２廻りに回
転するスリーブ１２４との間の軸受隙間Ｋに空気の動圧
作用が発生するが、この動圧作用によってスリーブ１２
４等の回転部材の回転時に、スリーブ１２４の半径方向
が非接触で支持されることになる。そして、この図に示
すようにこの動圧空気軸受の取り付け部は制御回路基板
１１２内に配置されることになる。

【０００９】さらに、スリーブ１２４の外周には台座フ
ランジ１２６が焼嵌めされて固着され、この台座フラン
ジ１２６上には、スリーブ１２４に嵌合された回転多面
鏡３２が配置されて、ばね１２８によって固定されてい
る。そして、この台座フランジ１２６には、回転駆動マ
グネット１３６が接着等で固着され、回転に必要な磁気
回路をバックヨーク１３８とこの回転駆動マグネット１
３６との間で形成している。

【００１０】さらに、この図には、それぞれ軸方向であ
って相互に逆方向に着磁された回転側スラスト磁石１３
２及び固定側スラスト磁石１３４との間で発生する吸引
力によって、スリーブ１２４を一定の位置に浮かしてス
リーブ１２４の軸方向の支持をする磁気軸受の構造が示
されている。つまり、台座フランジ１２６に回転側スラ
スト磁石１３２が接着等で固着されることで、台座フラ
ンジ１２６を介してスリーブ１２４に回転側スラスト磁
石１３２が取り付けられている。

【００１１】この光偏向器は、あるスポット径に結像さ
れるとともに均一に走査をさせる集中光学系１６を持つ
光学箱４２に固定され、回転多面鏡３２の反射面で反射
された反射光ビームＬを走査する。

【００１２】一方、動圧軸受を採用した光偏向器の従来
例として、特開平６−２１７４９２号公報や特開平８−
３２７９３３号公報が挙げられる。

【００１３】つまり、特開平６−２１７４９２号公報に
は、スリーブに一体加工した台座フランジを設けて回転
多面鏡を搭載し、回転駆動マグネットをスリーブに固定
した構造が示されている。

【００１４】また、特開平８−３２７９３３号公報に
は、図５に示すようにスリーブ１２４に台座フランジ１
２６を焼き嵌めし、さらに台座面１２６Ａを仕上げ加工
して、回転多面鏡３２を搭載した構造が示されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】近年、画像読み取り装
置や光ビーム走査装置には、小型化、低コスト化の要求
があり、これらの要求を達成する為に、直径４０mm以下
の小径の回転多面鏡３２を搭載した光偏向器を採用する
ことや、光ビームを所定のスポット径に結像させるとと
もに均一に走査をさせるための集中光学系１６と回転多
面鏡３２との間の距離Ｂを短くして、光学箱４２を小さ
くすることが必要とされている。

【００１６】しかし、従来の動圧軸受による光偏向器
で、直径４０mm以下の小径の回転多面鏡３２を採用する
と、光偏向器の回転部分である回転体を構成する台座フ
ランジ１２６や駆動マグネット１３６の外径が小径回転
多面鏡３２より大きくなり、図４に示す距離Ｂを短くす
ることができず、結果として小型化の要求を満たすこと
ができない。

【００１７】また、この光偏向器の回転部分である回転
体を構成する台座フランジ１２６は、回転時の発熱によ
る変形応力が回転多面鏡３２に影響を与えないように、
ほとんどが回転多面鏡３２と同等の熱膨張係数をもつア
ルミニウム製である。

【００１８】さらに、回転多面鏡３２の各反射面が回転
時に傾斜しないように、台座フランジ１２６にはミクロ
ン精度の台座面１２６Ａが必要となる。このため、光偏
向器の製造時の組み立ての際に焼きばめ加工し、この後
に仕上げ加工を行ったり、一体成形加工後に台座面１２
６Ａを加工したりしている。つまり、回転多面鏡３２の
取り付けには複雑な加工工程が必要となっている。

【００１９】以上より、アルミニウム製の回転多面鏡３
２を採用していることから、光偏向器の低コスト化が図
れず、また多大な加工コストと多くの手間がかかるの
で、製造コストが増大して、これによっても光偏向器の
低コスト化が図れない。

【００２０】一方、回転体は、台座フランジ１２６に各
々別体の回転駆動マグネット１３６及び回転側スラスト
磁石１３２をそれぞれ組付けて、台座フランジ１２６に
これらをそれぞれ固着する構造なので、回転体全体のイ
ナーシャが大きくなると共に、回転体の初期アンバラン
ス量が大きくなる。この為、回転体の組み立て完了まで
に、回転体のバランスを修正する作業が不可欠となり、
バランス修正の為の工数が増加し、これによっても製造
コストが高くなる。

【００２１】さらに、光偏向器の低コスト化のために、
樹脂製の回転多面鏡３２を用いることが考えられるが、
金属材料と比較して材料の特性が低下するため、回転多
面鏡３２の取り付け方法が課題となる。

【００２２】ここで、特開平５−１１２０５号公報に
は、樹脂製の回転多面鏡３２の取り付け方法が開示され
ているが、特別な締結部材が必要であるために、回転多
面鏡３２の固定用の部品点数が増して製造コストが増大
し、結果として光偏向器の低コスト化が図れなくなる。

【００２３】また、回転多面鏡３２が小径になると、締
結部材を挿入する内径が小さくなって取付けが困難にな
り、同様に製造コストの観点からは必ずしも適当とはい
えなかった。

【００２４】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、製造コストを低減し得る光偏
向器を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】請求項１による光偏向器
は、スリーブを固定部材としシャフトを回転部材として
これらを相互に嵌合して形成された動圧空気軸受と、回
転部材に固定されて回転部材と一体的に回転する複数の
反射面を外周に有する回転多面鏡と、固定部材に巻回し
て設置される駆動コイルと、樹脂磁性材料によって成形
され且つ回転部材に取り付けられて駆動コイルとで回転
トルクを発生する回転駆動マグネットと、回転駆動マグ
ネットとで回転部材に直接的に回転多面鏡を固定する締
結部材と、を有することを特徴とする。

【００２６】請求項２による光偏向器は、締結部材及び
回転駆動マグネットにより回転部材に直接的に回転多面
鏡が固定され、これら回転駆動マグネット、回転部材及
び回転多面鏡をこれらの軸方向に保持するためのスラス
ト方向の磁気軸受が、固定側スラスト磁石と締結部材と
により形成されたことを特徴とする。

【００２７】請求項３による光偏向器は、締結部材及び
回転駆動マグネットにより回転部材に直接的に回転多面
鏡が固定され、回転部材がセラミック材料で形成された
ことを特徴とする。

【００２８】請求項４による光偏向器は、締結部材及び
回転駆動マグネットにより回転部材に直接的に回転多面
鏡が固定され、駆動コイルと回転駆動マグネットとから
なる磁気回路によって回転トルクを発生する為の制御回
路を持つステータ基板が、回転多面鏡の上側に配置され
たことを特徴とする。

【００２９】請求項１に係る光偏向器の作用を以下に説
明する。本請求項の光偏向器は、スリーブを固定部材と
しシャフトを回転部材としてこれらを相互に嵌合して形
成された動圧空気軸受を有する。また、駆動コイルが固
定部材に巻回して設置され、この駆動コイルとで回転ト
ルクを発生する回転駆動マグネットが回転部材に取り付
けられる。

【００３０】さらに、締結部材を有すると共に、樹脂磁
性材料によって回転駆動マグネットを成形し、これら締
結部材及び回転駆動マグネットにより複数の反射面を外
周に有する回転多面鏡が回転部材に直接的に固定され
て、この回転部材と一体的に回転する。

【００３１】従って、駆動コイルと回転駆動マグネット
とにより回転部材が回転されるのに伴って、回転多面鏡
が回転されて光偏向器として機能することになる。

【００３２】また、樹脂磁性材料によって成形された回
転駆動マグネットと締結部材とで、回転部材に回転多面
鏡を直接的に固定する事で、回転部材であるシャフトが
台座フランジの機能を兼用でき、回転する側の部材であ
る回転体の部品を削減でき、回転体の初期アンバランス
を少なくできる。

【００３３】これに伴って光偏向器の構成部品を削減で
き、光偏向器の製造コストを低減できるようになる。

【００３４】さらに、シャフトが台座フランジの機能を
兼用して、台座フランジを不要とすると共に、回転駆動
マグネットにより回転多面鏡を回転部材に固定する構造
とされているので、回転多面鏡の反射面が常に光偏向器
の一番外周面に位置することになり、例えば光ビーム走
査装置においては、光偏向器の小型化を図って回転多面
鏡と集中光学系との距離を短くすることもできる。

【００３５】請求項２に係る光偏向器の作用を以下に説
明する。本請求項も請求項１と同様の作用を奏する。さ
らに、本請求項は、回転駆動マグネット、回転部材及び
回転多面鏡をこれらの軸方向に保持するためのスラスト
方向の磁気軸受が、固定側スラスト磁石と締結部材とに
より形成される構成を有する。

【００３６】従って、固定側スラスト磁石と磁性体材料
で形成された締結部材とで、スラスト方向の磁気軸受が
兼用されて、光偏向器の構成部品が削減され光偏向器の
製造コストを低減できる。

【００３７】請求項３に係る光偏向器の作用を以下に説
明する。本請求項も請求項１と同様の作用を奏する。さ
らに、本請求項は、回転部材がセラミック材料で形成さ
れた構成を有する。従って、セラミック材料で形成され
た回転部材であるシャフトが、台座フランジの機能を兼
用することになる。

【００３８】請求項４に係る光偏向器の作用を以下に説
明する。本請求項も請求項１と同様の作用を奏する。さ
らに、本請求項は、駆動コイルと回転駆動マグネットと
からなる磁気回路によって回転トルクを発生する為の制
御回路を持つステータ基板が、回転多面鏡の上側に配置
された構成を有する。

【００３９】従って、回転トルクを発生する為の制御回
路を持つステータ基板を、回転多面鏡の上側に配置する
のに伴って、駆動コイルを回転多面鏡の上部側に取り付
けることで、駆動コイルの発熱による熱が熱膨張係数の
大きい樹脂製の回転多面鏡に影響を与えないようにな
る。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施の形態を
図面を参照して詳細に説明する。

【００４１】図３は、画像形成装置である光ビーム走査
装置における画像記録の概略を説明するための図であ
る。

【００４２】この図に示すように、半導体レーザあるい
はガスレーザなどのレーザ１２から出射される光ビーム
は、図示しない変調手段によって画像信号などで変調さ
れ、コリメータレンズ１４を介して、駆動モータ３０で
矢印Ａ方向に回転される回転多面鏡３２の反射鏡面に入
射される。

【００４３】回転多面鏡３２の反射鏡面で反射された光
ビームは、回転多面鏡３２の矢印Ａ方向の回転に伴って
矢印Ｂ方向に偏向され、所定のスポット径に結像される
とともに均一に走査をさせるためのレンズである集中光
学系１６を通して記録部材１８に投影されて、記録部材
１８上を走査する。

【００４４】これに伴って、記録部材１８の矢印Ｃ方向
の回転により副走査が行われて、記録部材１８に２次元
の画像書き込みがなされる。

【００４５】図１及び図２には、本実施の形態の光偏向
器１０の概略構成が示されている。図１に示すように、
ロータ部２４Ａ及び軸状部２４Ｂを一体的に樹脂磁性体
材料で形成した回転駆動マグネット２４の軸状部２４Ｂ
が、セラミック材料で円筒状に形成されて回転部材とさ
れたシャフト２２に挿入されて、この軸状部２４Ｂで回
転多面鏡３２の中心を位置決めしている。そして、回転
駆動マグネット２４のロータ部２４Ａとシャフト２２の
頂面との間に、樹脂材料で形成されて複数の反射面を外
周に有する回転多面鏡３２が挟み込まれて配置されてい
る。

【００４６】尚この際、シャフト２２の頂面は、従来例
の台座フランジの台座面１２６Ａと同様に回転多面鏡３
２の基準となるように精度よく仕上げられており、シャ
フト２２の外周面には動圧を発生する溝部２２Ａが形成
されている。

【００４７】また、軸状部２４Ｂの下端部には雄ねじが
形成されており、バネワッシャ２６を介して、磁性体材
料で形成される締結部材２８が軸状部２４Ｂの下端部に
締結されて固定されるよう構成されている。

【００４８】従って、回転多面鏡３２は、回転駆動マグ
ネット２４のロータ部２４Ａとシャフト２２の頂面との
間に挟持されて、バネワッシャ２６が回転多面鏡３２に
直接触れないため、回転多面鏡３２の反射面の平面度の
歪み等の懸念点が無くなる。すなわち、この構成により
回転多面鏡３２の基準面となる台座フランジを取り除く
ことができ、回転する側の部材である回転体のイナーシ
ャを削減でき、回転体の初期アンバランスを少なくでき
る。

【００４９】一方、光ビーム走査装置の外枠となる光学
箱４２に回転多面鏡３２等で構成される光偏向器１０を
固定するためのべースハウジング３８には、シャフト２
２と回転自在に嵌合されて動圧空気軸受４０を構成する
固定部材である固定側スリーブ３４及び、磁性体材料で
あって永久磁石である固定側スラスト磁石３６が、固着
されている。また、締結部材２８は磁性体材料で形成さ
れているため、ベースハウジング３８に締結部材２８に
対向して固着された固定側スラスト磁石３６と締結部材
２８とで磁気回路を形成している。

【００５０】従って、締結部材２８と固定側スラスト磁
石３６との間の吸引力によって、シャフト２２、回転駆
動マグネット２４及び回転多面鏡３２が、一定の位置に
浮かされつつ保持されている。よって、締結部材２８
は、スラスト方向の磁気軸受の機能を兼用していること
になる。そして、これらシャフト２２、回転駆動マグネ
ット２４及び回転多面鏡３２等が、回転体を構成するこ
とになる。

【００５１】以上より、固定側スラスト磁石３６と磁性
体材料で形成された締結部材２８とで、スラスト方向の
磁気軸受が兼用されて、光偏向器１０の構成部品が削減
され光偏向器１０の製造コストを低減できる。

【００５２】また、図１及び図２に示すように、べース
ハウジング３８の一部には、上方に延びるように支柱３
８Ａが形成されており、この支柱３８Ａがステータ鉄基
板４４の取り付け部となっている。このステータ鉄基板
４４が駆動コイル４６と回転駆動マグネット２４とから
なる磁気回路によって回転トルクを発生する為の制御回
路を持つことになる。つまり、駆動コイル４６と回転駆
動マグネット２４とで駆動モータ３０の主要部が形成さ
れることになる。

【００５３】そして、ステータ鉄基板４４をべースハウ
ジング３８の支柱３８Ａに取り付ける事で、従来技術と
異なって動圧空気軸受４０の取り付け部の面積をステー
タ鉄基板４４から無くすことができ、ステータ鉄基板４
４を小さくできる。このため、回転多面鏡３２の反射面
が常に光偏向器１０の最外周に位置する構成となる。

【００５４】従って、この構成の光偏向器１０では、光
偏向器１０の小型化を図って、集中光学系１６を回転多
面鏡３２との距離Ｂが短くなるように光学箱４２に配置
する事ができ、集中光学系１６によって性能が向上した
反射光ビームＬを走査できる事となる。

【００５５】以上より、べースハウジング３８の上部に
はステータ鉄基板４４が設置されることになり、回転多
面鏡３２の上部の部分には、ステータ鉄基板４４に固定
された駆動コイル４６が、配置されている。

【００５６】従って、回転トルクを発生する為の制御回
路を持つステータ鉄基板４４を、回転多面鏡３２の上側
に配置するのに伴って、駆動コイル４６を回転多面鏡３
２の上部側に取り付けることで、駆動コイル４６から発
生する熱は上方の昇っていくことになるので、回転多面
鏡３２が樹脂材料で形成された場合でも、駆動コイル４
６による発熱の影響がなくなる。

【００５７】同様に本実施の形態のように、回転多面鏡
３２が樹脂材料で形成されると、回転多面鏡３２の熱膨
張係数が表１に示すように大きくなり、熱応力による変
形が予測されるが、シャフト２２は熱膨張がほとんど発
生しないセラミック材料により形成されており、回転駆
動マグネット２４を形成する樹脂磁性体材料は、回転多
面鏡３２を形成する樹脂材料とほぼ同様の熱膨張係数を
もつ材料とされている。この為、回転多面鏡３２に働く
熱応力の影響がなくなることになる。

【００５８】

【表１】

【００５９】すなわち、従来は回転多面鏡３２の主な材
料であるアルミニウム材や樹脂材料により回転体の構成
を変更していたが、本実施の形態では、回転多面鏡３２
の材料に関係なく、回転体の構成を使用する事が可能と
なり、部材の共通による低コスト化を目指すことができ
る。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
の光偏向器に対し、小型で低価格の光偏向器を提供する
ことができる。さらに、樹脂製の回転多面鏡の使用方法
に対し、共通の回転体の構成で実現できる。また、光ビ
ーム走査装置の小型化にも、十分耐えられるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２】本発明に係る一実施の形態を示す斜視図であ
る。

【図３】本発明の一実施の形態が適用された画像形成装
置の概略構成図である。

【図４】従来の動圧軸受による光偏向器の断面である。

【図５】別の従来の動圧軸受による光偏向器の断面であ
る。

【符号の説明】

１０ 光偏向器 ２２ シャフト ２４ 回転駆動マグネット ２８ 締結部材 ３２ 回転多面鏡 ３４ 固定側スリーブ ３６ 固定側スラスト磁石 ４０ 動圧空気軸受 ４４ ステータ鉄基板 ４６ 駆動コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリーブを固定部材としシャフトを回転
   部材としてこれらを相互に嵌合して形成された動圧空気
   軸受と、 回転部材に固定されて回転部材と一体的に回転する複数
   の反射面を外周に有する回転多面鏡と、 固定部材に巻回して設置される駆動コイルと、 樹脂磁性材料によって成形され且つ回転部材に取り付け
   られて駆動コイルとで回転トルクを発生する回転駆動マ
   グネットと、 回転駆動マグネットとで回転部材に直接的に回転多面鏡
   を固定する締結部材と、 を有することを特徴とする光偏向器。
2. 【請求項２】 締結部材及び回転駆動マグネットにより
   回転部材に直接的に回転多面鏡が固定され、 これら回転駆動マグネット、回転部材及び回転多面鏡を
   これらの軸方向に保持するためのスラスト方向の磁気軸
   受が、固定側スラスト磁石と締結部材とにより形成され
   たことを特徴とする請求項１記載の光偏向器。
3. 【請求項３】 締結部材及び回転駆動マグネットにより
   回転部材に直接的に回転多面鏡が固定され、 回転部材がセラミック材料で形成されたことを特徴とす
   る請求項１記載の光偏向器。
4. 【請求項４】 締結部材及び回転駆動マグネットにより
   回転部材に直接的に回転多面鏡が固定され、 駆動コイルと回転駆動マグネットとからなる磁気回路に
   よって回転トルクを発生する為の制御回路を持つステー
   タ基板が、回転多面鏡の上側に配置されたことを特徴と
   する請求項１記載の光偏向器。